機器人和人類合作徹底改變建筑！

普林斯頓大學的兩位研究人員，建筑師Stefana Parascho和 Sigrid Adriaenssens教授夢想使用機器人來簡化施工，即使在構建復雜的結構時也是如此。

“我們希望使用機器人以更可持續的方式建造美麗的建筑，”因此，教授們與建筑和工程公司Skidmore， Owings and Merrill（SOM）合作，為去年三月在倫敦舉行的SOM展覽“結構剖析”創作了一個引人注目的獨特裝置。 他們使用英國全球機器人公司提供的兩個工業機器人建造了一個令人驚嘆的拱頂，高7英尺，寬12英尺，長21英尺，由Poesia Glass Studio的338塊透明玻璃磚構成。

即將完工的中央拱門等待著它的最后一塊磚。與整個LightVault結構一樣，中央拱門的構造沒有任何腳手架或其他外部支撐。兩個工業機器人輪流放置一塊磚并支撐結構，從一側到另一側工作。

至關重要的是，LightVault 以兩種方式減少了資源使用：在施工過程中消除了對形式或腳手架的需求，并通過使其雙彎曲來提高拱頂的結構效率，從而減少了所需的材料量。這些之所以成為可能，是因為機器人的力量和精度。

“我試圖找出機器人可以做什么人類做不好的事情，”助理教授Parascho說。Parascho在普林斯頓建筑研究中，提出了金庫機器人組裝背后的想法。她是普林斯頓CREATE實驗室計算和機器人技術負責人。

“我的工作不是試圖通過自動化來取代人類的勞動力，而是通過使用機器人來完成人類相當不擅長的任務來增加建筑的可能性，”她說。“例如，拿著一塊3公斤（7磅）的磚頭七分鐘——不動，讓膠水干燥——對人類來說很難做到。”

“機器人建造開辟了許多設計和建造機會，機器人可以補充人類的工作，”SOM副總監兼高級結構工程師亞歷山德羅·貝吉尼（Alessandro Beghini）說，他曾在LightVault項目上合作過?！皺C器人可以在人們工作危險或難以接近人類的地方使用?！?/span>

最后的全尺寸玻璃LightVault在倫敦的“結構剖析：藝術與建筑的未來”展覽中展出。

機器人天生擅長在太空中執行精確的運動，不像人類需要向導或支撐結構來構建復雜的幾何形狀。這就是激發研究人員探索引人注目和意想不到的形狀的潛力的原因。

土木與環境工程博士生愛德華·布魯恩（Edvard Bruun ）參與了該項目的實施。他指出，雖然人類建造者需要仔細檢查他們的建筑物塊的位置，但“通過利用機器人在3D空間導航中的固有精度，我們可以花更多的時間專注于使設計盡可能高效，同時不會陷入通常與這種結構相關的物理施工挑戰中?！?/span>

該團隊設計了一個過程，其中兩個機器人一起工作，在沒有任何腳手架或其他支撐的情況下組裝拱頂的中央拱門。每個機器人將放置一塊磚，然后保持結構，而另一個機器人放置下一塊磚。

Isla Xi Han是一名建筑技術博士生，曾參與開發LightVault原型，他在普林斯頓大學的ECL上研究了混凝土和玻璃原型。

“美觀和材料或結構效率并不相互排斥，”布魯恩說?！敖ㄖ悄茉春筒牧厦芗偷?。未來的全球福祉取決于能否建造堅固的建筑，這些建筑是用多少材料建造的。機器人有潛力幫助我們實現這一目標，因為我們開發了更好的方法來在建筑工作中利用它們。

Isla Xi Han是Parascho實驗室的博士生，負責開發和實施機器人制造工藝。

“為了描述LightVault，我傾向于跳迷你舞，”她說?！敖ㄔ旃伴T的傳統方法是兩只手從兩端伸出，在頂部中間相遇。與此同時，兩個做拱門的機械臂正在滾動的手從左到右掃過。

機器人一起完成中央拱門的建造后，他們轉而獨立工作，每個機器人在拱頂的一側建造。為了確保未完成結構的穩定性，磚塊的放置使得每塊新放置的磚塊都能支撐下一塊磚。

Stefana Parascho教授和Sigrid Adriaenssens教授與Skidmore，Owings和Merrill（SOM）合作設計了LightVault，該模型由英國Global Robots的兩臺工業機器人建造。最終結構高7英尺，寬12英尺，長21英尺，由Poesia Glass Studio的338塊透明磚塊構成。

雖然團隊的意圖從一開始就很明確，但實施并不那么簡單。

為了及時建造倫敦展覽的保險庫，該團隊用物理原型測試了每個決定，從小規模的概念驗證到全尺寸模型?？偣步ㄔ炝税藗€結構 一些在普林斯頓建筑學院的具身計算實驗室，一些在Global Robots，一個在倫敦的展覽空間。

挑戰包括找到一種連接系統，一旦組裝好，就可以安全地將玻璃磚固定到位，確定正確的施工順序以確保拱頂的結構完整性，以及控制機械臂的不可預測運動，使它們不會相互碰撞或與結構的已完成部分發生碰撞。

“我學會了尊重機器人的'個性'，而不僅僅是告訴可憐的機器人做事，”Isla Xi Han說。“有一次，機器人的肘部不斷撞擊現有結構的一部分。我們最終在預期設計中退后了一步——同樣在人機協作方面也向前邁出了一步——將結構按摩成不對稱的形狀，以幫助機器人在整個施工過程中更舒適地移動。雙方都很高興——這是雙贏的。”

即使有如此多的測試和努力來預測可能出錯的一切，該團隊還是遇到了“驚喜”?！拔覀優閭惗匕惭b購買的空氣壓縮機不夠堅固，”SOM高級結構工程師Samantha Walker說。“我們最終在最后一刻采購了一個不同的、更強大的產品。你可以花很多時間專注于解決復雜的問題，最終，看似顯而易見的問題可能會導致最大的問題。

其中一個建筑機器人通過倫敦Ambika P3畫廊的雙曲線LightVault結構可以看到。

Parascho說，“還有一次，在使用更輕的材料成功制作原型之后，使用玻璃磚進行的兩次測試“最終導致整個實驗室的玻璃破碎”。仔細分析表明，機器人本身在拱門的重量下變形了幾英寸。“這讓我們重新思考整個施工順序，以限制機器人必須承受的最大重量，”她說。

“我們領域面臨的挑戰是巨大的，從如何在機器人實驗室安全地工作到如何遠程運行研究，以及找到與研究人員和其他學者聯系的方法，允許并鼓勵來自世界各地的研究人員更快、更輕松地進行連接。將是未來一個時期內研究的重點。”

“很明顯，機器人在當今世界的重要性，”Parascho說，“以及它們如何在未來的此類危機中提供幫助。