Chỉ trong vòng nửa ngày, một loại robot mới đã có thể xây dựng xong một tòa nhà mái vòm cao 3.7 mét và gần như không cần bất cứ sự hỗ trợ đáng kể của thiết bị hay máy móc nào khác. Trong tương lai, những cỗ máy tự hành này có thể xây nhà cho cả một thị trấn hay thậm chí là thiết lập căn cứ trên một hành tinh khác, như Mặt Trăng chẳng hạn. “Đây là một dự án vô cùng ấn tượng”, Matthias Kohler, một kiến trúc sư nghiên cứu về công nghệ xây dựng tự hành tại ETH Zurich, Thụy Sĩ, người không tham gia vào nghiên cứu, cho biết.
Tính đến nay, đã có nhiều nỗ lực về giải pháp xây dựng tự hành được thực hiện và mới đây nhất chính là dự án của nhóm các nhà khoa học vật liệu và thiết kế đến từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Sau khi cân nhắc tất cả các thiết kế từ những nghiên cứu trước, các nhà khoa học đã chọn sử dụng một cánh tay cơ khí di động để dễ dàng tùy biến và tăng phạm vi tiếp cận, đồng thời quyết định in 3D các tòa nhà theo lớp từng lớp ở những hình dạng phức tạp hơn. Giải pháp của các chuyên gia tại MIT bao gồm một cánh tay thủy lực lớn được đặt trên một chiếc xe bánh xích có gắn động cơ.
Ở cuối cánh tay là một cánh tay nhỏ hơn nhằm thao tác linh hoạt. Nó được trang bị một bộ cảm biến để định vị và kiểm soát tính ổn định, kèm theo đó là các công cụ có thể thay thế như mỏ hàn, mũi xúc đất và bộ phận in. Ở chế độ vươn ra hết cỡ, sải của cánh tay này dài 10 mét. Ngoài ra, robot mang tên Digital Construction Platform (DCP) này cũng được trang bị các tấm pin năng lượng mặt trời cũng như pin lưu trữ. Trong quá trình thử nghiệm, các nhà khoa học đã lập trình cho robot tự di chuyển ra khỏi nhà kho và xây dựng một mái vòm mở bằng cách ứng dụng phương pháp được các nhà phát triển gọi là "in tại chỗ”.
Đầu tiên, một đầu in phun điện tử sẽ bắn bọt ra nhằm tạo bản phác thảo của cấu trúc. Theo từng lớp một, robot sẽ phun bọt để xây một bức tường rỗng làm bằng chất liệu cách nhiệt, sau đó lấp đầy vào bên trong bê tông và thạch cao. Để thử khả năng in theo chiều ngang, robot thậm chí đã in thêm một băng ghế dính vào tường. Với đường kính 14.6 mét, đây là cấu trúc lớn nhất từng được xây dựng bởi một robot in 3D di động. Ngoài ra, hệ thống mới cũng đang nắm giữ kỷ lục về tốc độ để in một tòa nhà như vậy: 13.5 tiếng.
Có nhiều yếu tố khiến cho DCP vượt trội hơn so với các hệ thống khác. Chẳng hạn, các nhà nghiên cứu đã trang bị cảm biến laser vào điểm cuối cánh tay cơ khí nhằm nhận biết vị trí của đầu phun, giúp nó có thể đảm bảo tính chính xác khi phần còn lại của cánh tay không ổn định, theo Kohler. Kỹ thuật này chưa từng được áp dụng cho một con robot xây dựng và điều này giúp cho hệ thống của MIT nhẹ nhàng nhưng có tầm phun rất lớn. David Wilson, một kỹ sư cơ khí và là giám đốc đổi mới sáng tạo tại Bechtel ở Houston, Texas (nhà thầu chịu trách nhiệm xây đập Hoover Dam), cho rằng phương pháp in tại chỗ này sẽ mang lại nhiều tiềm năng mới cả ở vi mô và vĩ mô.
