Robotter overtager byggeriet

Takket være computere i miniformat, kunstig intelligens og nye sensorer kan robotter overtage arbejdet fra håndværkere af kød og blod og mure et helt hus, sætte vægge op og lægge tag længe efter fyraften.

Robotter har allerede bevist, at de kan bygge huse stort set uden menneskelig hjælp, for eksempel i Schweiz, hvor det robotbyggede DFAB House åbnede i februar 2019. Robotter er også udset til at bygge det kommende robotmuseum i Seoul, som skal laves fra næste år og åbne i 2022.

Fremskridtene vil gøre huse langt nemmere at bygge, men det er faktisk også livsnødvendigt. Ifølge FN bliver der behov for nye huse til omkring tre milliarder men­nes­ker, 40 procent af verdens befolkning, i 2030.

Det nye byggesjak af robotter kan ikke blot klare alle de fysiske byggeopgaver. De er også på vej til at overtage jobbet fra arkitekten og byggelederen ved at tegne huse samt planlægge og overvåge hele byggeprocessen.

Automatiske arme maler biler

Robotter har i årtier været i brug på fabrikker. Et eksempel er bilindustrien, hvor robotarme siden 1970’erne har svejset og sprøjtemalet bilernes karrosserier.

I modsætning til mennesker kan robotarmene gentage de samme bevægelser døgnet rundt med stor nøjagtighed uden at blive trætte eller få skader. Derfor kan robotter udføre ensformige arbejdsopgaver med mange gentagelser mere effektivt end mennesker.

En fabrik er et forudsigeligt miljø med en fastlagt proces, fra de enkelte dele kommer ind i systemet, og til det færdigsamlede produkt dukker frem i den anden ende. Her er det relativt enkelt at placere en robot, der for eksempel skal samle ting op fra et transportbånd og lægge ned i en kasse igen og igen.

En byggeplads er derimod langt mere omskiftelig. Maskiner og byggematerialer kan stå i vejen, byggeplaner kan ændres løbende, og forsinkelser eller vejrforhold kan betyde, at håndværkerne pludselig må kaste sig over andre opgaver end planlagt.

Derfor domineres byggebranchen stadig af menneskelige håndværkere med traditionelt værktøj og maskiner.

Laser giver “øjne”

I de senere år har en række nye teknologier gjort robotter langt mere fleksible og selvstyrende. En vigtig teknologi er de små såkaldte indlejrede computere, som er blevet langt kraftigere.

Indlejrede computere er indbygget i andre maskiner og skræddersyet til at udføre specifikke opgaver – modsat en almindelig computer, som ikke er indbygget i en anden maskine, men fungerer på egen hånd. Indlejrede computere bliver for eksempel brugt i trafiklys og navigationsudstyr i fly.

I dag kan disse computere løse beregningstunge opgaver som for eksempel billedanalyse, hvilket robotter kan bruge til at kende for eksempel værktøj og forskellige materialer fra hinanden på en byggeplads.

Samtidig med udviklingen af de indlejrede computere er sensorer blevet mere præcise. De bruges for eksempel til teknikken lidar, hvor robotter opbygger et detaljeret 3D-kort over deres omgivelser ved brug af laser.

Laserlys sendes ud, og sensorer måler afstande og forme ud fra, hvordan og hvor hurtigt lyset reflekterer tilbage fra omgivelserne.

Lidar-teknologien bruges allerede i selvkørende biler, og den kan gøre robotter bedre til at navigere i det omskiftelige miljø på byggepladsen.

Droner giver præcis udgravning

De nye teknologiske landvindinger betyder, at robotter kan overtage byggeprocessen fra udgravning af fundamentet.

Det japanske byggefirma Komatsu har automatiseret processen med at måle op, grave ud og planere det område, der skal bygges et hus på. Ifølge firmaet kunne det tidligere tage op til tre dage for landmålere af kød og blod at lave et højdekort over et område på 20.000 m2, men ved at bruge droner og metoden real-time kinematic-positionering (RKT) kan dronerne på cirka 30 minutter tegne et nøjagtigt 3D-kort over området.

RKT øger nøjagtigheden af det almindelige GPS-signal ved at sammenholde GPS-koordinater med et signal, som kommer fra en antenne, der er placeret på selve byggeområdet.

Dette signal kan korrigere små afvigelser fra GPS-satellitterne, som befinder sig mange tusind kilometer væk. Dermed opnås en nøjagtighed ned til et par centimeter, hvorimod GPS normalt kun er præcis ned til nogle meter.

En drone udstyret med et 20-megapixelkamera tager et billede i sekundet af området og kobler det aktuelle GPS-koordinat sammen med hvert billede.

Herefter opbygger en computer et 3D-kort, som overføres til Komatsus selvkørende maskiner med information om, hvor og hvor meget jord der skal fjernes, hvorefter bulldozeren og gravemaskinen går i gang med at flytte jord uden en sjæl i førerhuset.

3D-printer bygger hus på et døgn

Når jorden er planeret og fundamentet støbt, venter udfordringen med at bygge mure. Til opgaven arbejder ingeniører verden over på at udvikle en teknik, der normalt bruges til mindre ting: 3D-printere.

