L'impression 3D commerciale - ou fabrication additive (AM) - est une industrie en plein essor. Mais si les imprimantes étaient libérées de la configuration typique impliquant une boîte immobile et un portique, et libre de travailler en itinérance, équipes collaboratives, l'activité AM pourrait être beaucoup plus importante avec beaucoup plus d'applications, y compris en tant que maçons robotiques sur les chantiers de construction et en réparant les infrastructures civiles urbaines et rurales en ruine.

Une équipe de robotique multidisciplinaire à la NYU Tandon School of Engineering, hébergé par le Center for Urban Science and Progress (CUSP) de NYU et soutenu par une subvention de 1,2 million de dollars de la National Science Foundation (NSF), travaille à faire du concept une réalité en concevant des systèmes autonomes pour imprimantes 3D sur bras robotiques attachés au mobile, plates-formes itinérantes. Fonctionnant en équipe - un concept appelé fabrication additive collective (FAO) - ces imprimeurs, avec l'apprentissage automatique et d'autres capacités d'intelligence artificielle (IA), pourrait réparer des ponts, tunnels et autres structures civiques; travailler dans les profondeurs océaniques et les zones sinistrées; ou même partir dans l'espace pour travailler sur la Lune, Mars, et au-delà.

Les chercheurs, Chen Feng, Maurizio Porfiri, Ludovic Righetti, et Weihua Jin, professeurs des départements de génie civil et urbain, Génie mécanique et aérospatial, et Génie électrique et informatique, se concentrera sur trois domaines essentiels à la viabilité des équipes FAO d'impression 3D :l'autonomie, contrôler, systèmes temps réel et réseau :

• Planification et localisation :les imprimeurs doivent être capables de localiser les uns par rapport aux autres et aux structures qu'ils construisent au fur et à mesure de leur évolution et de leur croissance, et le faire sans dépendre des systèmes de positionnement global, en particulier pour les applications extraterrestres
• Contrôle prédictif du modèle :la base mobile et le manipulateur doivent être à la fois suffisamment efficaces et stables pour obtenir une impression à la fois rapide et de haute qualité, et capable de s'adapter en temps réel aux variations inattendues ou indésirables des conditions réelles du site, ou dans des variations inattendues dans la façon dont la tête d'impression dépose du ciment ou d'autres matériaux
• Impression et coordination :synchronisation du mouvement de plusieurs imprimantes en utilisant les conceptions des pièces à imprimer et les structures évolutives elles-mêmes en tant que cartes pour la coordination physique des robots d'impression

Feng a expliqué que l'objectif est la précision, Efficacité, et l'adaptabilité à l'environnement et aux conditions en temps réel, plutôt comme une application de navigation redirige un véhicule qui, selon elle, a dévié d'un parcours cartographié. Contrairement au service de navigation GPS typique, cependant, les réglages doivent être ultra-rapides et précis à quelques millimètres, pas quelques dizaines de mètres. Il a ajouté que la combinaison unique d'expertise de l'équipe en robotique, intelligence artificielle, théorie du contrôle, et les systèmes dynamiques rendent les défis surmontables.

Feng se concentrera sur la planification et la localisation, relever des défis tels que comment permettre au robot d'identifier quand et quand il n'a pas besoin d'un degré élevé de précision pour se localiser.

« Le robot doit pouvoir se déplacer rapidement vers la zone d'impression, observer les conditions réelles, telles qu'un terrain accidenté, puisque le monde réel n'est pas planaire, alors faites des compensations immédiatement, " a-t-il dit. " Et même si nous voulons avoir un degré de précision plus élevé dans la zone de structure, plus vous vous éloignez de la structure, moins vous en avez besoin, " at-il expliqué. " Cela impliquera un nouveau type de localisation proactive. "

Righetti travaillera sur des algorithmes de contrôle optimal en temps réel de chaque imprimante mobile, pour permettre au robot de s'adapter rapidement à l'environnement.

"Chaque robot doit observer ce qui est imprimé, l'associer de manière autonome à la conception du projet, et reconnaître instantanément si la structure imprimée s'en écarte, et de combien, et pendant tout ce temps décider quelles sont les prochaines meilleures actions pour assurer une impression correcte de la structure, " il a dit.

Porfiri développera un cadre mathématique pour permettre aux robots de coordonner de manière autonome leurs actions respectives dans l'environnement physique en évolution, permettant à plusieurs imprimantes mobiles de créer simultanément une structure avec une plus grande efficacité. Cette capacité serait particulièrement importante dans des endroits comme Mars où il n'y a pas de serveur distant suffisamment proche pour contrôler les efforts coordonnés des robots sans décalage.

« Différent des drones volant en formation ou des voitures autonomes se tenant à distance les uns des autres, nos imprimantes mobiles laissent une empreinte unique dans l'environnement physique :l'objet imprimé. Mon travail tirera parti de cette même empreinte pour établir des algorithmes efficaces pour la coordination et l'impression collective."

Jin aidera l'équipe à développer de nouveaux matériaux composites adaptés à l'impression mobile 3D du béton. L'équipe prévoit de démontrer l'efficacité des algorithmes en imprimant en 3D dans le monde réel ces nouveaux bétons à l'aide d'imprimantes mobiles qu'ils construiront à NYU Tandon.

« Pour libérer tout le potentiel de la fabrication additive collective, plusieurs frontières scientifiques doivent être repoussées, assurer un déploiement optimal de plusieurs robots mobiles qui impriment de grandes structures selon une conception, conception virtuelle, " dit Feng.

Le projet comprend un atelier industriel sur la FAO, une exposition publique en plein air, kit pédagogique abordable/ouvert sur CAM, Concours CAM à l'échelle de bureau K-12, des activités entrepreneuriales et un effort de diversité pour les étudiants de tous horizons.