Facebook
_Featured-Img-Cikk-680x380

A legnagyobb robotok által épített faszerkezet

Az alkotás jövője – mi rejlik a szekvenciális tető mögött?

A világ legnagyobb, robotok által épített tetője lenyűgöző teljesítmény – de nem annyira, mint azok a robotikus építészeti kísérletek, amelyeket alatta fognak végezni.

Amikor az Institute for Technology in Architecture (ITA) intézetnek új otthonra volt szüksége az ETH Zürich műszaki és természettudományi egyetemen, ugyanúgy tekintett a kihívásra, mint az ott végzett munka nagy részére: életnagyságú kutatási projektként. Az ITA itt olyan koncepciókat tanulmányozhat, mint a zéró emissziójú építészet, a kivitelezési folyamat digitalizálása, a robotizált kivitelezés és egy központi támasztószerkezet nélküli épület létrehozása. Mint egy kutatás, amit 1:1 méretarányban végeznek.

Ennek eredményeként jött létre a 2016. szeptemberében megnyílt Arch_Tec_Lab. Az új épület lenyűgöző építészetiteljesítmény, és az ITA kutatásainak gyakorlati alkalmazása is egyben.

Az ETH Zürich Arch_Tec_Lab épületének figyelemre méltó, ívelt fatetője.

Az ETH Zürich Arch_Tec_Lab épületének figyelemre méltó, ívelt fatetője.

A zéró emissziós szerkezet ívelt fatetője alatt egy munkaterület található – a Robotic Fabrication Laboratory, amely elég nagy ahhoz, hogy négy ipari robot felépítsen benne egy kétemeletes épületet, ahol az ITA úttörő kutatómunkája folytatódik majd.

A legnagyobb bizonyíték maga a tető: számítógéppel tervezték és robotok építették, ezáltal a kivitelezés új generációját, valamint az ember-gép interakció új világát képviseli. A szekvenciális tetőként ismert hullámos felületű szerkezetet robotok építették, amelyek „lényegében úgy működtek, mint egy hatalmas 3D nyomtató. Egymásra rétegzett faanyag alkotja” – mondja Russell Loveridge, az ETH Zürich most már az új épületben székelő kutatócsoportja, a svájci National Centre of Competence in Research (NCCR) Digital Fabrication kutatási igazgatója. Az államilag finanszírozott kutatási program egy szigorú, multidiszciplináris vizsgálat, amely a fejlett gyártásra, az intelligens anyagokra és a kísérleti kivitelezési technikákra irányul.

Szintén az új tető alatt, az NCCR keretein belül zajlik az NCCR vizsgálatvezetői, Fabio Gramazio és Matthias Kohler professzor a kutatási programja. A robotizált gyártás terén végzett kutatásuk nagyban hozzájárult az innovatív tető létrehozásához. A program korábbi projektjei (lásd a 184. oldalt) szemléltetik, hogy milyen típusú munkára lehet számítani az új épület Robotic Fabrication Laboratory részlegében.

A 2015-ös Smart Dynamic Casting projekt az összetett betonszerkezetek robotizált gyártását vizsgálta, különösen azt, hogy szükség van-e egyéni vázakra a szerkezethez. Jobbra: Egy 2011-es projektben (The Endless Wall) egy robotnak fel kellett mérnie a saját helyzetét, a környezetét és a rendelkezésre álló téglák tűrését. A rendszernek a „végtelen fal” építése és újraépítése közben reagálnia kellett a körülmények változására.

A 2015-ös Smart Dynamic Casting projekt az összetett betonszerkezetek robotizált gyártását vizsgálta, különösen azt, hogy szükség van-e egyéni vázakra a szerkezethez. Jobbra: Egy 2011-es projektben (The Endless Wall) egy robotnak fel kellett mérnie a saját helyzetét, a környezetét és a rendelkezésre álló téglák tűrését. A rendszernek a „végtelen fal” építése és újraépítése közben reagálnia kellett a körülmények változására.

A szekvenciális tető a legnagyobb, robotok által épített faszerkezet. Alapvetően egy hatalmas faszerkezet, amelyet gumival bevont polimer membrán borít, ezáltal nincs szükség beltéri burkolatra – nincsenek gipszkarton vagy akusztikai panelek. Egy az egész épületre kiterjedő légkondicionáló rendszer helyett kisméretű fűtő- és hűtőegységeket helyeznek el az épületben, amelyek érzékelőkkel rendelkeznek a klímaszabályozás finomhangolásához. A tetőszerkezetekben helyet hagytak a világítás, a tetőablakok, a szellőzőberendezések és a vezetékek beszereléséhez, maga a tető pedig egy akusztikai diffúzor, amely csendes helyet teremt a tető alatt a munkavégzéshez.

550x250-bim

„Az anyagok kiválasztása és a felhasznált anyagok mennyisége a leglényegesebb tényezők az ökológiai költségek szempontjából” – mondja Loveridge. – Ha úgy tudunk megtervezni valamit, mint például a tetőt, hogy mindezeket a funkciókat ellássa és kiiktassa a többi anyagot, akkor tudjuk, hogy fenntarthatóbban építkezünk, mintha az olcsóbb megoldást választanánk.”

