Une équipe de recherche internationale dirigée par l’expert en drones Mirko Kovac de l’Empa et de l’Imperial College London s’est inspirée des abeilles pour développer un essaim de drones coopératifs. Sous contrôle humain, les robots volants impriment en équipe des matériaux 3D pour la construction ou la réparation de structures, comme ils le rapportent dans la dernière édition de la revue scientifique « Nature ».
L’impression 3D prend de plus en plus d’importance dans l’industrie de la construction. Tant sur les chantiers que dans les usines, des robots fixes et mobiles impriment déjà des composants dans l’acier et le béton. Une nouvelle approche de l’impression 3D utilise des robots volants : des drones qui appliquent des méthodes de construction collectives – inspirées des bâtisseurs naturels comme les abeilles et les guêpes.
Comme l’équipe de recherche dirigée par Mirko Kovac, qui dirige le « Materials and Technology Center of Robotics » à l’Empa et fait également des recherches comme professeur à l' »Imperial College London« , le rapporte avec une article de couverture dans le revue scientifique « Nature », le système appelé « Aerial Additive Manufacturing » (Aerial-AM) se compose d’une flotte de drones qui travaillent ensemble pour un seul plan de construction. Il s’agit notamment de « BuilDrones« , qui impriment des matériaux pendant le vol et les placent aux endroits prévus, et de « ScanDrones« . Ces derniers servent au contrôle qualité, enregistrent en continu les performances des « BuilDrones » et indiquent les étapes de fabrication à venir.
Le système Aerial-AM est conçu de manière à ce que les drones puissent adapter leur activité aux différentes géométries de la structure au cours du processus de construction. Ils agissent de manière autonome pendant leur mission de vol, mais il y a un « contrôleur » humain qui observe le processus et procède à des ajustements si nécessaire – sur la base des informations fournies par les drones.
Tests avec des cylindres de deux matériaux
Pour tester le concept, les chercheurs ont mis au point quatre mélanges ressemblant à du ciment avec lesquels les drones devaient construire. Les impressions d’essai comprenaient un cylindre d’environ deux mètres de haut composé de 72 couches d’une mousse à base de polyuréthane et un cylindre de 18 centimètres de haut composé de 28 couches d’un matériau à base de ciment spécialement conçu.
Tout au long du processus de construction, les drones évaluent la géométrie imprimée en temps réel et adaptent leur comportement pour s’assurer qu’ils respectent une précision de fabrication avec un écart maximal de cinq millimètres.
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Les essais réalisés jusqu’à présent rendent les chercheurs confiants, notamment en vue d’une utilisation dans la pratique de la construction. « Nous avons démontré que les drones peuvent travailler de manière autonome pour construire et réparer des bâtiments, du moins en laboratoire« , explique Mirko Kovac, « cette solution évolutive pourrait faciliter la construction et la réparation dans des zones difficiles d’accès comme les gratte-ciel« .
La prochaine étape consistera pour les spécialistes à collaborer avec des entreprises de construction afin de valider les solutions développées dans la pratique et de mettre au point de nouvelles possibilités de réparation et de fabrication. Ils estiment que leur technologie permettra de réaliser d’importantes économies et de réduire les risques par rapport aux méthodes manuelles traditionnelles.
Illustration image / Vision d’avenir : des essaims de drones pourraient également être utilisés dans l’espace, par exemple lors d’une future mission sur Mars. Image : Yusuf Furkan KAYA, Aerial Robotics Laboratory, Imperial College London / Empa
Impression 3D avec des drones : Vidéo sur le projet de recherche, les résultats et les perspectives (en anglais)
Un savoir-faire international réuni
Les co-investigateurs sont Robert Stuart-Smith, Stefan Leutenegger, Vijay Pawar, Richard Ball, Chris Williams et Paul Shephard, et leurs équipes de recherche à l’UCL, l’Université de Bath, l’Université de Pennsylvanie, l’Université Queen Mary et l’Université de Munich. Le projet a été financé en majeure partie par l’organisme de financement britannique Engineering and Physical Sciences Research Council. L’initiative est venue de l’architecte Robert Stuart-Smith et du le roboticien Mirko Kovac, dont l’équipe avait déjà été récompensée en 2016 pour son concept de réparation de pipeline à l’aide de drones. Le projet est également soutenu par les partenaires industriels Skanska, Ultimaker, Burohappold et BRE.
