21 sept. 2022 (Actualités Nanowerk) Des chercheurs de l'Imperial College de Londres et de l'Empa ont créé une flotte d'imprimantes 3D volantes inspirées des abeilles pour construire et réparer des structures en vol. La technologie pourrait à terme être utilisée pour fabriquer et construire dans des endroits difficiles d'accès ou dangereux tels que des immeubles de grande hauteur ou pour aider à la construction de secours après une catastrophe, affirment les chercheurs, qui publient leurs travaux dans Nature (« Fabrication additive aérienne avec plusieurs robots autonomes »).

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L'impression 3D prend de l'ampleur dans le secteur de la construction. Sur site et en usine, des robots statiques et mobiles impriment des matériaux destinés à des projets de construction, tels que des structures en acier et en béton. Cette nouvelle approche de l’impression 3D utilise des robots volants, appelés drones, qui utilisent des méthodes de construction collective inspirées des bâtisseurs naturels comme les abeilles et les guêpes. Les drones de la flotte, connus collectivement sous le nom de Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM), travaillent en coopération à partir d’un plan unique, adaptant leurs techniques au fur et à mesure. Ils sont totalement autonomes en vol mais sont surveillés par un contrôleur humain qui vérifie la progression et intervient si nécessaire, en fonction des informations fournies par les drones. L'auteur principal Mirko Kovac, professeur au Département d'aéronautique de l'Imperial et directeur du Centre de matériaux et technologies de robotique de l'Empa, a déclaré : « Nous avons prouvé que les drones peuvent travailler de manière autonome et en tandem pour construire et réparer des bâtiments, du moins en laboratoire. Notre solution est évolutive et pourrait nous aider à construire et à réparer des bâtiments dans des zones difficiles d'accès à l'avenir. Les BuilDrones (R) impriment leur matériel en 3D pendant le vol et les ScanDrones (L) mesurent en continu leur production pour le contrôle qualité. (Image : ICL)

Impression de géométries 3D

Aerial-AM utilise à la fois un cadre d’impression 3D et de planification de trajectoire pour aider les drones à s’adapter aux variations de géométrie de la structure au fur et à mesure de la progression de la construction. La flotte se compose de BuilDrones, qui déposent des matériaux pendant le vol, et de ScanDrones de contrôle qualité qui mesurent en permanence la production des BuilDrones et informent sur leurs prochaines étapes de fabrication. Pour tester le concept, les chercheurs ont développé quatre mélanges de ciment sur mesure avec lesquels les drones peuvent construire. Tout au long de la construction, les drones ont évalué la géométrie imprimée en temps réel et ont adapté leur comportement pour garantir qu'ils répondaient aux spécifications de construction, avec une précision de fabrication de cinq millimètres. Les impressions de validation de principe comprenaient un cylindre de 2.05 mètres de haut (72 couches) avec un matériau en mousse à base de polyuréthane, et un cylindre de 18 centimètres de haut (28 couches) avec un matériau cimentaire structurel conçu sur mesure. La technologie offre des possibilités futures pour la construction et la réparation de structures dans des endroits en hauteur ou difficiles d'accès. Ensuite, les chercheurs travailleront avec des entreprises de construction pour valider les solutions et fournir des capacités de réparation et de fabrication. Le professeur Kovac a déclaré : « Nous pensons que notre flotte de drones pourrait contribuer à réduire les coûts et les risques de construction à l'avenir, par rapport aux méthodes manuelles traditionnelles. »
Trace lumineuse accélérée démontrant la coordination multi-agents de l'équipe de robots Aerial AM. Une simulation de futurs projets de construction potentiels. (Image : Autonomous Manufacturing Lab, UCL) Les co-chercheurs incluent Robert Stuart-Smith, Stefan Leutenegger, Vijay Pawar, Richard Ball, Chris Williams et Paul Shepherd, et leurs recherches Photo des deux drones à côté d'une structure plus haute qu'un des équipes humaines de l'UCL, de l'Université de Bath, de l'Université de Pennsylvanie, de l'Université Queen Mary de Londres et de l'Université technique de Munich (TUM). Il a été lancé par le professeur adjoint Stuart-Smith de l'UCL et de l'Université de Pennsylvanie et le professeur Kovac de l'Imperial et de l'Empa après une collaboration de recherche pilote et une récompense pour une démonstration sur la réparation des pipelines.