Un equipo de investigación internacional dirigido por el experto en drones Mirko Kovac de Empa y el Imperial College London ha tomado las abejas como modelo para desarrollar un enjambre de drones de impresión 3D cooperativos. Bajo control humano, estos robots voladores trabajan en equipo para imprimir materiales 3D para construir o reparar estructuras mientras vuelan, como informan los científicos en el artículo de portada del último número de Nature.

La impresión 3D está ganando impulso en la industria de la construcción. Tanto en el sitio como en la fábrica, los robots estáticos y móviles imprimen materiales para su uso en proyectos de construcción, como estructuras de acero y hormigón.

Un nuevo enfoque de la impresión 3D, liderado en su desarrollo por el Imperial College London y Empa, los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales, utiliza robots voladores, conocidos como drones, que usan métodos de construcción colectiva inspirados en constructores naturales como abejas y avispas

El sistema, llamado Fabricación aditiva aérea (Aerial-AM), involucra una flota de drones que trabajan juntos a partir de un solo plano.

Consiste en BuilDrones, que depositan materiales durante el vuelo, y ScanDrones de control de calidad, que miden continuamente la producción de BuilDrones e informan sobre sus próximos pasos de fabricación.

Los investigadores dicen que, a diferencia de los métodos alternativos, la impresión 3D en vuelo abre las puertas que conducirán a la fabricación y construcción in situ en lugares peligrosos o de difícil acceso, como la construcción de socorro después de un desastre y los edificios altos o la infraestructura.

La investigación fue dirigida por el profesor Mirko Kovac del Departamento de Aeronáutica de Imperial y el Centro de Tecnología y Materiales de Robótica de Empa.

El profesor Kovac dijo : «Hemos probado el concepto de que los drones pueden funcionar de forma autónoma y en conjunto para construir y reparar edificios, al menos en el laboratorio. Esta solución escalable podría ayudar a la construcción y reparación en áreas de difícil acceso, como edificios altos..»

Aerial-AM utiliza tanto un marco de impresión 3D como de planificación de rutas para que los drones puedan adaptarse a las variaciones en la geometría de la estructura a medida que avanza la construcción.

Los drones son completamente autónomos en vuelo. según la información proporcionada por los drones.

Impresión de geometrías 3D

Para probar el concepto, los investigadores desarrollaron cuatro mezclas similares al cemento para construir los drones.

A lo largo de la construcción, los drones evalúan la geometría impresa en tiempo real y adaptan su comportamiento para garantizar que cumplan con las especificaciones de construcción, con una precisión de fabricación de cinco milímetros.

Las impresiones de prueba de concepto incluyeron un cilindro de 2,05 metros (72 capas) con un material de espuma a base de poliuretano y un cilindro de 18 centímetros (28 capas) con un material similar al cemento estructural diseñado a medida.

La tecnología ofrece posibilidades futuras para la construcción y reparación de estructuras en lugares ilimitados, altos o de difícil acceso. A continuación, los investigadores trabajarán con empresas de construcción para validar las soluciones y proporcionar capacidades de reparación y fabricación. Creen que la tecnología proporcionará importantes ahorros de costos y reducirá los riesgos de acceso en comparación con los métodos manuales tradicionales.

Los co-investigadores incluyen a Robert Stuart-Smith, Stefan Leutenegger, Vijay Pawar, Richard Ball, Chris Williams y Paul Shephard, y sus equipos de investigación en UCL, University of Bath, University of Pennsylvania, Queen Mary University y University of Munich.

Este trabajo fue financiado por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas, parte de UKRI. Fue lanzado por el profesor asistente Stuart-Smith y el profesor Kovac después de una colaboración de investigación piloto y un premio por una demostración sobre reparación de tuberías. El proyecto también cuenta con el apoyo de Industrial Partners Skanska, Ultimaker, Burohappold y BRE.