3D-printere til huse benytter en såkaldt additiv proces, hvor lag på lag printes oven på hinanden og til sidst udgør husets mure.

Eksempelvis har det amerikanske firma Contour Crafting udviklet en 3D-printer, hvor printhovedet via et skinnesystem bevæger sig i længden, bredden og højden. Ud af dysen på hovedet strømmer en hurtigttørrende beton, men med tiden er det også tanken, at armering og endda elinstallationer skal kunne printes i samme del af processen.

Ifølge Contour Crafting vil et hus på cirka 180 m2, der normalt tager mindst et halvt år at opføre, kunne bygges på 24 timer.

Robot murer lynhurtigt

3D-printere sprøjter materiale ud af dyser, men man finder også robotter, der efterligner murerens gerning og lægger sten oven på hinanden i et præcist mønster.

Robotten SAM100 består af en arm, der tager mursten fra et transportbånd, påfører mørtel og lægger stenene på murværket. En stander på hver side af arbejdsområdet udsender laserlys, der fungerer som murersnor, når robotten placerer murstenene. Robotarmens bevægelser styres af algoritmer, som matcher armens hastighed og vinkel med “snoren”.

Ifølge virksomheden Construction Robotics, der står bag SAM100, kan robotten gøre de menneskelige murere tre-fem gange effektivere, fordi de kun skal stå for opsætning af robotten, føde den med mursten og mørtel samt rette fugerne til.

SAM100 kan lægge op til 3000 mursten om dagen sammenlignet med 500 for en menneskelig murer, som samtidig slipper for 80 procent af det hårde løftearbejde.

Tømrerrobot sætter gipsplader op

Kort fornyes hvert 3. sekund

Andre robotter står klar til at lave tømrerarbejde inde i huset. Japanske forskere har for eksempel programmeret den humanoide robot HRP-5P til at opsamle og montere gipsplader med en skruemaskine.

Robotten er udstyret med motorer og bevægelige led, så dens krop kan dreje sig i større vinkler og samtidig bære flere kilo end mennesker.

Robotten bevæger sig rundt på byggepladsen ved hjælp af lidar-teknologi: Hvert 3. sekund udsender robotten en byge af laserlys, som rammer genstandene i rummet.

Robotten opbygger herefter et detaljeret 3D-kort bestående af de punkter, lyset har ramt og er blevet reflekteret tilbage fra. Når HRP-5P løfter en gipsplade op foran sit hoved og derved blokerer for hovedets kamera og sensorer, kan den alligevel navigere korrekt, fordi den hele tiden har en frisk 3D-model af sine omgivelser liggende i hukommelsen.

Før monteringen af gipspladen må robotten vælge det rette værktøj, og her bruger den algoritmer med kunstig intelligens – såkaldte neurale netværk inspireret af menneskehjernen – til at genkende og skelne eksempelvis en skruemaskine fra en boremaskine eller en hammer.

Robotbygget hus er åbnet

Den nye generation af computerstyrede håndværkere har allerede bevist, at de stort set kan overtage hele byggeprocessen. I Schweiz åbnede det såkaldte DFAB House i begyndelsen af 2019.

De bærende vægge er lavet ved, at en robot har taget metaltråde og svejset dem sammen til et murformet gitter, som så er blevet fyldt med beton.

Anden etage i huset hviler på én stor betonplade, som er “udskrevet” af en 3D-printer. Det tagbærende træværk, som står på betonpladen, er savet til, boret og samlet af robotarme.

Næste skridt for robotterne er også at overtage arbejdet med at installere el og vandrør, og her er entreprenører også allerede begyndt at bruge robotter. Det er især teknikken building information modeling (BIM), som gør robotterne i stand til at håndtere de følsomme installationer.

BIM er computergenererede 3D-modeller af huse, fra mure og tagværk til placering af rør og ledninger. Modellerne ændrer sig konstant alt efter byggeriets fremgang og kan derfor finjustere de bevægelser, robotterne laver.

Marsbase skal bygges af robotter

Fremtiden byder på en automatiseret byggeproces, hvor huse bliver hurtigere at bygge, men robotterne kan mere end løse boligmangel. De kan blive afgørende for koloniseringen af Solsystemet, for eksempel Mars.

Her blotter den tynde atmosfære astronauter for skadelig stråling fra rummet og gør det umuligt at trække vejret. Derfor må de have en beskyttende base.

Men for hver ti kilo last i en rumraket kræves der ni gange så meget brændstof. Med den nuværende raketteknologi er det ikke praktisk muligt at sende både astronauter, byggemaskiner og materialer afsted.

Det er til gengæld muligt at sende robotter i forvejen for at bygge en base, som astronauter senere ankommer til.

NASA samarbejder med firmaet AI SpaceFactory om at udvikle 3D-printere, som kan bygge en base på Mars.

Basen skal printes med et materiale lavet af basalt, som findes på Mars, blandet med bioplast, der udvindes af planter dyrket på planeten.

Det skal give et materiale, som beskytter mod kosmisk stråling og isolerer mod Mars’ ekstreme temperaturer.

Den store fremtidsvision er, at robotter på egen hånd klarer byggeriet på planeter, måner og asteroider i hele Solsystemet, sådan så mennesker kan ankomme til færdige baser og leve, arbejde og forske.