Robotter overtager byggeriet

En førerløs gravko udgraver, og en robotarm lægger 1000 mursten i timen. Med nye superpræcise sensorer og kunstigt intelligente algoritmer har robotter allerede bygget hele huse, og om få år er de det nye, elektroniske byggesjak.

Shutterstock

Støjen fra gravemaskiner, cementblandere og værktøj summer fra en byggeplads. Et tag bliver monteret på et hus, mens udgravningen til et fundament er i gang på nabogrunden. I et tredje hus bliver gipsplader sat op. Der er ikke et eneste menneske på byggepladsen.

Alle håndværksopgaverne – fra støbning af fundament til placering af den sidste tagsten – bliver udført af robotter, mens droner tjekker fremgangen.

Sådan kan byggepladsen se ud inden længe.

1 / 5

undefined

12345

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.

30 minutter – så hurtigt kan droner kortlægge en byggegrund på 20.000 m2.

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.

Algoritmer er nye arkitekter

Inden længe kan en computer stort set overtage arkitektens job, når blot den har en overordnet idé til en bygning. Computeren har “lært”, hvad den så skal gøre, ved at gennemgå data om tusindvis af tidligere byggeprojekter.

Dens algoritmer finjusteres efter de mange data-“erfaringer”, så de kan udregne, fx hvilke materialer der er bedst at bruge til en bestemt bygningsform, hvordan vandrør og ledninger skal placeres, og hvor tykt taget skal være for optimal isolering.

En modeltegning i tre dimensioner kan herefter sendes via fx wi-fi til de robotter, som fysisk skal lave bygningen.

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.

© Shutterstock

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.

Selvkørende gravko udgraver fundamentet

1 / 3

undefined

123

Manden i førerhuset er erstattet af en boks fyldt med computere og sensorer. Ud fra en 3D-model af huset udgraver robotten selv fundamentet med centimeterpræcision.

© built robotics inc.

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.

Hvis gravkoen bevæger sig ud over den virtuelle grænse, som er sendt til styrecomputeren, stopper den udgravningen og retter sin position.

© Built robotics inc.

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.

Droner overvåger byggepladsen

Canadiske forskere har udviklet droner, som kan flyve rundt på en byggeplads, tage billeder og analysere dem vha. billedgenkendelse.

Dronerne kan genkende forskellige materialer og mønstre og dermed gøre status over, hvor langt arbejdet er nået med fx mure eller isolering.

Billederne sammenholdes med 3D-byggeplanen, som er kodet ind i dronerne, og farvekodes efter fremgangen. Herefter kan dronerne sende nye instrukser til de andre robotter på byggepladsen.

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”.

Robotarm lægger 1000 mursten i timen

Den australske robot Hadrian X bygger mure i rekordtempo. Robotarmen bruger laserlys til positionsbestemmelse og lægger sten af letbeton, der er 12 gange større end almindelige mursten og hærdes på 45 minutter.

Laser styrer arm

Robotarmens position udregnes og justeres ved løbende at sende laserlys fra armen til en fast station, der måler indfaldsvinkel og afstand. På den måde opnår armen en præcision på under en millimeter.

Klæbestof tilføjes

Mursten fødes løbende gennem den hule arm. Når en sten ankommer, kører en sprøjtearm frem og tilbage og lægger klæbemasse på, hvorefter stenen vendes og gives videre til den yderste gribemekanisme.

Mursten lægges

Armens yderste led - op til 30 meter væk - hænger frit og stabiliseres af motorer, sådan så det holder sig lodret uanset ryk i resten af armen pga. fx vindstød. Gribemekanismen roterer mursten og lægger dem.

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

Tømrerrobotten HRP-5P kan løfte gipsplader, genkende en skruemaskine og præcist sætte pladerne op inde i hus. HRP-5P manøvrerer præcist rundt ved hjælp af laserlys, som reflekteres af omgivelserne, hvilket giver et 3D-kort over robottens rute og evt. forhindringer.

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.

HRP-5P er 182 cm høj og vejer 101 kg. Et kamera i hovedet kan genkende fx en skruemaskine.

© aist

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.

Tømrerrobot manøvrerer efter farvekoder

Robotten HRP-5P kan tage en gipsplade fra en stak, presse den mod en mur med den ene arm og skrue pladen fast med den anden. HRP-5P orienterer sig ved, at laserlys sendes ud til alle sider. Så måler sensorer, hvor hurtigt lyset reflekterer tilbage fra forskellige retninger. Sådan bliver robottens rute rundt i lokalet udregnet og farvekodet.

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.

24 timer tager det de nyeste 3D-printere at “udskrive” et helt hus.

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.

Robotarme beregner og samler selv tagkonstruktion

Robotarme saver bjælker til i de rette mål, placerer dem præcist, borer huller og samler stolper til et skelet, der bærer taget til et hus.

Robotarm skærer stolper til

En robotarm skærer træet i en rundsav. Armens position i tre dimensioner bliver justeret ud fra lyssensorer, som måler afstande og vinkler til omgivelserne. Imens borer en anden robotarm huller i stolperne.

Algoritme undgår kollisioner

Computeren, som sender kommandoer til de to robotarme, bruger en algoritme til konstant at korrigere armenes indbyrdes bevægelser, i takt med at træstolperne bliver sat på plads.

Arme samler stolper

Robotterne placerer stolperne i et geometrisk mønster, som er lavet til at kunne bære et tag uden behov for, at der indsættes beslag og plader, der støtter. Dermed spares der både tid og materialer.

Taget står færdigt

Når stolperne er skruet sammen, kan hele konstruktionen løftes på plads på et hus. Her bærer stolperne taget på det schweiziske DFAB House, hvor alle delene er bygget af robotter.

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.

Læs også:

Fødevarer

Sandt eller falsk: Tyggegummi bliver i kroppen i årevis

2 minutter
Teknologi

Vi behandler robotter som mennesker

2 minutter
Robotter

Robot skal redde menneskeliv

2 minutter

Log ind

Fejl: Ugyldig e-mailadresse
Adgangskode er påkrævet
VisSkjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klik hér

Ny bruger? Få adgang nu!