Ngoài các lợi thế an toàn, in 3D tự động còn nhanh và chính xác hơn so với xây dựng bằng tay truyền thống. Ngoài ra, kỹ thuật mới còn giúp gia tăng độ bền của nhà đồng thời giảm chi phí xây dựng bởi robot chỉ phun vật liệu khi cần thiết. Công nghệ cũng sẽ giúp đơn giản hóa việc lập kế hoạch xây dựng. Steven Keating, kỹ sư cơ khí tại MIT, người đứng đầu dự án cho rằng ông có thể hình dung được chính xác thời gian, chi phí và tính toàn vẹn của cấu trúc tòa nhà thậm chí trước khi bắt đầu in. "Robot cũng cho phép bạn hiện thực hóa bất kỳ mẫu thiết kế nào.", ông cho biết.
Robot mới có thể xây dựng các cấu trúc nhỏ từ vật liệu khác nhau như cát, đất nện, dây kim loại và thậm chí là băng. Tính linh họat này giúp robot trở nên hữu dụng khi hoạt động trong các môi trường xa khả năng tiếp cận của con người nhưng phải xây dựng cấu trúc từ vật liệu có sẵn. Nó có thể đào đất, nhận biết các dấu hiệu môi trường khác nhau như bức xạ (cho phép nó có khả năng sửa chữa các lò phản ứng hạt nhân), in tường với các màu sắc hoặc độ cứng khác nhau cho phù hợp với điều kiện và tăng tính hiệu quả. Hiện tại, cỗ máy xây dựng này vẫn cần một sự giúp đỡ nhỏ từ con người. Vào những ngày có sương đọng trên các lớp in, bọt phun vào sẽ bị trượt ra và lúc bấy giờ Keating phải đổi đầu in cho phù hợp hơn.
Trong thời gian tới, các kỹ sư của MIT sẽ nâng cấp nguyên mẫu robot này, hứa hẹn khi hoàn tất sẽ cung cấp cho hệ thống khả năng tự hành hoàn toàn. Keating cho biết mục tiêu cuối cùng của dự án là tạo thành một robot in 3D tự hành, sau đó đưa nó lên Mặt Trăng, sao Hỏa hay gần hơn là Nam Cực để bắt đầu công cuộc xây dựng căn cứ ở đó, mở đường cho sự di cư của con người. Hiện nhóm các nhà nghiên cứu thuộc MIT cho biết họ đã nhận được những lời mời từ NASA, quân đội Mỹ và cả Google để chia sẻ thêm về dự án đầy hứa hẹn này.
Tính đến nay, đã có nhiều nỗ lực về giải pháp xây dựng tự hành được thực hiện và mới đây nhất chính là dự án của nhóm các nhà khoa học vật liệu và thiết kế đến từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Sau khi cân nhắc tất cả các thiết kế từ những nghiên cứu trước, các nhà khoa học đã chọn sử dụng một cánh tay cơ khí di động để dễ dàng tùy biến và tăng phạm vi tiếp cận, đồng thời quyết định in 3D các tòa nhà theo lớp từng lớp ở những hình dạng phức tạp hơn. Giải pháp của các chuyên gia tại MIT bao gồm một cánh tay thủy lực lớn được đặt trên một chiếc xe bánh xích có gắn động cơ.
Ở cuối cánh tay là một cánh tay nhỏ hơn nhằm thao tác linh hoạt. Nó được trang bị một bộ cảm biến để định vị và kiểm soát tính ổn định, kèm theo đó là các công cụ có thể thay thế như mỏ hàn, mũi xúc đất và bộ phận in. Ở chế độ vươn ra hết cỡ, sải của cánh tay này dài 10 mét. Ngoài ra, robot mang tên Digital Construction Platform (DCP) này cũng được trang bị các tấm pin năng lượng mặt trời cũng như pin lưu trữ. Trong quá trình thử nghiệm, các nhà khoa học đã lập trình cho robot tự di chuyển ra khỏi nhà kho và xây dựng một mái vòm mở bằng cách ứng dụng phương pháp được các nhà phát triển gọi là "in tại chỗ”.
