Dans une démonstration impressionnante de l’ingénierie robotique, des chercheurs de l’ETH Zurich ont mis au point une excavatrice autonome capable de construire des murs en pierre sèche à partir de blocs de plusieurs tonnes et de débris de démolition. Cette réalisation marque une étape importante dans le domaine de la construction automatisée.
L’équipe de chercheurs de l’ETH Zurich a déployé une excavatrice autonome, baptisée HEAP, pour construire un mur en pierre sèche de six mètres de haut et de soixante-cinq mètres de long. Le mur est intégré dans un paysage et un parc planifiés numériquement et excavés de manière autonome.
Le groupe de chercheurs comprenait Gramazio Kohler Research, le Robotics Systems Lab, Vision for Robotics Lab, et la Chair of Landscape Architecture. Ils ont développé cette application de conception innovante dans le cadre du Centre national de compétence en recherche pour la fabrication numérique (NCCR dfab).
Technologie et processus de construction
Grâce à des capteurs, l’excavatrice peut cartographier de manière autonome le site de construction en 3D et localiser les blocs de construction et les pierres existants pour la construction du mur. Des outils spécialement conçus et des approches de vision par machine permettent à l’excavatrice de scanner et de saisir de grosses pierres dans son environnement immédiat. Elle peut également enregistrer leur poids approximatif ainsi que leur centre de gravité.
Un algorithme détermine la meilleure position pour chaque pierre, et l’excavatrice effectue ensuite la tâche elle-même en plaçant les pierres à l’endroit souhaité. La machine autonome peut placer 20 à 30 pierres en une seule livraison – environ autant qu’une livraison pourrait fournir.
Vers une construction plus durable et adaptable
Cette recherche se concentre sur la planification et la construction autonomes sur site de grandes structures en pierre sèche (murs construits avec des pierres irrégulières, sans mortier). Le projet développe une chaîne de planification et de fabrication adaptative qui oriente la construction vers des géométries globales définies numériquement, tout en permettant l’utilisation de roches et de matériaux de démolition recyclés localement disponibles et extrêmement variés, qui sont très faibles en énergie incorporée.
Le processus offre une alternative entièrement réversible au béton qui peut être appliquée, par exemple, à la construction de murs de soutènement, de structures porteuses et de revêtements pour les infrastructures civiles et l’aménagement paysager.
L’excavateur hydraulique à usage autonome
HEAP (hydraulic excavator for an autonomous purpose) est une Menzi Muck M545 personnalisée, développée pour des cas d’utilisation autonomes ainsi que pour la téléopération avancée.
La machine est équipée de nouveaux cylindres hydrauliques à force réglable dans le châssis qui lui permettent de s’adapter à n’importe quel terrain (voir le projet KTI).
En outre, HEAP est équipé des capteurs nécessaires à un fonctionnement autonome, à savoir des LIDAR, des IMU, des GNSS et des capteurs d’articulation. Le principal cas d’utilisation autonome est l’aménagement paysager robotisé et l’excavation autonome étudiés dans le cadre du projet dfab.
En synthèse
Cette recherche de l’ETH Zurich représente une avancée significative dans le domaine de la construction automatisée. L’excavatrice autonome HEAP, capable de construire des murs en pierre sèche à partir de blocs de plusieurs tonnes et de débris de démolition, ouvre la voie à de nouvelles méthodes de construction plus durables et plus respectueuses de l’environnement.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’excavatrice autonome HEAP ?
HEAP est une excavatrice autonome développée par des chercheurs de l’ETH Zurich. Elle est capable de construire des murs en pierre sèche à partir de blocs de plusieurs tonnes et de débris de démolition.
Comment fonctionne HEAP ?
HEAP utilise des capteurs pour cartographier de manière autonome le site de construction en 3D et localiser les blocs de construction et les pierres existants. Elle utilise un algorithme pour déterminer la meilleure position pour chaque pierre et effectue ensuite la tâche elle-même.
Quel est l’objectif de cette recherche ?
L’objectif de cette recherche est de développer une méthode de construction autonome et durable, en utilisant des matériaux localement disponibles et à faible énergie incorporée.
Quels sont les avantages de cette méthode de construction ?
Cette méthode de construction offre une alternative entièrement réversible au béton, qui peut être appliquée à la construction de murs de soutènement, de structures porteuses et de revêtements pour les infrastructures civiles et l’aménagement paysager.
Quel est le rôle de l’ETH Zurich dans ce projet ?
L’ETH Zurich a joué un rôle clé dans le développement de cette technologie, avec la participation de plusieurs de ses laboratoires de recherche, dont Gramazio Kohler Research, le Robotics Systems Lab, Vision for Robotics Lab, et la Chair of Landscape Architecture.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| L’excavatrice autonome HEAP a été développée par des chercheurs de l’ETH Zurich. |
| HEAP est capable de construire des murs en pierre sèche à partir de blocs de plusieurs tonnes et de débris de démolition. |
| HEAP utilise des capteurs pour cartographier de manière autonome le site de construction en 3D et localiser les blocs de construction et les pierres existants. |
| Un algorithme détermine la meilleure position pour chaque pierre, et HEAP effectue ensuite la tâche elle-même. |
| Cette méthode de construction offre une alternative entièrement réversible au béton. |
| Elle peut être appliquée à la construction de murs de soutènement, de structures porteuses et de revêtements pour les infrastructures civiles et l’aménagement paysager. |
| Plusieurs laboratoires de recherche de l’ETH Zurich ont participé à ce projet, dont Gramazio Kohler Research, le Robotics Systems Lab, Vision for Robotics Lab, et la Chair of Landscape Architecture. |
| La recherche se concentre sur la planification et la construction autonomes sur site de grandes structures en pierre sèche. |
| HEAP peut placer 20 à 30 pierres en une seule livraison. |
| Le projet développe une chaîne de planification et de fabrication adaptative qui oriente la construction vers des géométries globales définies numériquement. |
Références
Légende illustration principale : La pelleteuse prélève et scanne chaque bloc rocheux pour le placer dans la bonne position. Parc de circularité à Oberglatt, Eberhard AG. Photographie : ETH Zurich / Marc Schneider
Johns RL, Wermelinger M, Mascaro R, Jud D, Hurkxkens I, Vasey L, Chli M, Gramazio F, Kohler M, Hutter M: A framework for robotic excavation and dry stone construction using on-site materials, Science Robotics, 22 November 2023, DOI: 10.1126/scirobotics.abp9758call_made