A szőtt rácsszerkezeteket robotalapú összeállítási folyamat hozta létre, bemutatva ezzel a digitális gyártási technikák és a faanyag kombinálásában rejlő lehetőségeket.

A szőtt rácsszerkezeteket robotalapú összeállítási folyamat hozta létre, bemutatva ezzel a digitális gyártási technikák és a faanyag kombinálásában rejlő lehetőségeket.

A zéró emissziójú építés az alapoktól kezdődött: a szerkezet egy létező parkológarázs tetejére épült, elkerülve ezzel az új alap készítésével járó energetikai és környezeti hatásokat. Az épület első szintjén található a Robotic Fabrication Library, amelyet Loveridge mérnöki tesztelő teremként jellemez. A tesztelő terem fölött helyezkednek el az NCCR irodái, afölött pedig egy nyitott terület található a tető alatt, ahol a kutatók egyedül vagy másokkal közösen dolgozhatnak.

A tetőt tesztelő teremben alkották meg. Az építés ideje alatt négy ipari robot lógott egy 60 x 14 x 8 méteres terület mennyezetéről. A robotok hat szabadságfokú állványzatokon dolgoztak, és mindegyiket ugyanaz a rendszer irányította, hogy összehangolva tudjanak dolgozni. „Eddig még nem volt olyan eset, hogy négy szinkronizált robot tudott együtt elvégezni munkákat” – mondja Loveridge. Minden robot 30 kg teherbírású volt, így az egyik tarthatta az objektumot, miközben a másik három különféle szerszámokkal dolgozott rajta.

A mennyezetre szerelt állványzat lehetővé teszi a robotizált gyártási projektek nagy léptékű megvalósítását a négy együttműködő ipari robot segítségével.

A mennyezetre szerelt állványzat lehetővé teszi a robotizált gyártási projektek nagy léptékű megvalósítását a négy együttműködő ipari robot segítségével.

A szerkezet megépítéséhez egy teljes falu kellett. Az ETH Zürich egyetem tanszéke felkérte az ERNE AG Holzbau vállalatot egy parametrikus tetőterv kivitelezésére az ITA számára, valamint alkalmazta a Guedal AG robotgyártó céget, amely létrehozott egy kisméretű robotizált fafeldolgozó rendszert. A zürichi székhelyű ROB Technologies vállalatot pedig a vezérlő- és működtető szoftverek biztosításával bízták meg.

A szekvenciális tető 48 624 külön falécből áll, amelyből 168 tetőszerkezetet és rácsos tartót állítottak össze. Ezeket aztán összeszőtték egy 2308 négyzetméteres szabadformájú tetővé. Az összetett geometria legyártása egy integrált digitális tervezési folyamatra támaszkodott, amely a szerkezetelemzés, a tervezés és a gyártási adatok generálásának elemeit ötvözte.

Az intézet építészei elkészítették a szekvenciális tető 3D modelljét, majd elküldték azt a szerkezettervezési tanácsadóknak, akik egy szögképkészítő segítségével elhelyezték a modellen a 800 000 szükséges szöget. (A tetőnél előnyösebb volt a szögek használata, mint a ragasztóé, ugyanakkor komoly számításokat is igényelt az anyaggal és a tető összetett geometriájával kapcsolatban.) Az ERNE ezután ellenőrizte az adatokat, és előkészítette azokat a robotizált megmunkáláshoz.

A gyártás során a portálrobot minőségelemzőként is működött. Egy fotogrammetriai rendszer összevetette az egyes csomópontokat és szögképeket a céltervvel, és létrehozott egy minőség-ellenőrzési visszajelző ciklust, amely biztosította, hogy minden helyesen épüljön meg. Miután a rendszer ellenőrizte a szögeket, a helyszínre hozták a tartószerkezeteket.

A projekt sikere ellenére Loveridge nem hiszi, hogy a robotok valaha is teljesen le fogják váltani az építőmunkásokat. Ehelyett a kimerítő építési munka át fog alakulni egy olyan munkává, amely szimbiotikus kapcsolatban áll a gépekkel, és többé már nem a fiatal emberek kizárólagos felségterülete lesz.

A számítógépes elemzés az elmúlt évtizedben továbbfejlesztette a gépek térérzékelését és pontosságát. De továbbra is szükség van valakire, aki ellenőrzi, hogy a számítógépek helyes döntéseket hoznak-e, és a megfelelő sorrendben végzik-e a feladatokat. Már most is látni lehet, hogy a munkások inkább szellemileg vesznek részt a kivitelezésben, mint fizikailag, és ez a folyamat a robotizált gyártás előtérbe kerülésével csak gyorsulni fog.

„Az építőiparban számos munka támaszkodik az ember azon képességére, hogy megfigyeli, feldolgozza és megítéli a dolgokat, a tapasztalatokra támaszkodik, majd ezekre reagálva végzi el a fizikai munkát” – teszi hozzá Loveridge. – Létezik egy eredendő hallgatólagos tudás, amelyre a nem programozható kivitelezési helyszíneken való munka során lehet szert tenni. A dolgok soha nem állnak össze tökéletesen, hiába teszünk meg érte mindent. Mindig szükség lesz emberekre, akik tudják, hogyan állnak össze a dolgok.”

Forrás: Autodeks blog

banner-2