Đầu tiên, một đầu in phun điện tử sẽ bắn bọt ra nhằm tạo bản phác thảo của cấu trúc. Theo từng lớp một, robot sẽ phun bọt để xây một bức tường rỗng làm bằng chất liệu cách nhiệt, sau đó lấp đầy vào bên trong bê tông và thạch cao. Để thử khả năng in theo chiều ngang, robot thậm chí đã in thêm một băng ghế dính vào tường. Với đường kính 14.6 mét, đây là cấu trúc lớn nhất từng được xây dựng bởi một robot in 3D di động. Ngoài ra, hệ thống mới cũng đang nắm giữ kỷ lục về tốc độ để in một tòa nhà như vậy: 13.5 tiếng.
Có nhiều yếu tố khiến cho DCP vượt trội hơn so với các hệ thống khác. Chẳng hạn, các nhà nghiên cứu đã trang bị cảm biến laser vào điểm cuối cánh tay cơ khí nhằm nhận biết vị trí của đầu phun, giúp nó có thể đảm bảo tính chính xác khi phần còn lại của cánh tay không ổn định, theo Kohler. Kỹ thuật này chưa từng được áp dụng cho một con robot xây dựng và điều này giúp cho hệ thống của MIT nhẹ nhàng nhưng có tầm phun rất lớn. David Wilson, một kỹ sư cơ khí và là giám đốc đổi mới sáng tạo tại Bechtel ở Houston, Texas (nhà thầu chịu trách nhiệm xây đập Hoover Dam), cho rằng phương pháp in tại chỗ này sẽ mang lại nhiều tiềm năng mới cả ở vi mô và vĩ mô.
Ngoài các lợi thế an toàn, in 3D tự động còn nhanh và chính xác hơn so với xây dựng bằng tay truyền thống. Ngoài ra, kỹ thuật mới còn giúp gia tăng độ bền của nhà đồng thời giảm chi phí xây dựng bởi robot chỉ phun vật liệu khi cần thiết. Công nghệ cũng sẽ giúp đơn giản hóa việc lập kế hoạch xây dựng. Steven Keating, kỹ sư cơ khí tại MIT, người đứng đầu dự án cho rằng ông có thể hình dung được chính xác thời gian, chi phí và tính toàn vẹn của cấu trúc tòa nhà thậm chí trước khi bắt đầu in. "Robot cũng cho phép bạn hiện thực hóa bất kỳ mẫu thiết kế nào.", ông cho biết.
Robot mới có thể xây dựng các cấu trúc nhỏ từ vật liệu khác nhau như cát, đất nện, dây kim loại và thậm chí là băng. Tính linh họat này giúp robot trở nên hữu dụng khi hoạt động trong các môi trường xa khả năng tiếp cận của con người nhưng phải xây dựng cấu trúc từ vật liệu có sẵn. Nó có thể đào đất, nhận biết các dấu hiệu môi trường khác nhau như bức xạ (cho phép nó có khả năng sửa chữa các lò phản ứng hạt nhân), in tường với các màu sắc hoặc độ cứng khác nhau cho phù hợp với điều kiện và tăng tính hiệu quả. Hiện tại, cỗ máy xây dựng này vẫn cần một sự giúp đỡ nhỏ từ con người. Vào những ngày có sương đọng trên các lớp in, bọt phun vào sẽ bị trượt ra và lúc bấy giờ Keating phải đổi đầu in cho phù hợp hơn.
Trong thời gian tới, các kỹ sư của MIT sẽ nâng cấp nguyên mẫu robot này, hứa hẹn khi hoàn tất sẽ cung cấp cho hệ thống khả năng tự hành hoàn toàn. Keating cho biết mục tiêu cuối cùng của dự án là tạo thành một robot in 3D tự hành, sau đó đưa nó lên Mặt Trăng, sao Hỏa hay gần hơn là Nam Cực để bắt đầu công cuộc xây dựng căn cứ ở đó, mở đường cho sự di cư của con người. Hiện nhóm các nhà nghiên cứu thuộc MIT cho biết họ đã nhận được những lời mời từ NASA, quân đội Mỹ và cả Google để chia sẻ thêm về dự án đầy hứa hẹn này.
Tham khảo: MIT
