Koostajarobotit voivat koota suuria rakenteita

Massachusettsin teknillisen korkeakoulussa (MIT) tehdään uutta työtä koostajaroboteilla. Professori Neil Gershenfeld ja graduate student Benjamin Jennett ovat työskennelleet MIT:n Center for Bits and Atoms (CBA) -yksikössä luomaan koostajarobottien prototyyppiversioita. Pienet robotit pystyvät kokoamaan pieniä rakenteita, ja ne koordinoivat toimintansa kootakseen pienemmistä rakenteista suurempia kokonaisuuksia.

Nämä uudet kehityssuunnat voivat vaikuttaa merkittävästi tiettyihin teollisuusaloihin, kuten kaupallisiin lentokoneisiin. Tällä hetkellä kaupalliset lentokoneet koostetaan usein osa kerrallaan. Nämä osat valmistetaan eri paikoissa, ja ne tapaavat lopulta yhdessä paikassa koostamista varten. Tämän uuden teknologian avulla koko kaupallinen lentokone voidaan koota samassa paikassa pienillä robooteilla.

Uudet kehityssuunnat julkaistiin IEEE Robotics and Automation Letters -julkaisun lokakuun numerossa. Artikkelin laativat professori Gershenfeld, Jennett ja graduate student Amira Abdel-Rahman. Siihen osallistui myös CBA:n entinen opiskelija Kenneth Cheung, joka työskentelee nykyään NASA:n Amers Research Centerissä. Siellä Cheung johtaa ARMADAS-hanketta, joka keskittyy suunnittelemaan kuuhun rakennettavaa tukikohdaa, joka voidaan rakentaa robottiavusteisesti.

“Tämän kehityksen ydin on uudenlainen robotiikka, jota kutsutaan suhteelliseksi robotiikaksi”, Gershenfeld sanoo.

Kaksi robottikategoriata

Gershenfeldin mukaan robotiikka voidaan jakaa kahteen laajaan kategoriaan. Ensimmäiseen kuuluvat kalliit, mukautetut komponentit, jotka on optimoitu sovelluksiin kuten tehdasasennukseen. Toiseen kuuluvat halvat, massatuotetut komponentit, joilla on alempi suorituskyky.

Uudet koostajarobotit eivät kuulu kumpaankaan näistä kategorioista; ne ovat yksinkertaisempia, kykenevämpiä ja voivat muuttaa kaiken, mitä tiedämme tuotannosta esimerkiksi lentokoneisiin, siltoihin ja rakennuksiin liittyen.

Suuri ero näillä koostajaroobooteilla on, että niissä on erilainen järjestelmä sille, miten robotti vuorovaikuttaa materiaalien kanssa, joita se käsittelee.

“Et voi erottaa robottia rakenteesta – ne toimivat yhdessä järjestelmänä”, Gershenfeld sanoo.

Sen sijaan, että robotti seuraisi sijaintiaan navigaatiojärjestelmien avulla, koostajarobotti käyttää pieniä alayksiköitä eli voxel-eja. Jokaisen askelen kanssa seuraavaan voxel-iin robotti voi mukauttaa sijaintitietouttaan.

Tutkijaryhmä haluaa, että jokainen fyysinen kohde voidaan luoda uudelleen voxel-matriisina, joka koostuu yksinkertaisista tukirakenteista ja solmuista. Yksinkertaiset komponentit voivat jakaa eri kuormia asetteluun perustuen, ja koko rakenteen paino on kevyempi, koska voxelit koostuvat pääosin tyhjästä tilasta. Jokaisessa voxelissa on kiinnitysjärjestelmä, jotta ne voivat pysyä yhdessä.

Monimutkaisten robotti-järjestelmien yksinkertaisuus

Kun voxel kokoaa paloja, se pystyy laskeamaan askeleitaan rakenteen yli. Tämä yhdessä navigointitekniikan kanssa yksinkertaistaa nykyisiä monimutkaisia robotti-järjestelmiä.

“Siinä puuttuu suurin osa tavallisista ohjausjärjestelmistä, mutta kunhan se ei missaa askelta, se tietää, missä se on”, Gershenfeld sanoo.

Abdel-Rahman kehitti ohjelmistoja, jotka nopeuttavat prosessia kokoamalla yhteen useita yksiköitä, jotka auttavat roboteja koordinoimaan ja työskentelemään yhdessä.

Suuri kiinnostus suurten nimien keskuudessa

Jo on suurta kiinnostusta tähän teknologiaan suurten nimien, kuten NASA ja eurooppalainen ilmailuyhtiö Airbus SE (AIR.DE ), keskuudessa.

Yksi koostajarobottien etu on, että ne mahdollistavat rakenteen korjaamisen ja ylläpidon seuraamisen samalla robotti-prosessilla kuin alkuperäinen kokoaminen. Vahingoittuneet osat rakenteesta voidaan korvata ja korjata, ja tämä mahdollistaa sen, että se voidaan pitää samassa paikassa sen sijaan, että se jaettaisiin.

Gershenfeldin mukaan “purkaminen on yhtä tärkeää kuin rakentaminen”.

“Avaruusasemalle tai kuuhun rakennettavalle tukikohdalle nämä robotit asettuisivat rakenteen päälle ja ylläpitäisivät ja korjaisivat sitä jatkuvasti”, Jennett sanoo.

Nämä uudet kehityssuunnat vaikuttavat suuresti melkein jokaisen rakenteen ja sen rakennusprosessiin, mukaan lukien koko rakennukset. Tutkijaryhmän mukaan sitä voidaan käyttää myös haastavissa ympäristöissä, kuten avaruudessa, kuulla tai Marsissa. Sen sijaan, että suuria rakenteita lähetettäisiin avaruuteen, suuri määrä pienempiä osia voidaan lähettää ja koota roboteilla. Entistä parempi, luonnonvaroja voidaan käyttää siinä paikassa, mihin alayksiköt menevät.

Valtava potentiaali ja ongelmat

Tunnustamalla tämän teknologian valtavan potentiaalin ja sen, miten se muuttaa yhteiskuntaamme, on myös huomattava, että se vaikuttaa myös suuresti talouteen. Robotti- ja tekoälyteknologian käytön myötä ihmisten tarve rakentaa, luoda ja kehittää vähenee. Jos emme etene varovasti, nämä uudet teknologiat tulevat suurten ongelmien kanssa.