商業(yè)3D打?。ɑ蛟霾闹圃欤ˋM））是一個(gè)蓬勃發(fā)展的行業(yè)。但是，如果打印機(jī)從涉及固定盒子和龍門架的典型設(shè)置中解放出來，并可以自由地巡回，同時(shí)在協(xié)作團(tuán)隊(duì)中工作，那么AM應(yīng)用的業(yè)務(wù)面可能會(huì)更大，并具有更多的應(yīng)用程序，包括作為建筑工地的機(jī)器人泥瓦匠和維修崩潰的機(jī)器城鄉(xiāng)民用基礎(chǔ)設(shè)施。

 

　　因此，在美國這樣一個(gè)團(tuán)隊(duì)成立，紐約大學(xué)丹頓工程學(xué)院的一個(gè)多學(xué)科機(jī)器人團(tuán)隊(duì)由紐約大學(xué)城市科學(xué)與進(jìn)步中心（CUSP）主辦，并獲得了美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）的120萬美元資助，旨在通過設(shè)計(jì)使該概念成為現(xiàn)實(shí)用于連接到移動(dòng)平臺(tái)機(jī)械臂上的3D打印機(jī)的自治系統(tǒng)。

 

　　這些打印機(jī)必須具有團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)功能（一種稱為集體增材制造（CAM）的概念），具有機(jī)器學(xué)習(xí)和其他人工智能（AI）功能，可以修復(fù)橋梁，隧道和其他市政結(jié)構(gòu)，能在海洋深處和災(zāi)區(qū)工作；甚至前往太空在月球，火星及其他地方工作。

 

　　研究人員陳峰，毛里齊奧·波菲里（Maurizio Porfiri），盧多維奇·里蓋蒂（Ludovic Righetti）和金衛(wèi)華（Weihua Jin）是土木與城市工程，機(jī)械與航空航天工程以及電氣與計(jì)算機(jī)工程系的教授，他們將專注于包括了：“自治”，“控制”，“實(shí)時(shí)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)”這三個(gè)領(lǐng)域，這些領(lǐng)域?qū)τ谶M(jìn)行3D 打印至關(guān)重要。

 

　　研究人員稱，實(shí)現(xiàn)它們的第一步是規(guī)劃和本地化：打印機(jī)必須能夠相對(duì)于彼此以及它們隨著變化和增長而構(gòu)建的結(jié)構(gòu)進(jìn)行本地化，并且在不依賴于全球定位系統(tǒng)的情況下進(jìn)行本地化，尤其是對(duì)于外星應(yīng)用。

 

　　第二步是模型預(yù)測控制：移動(dòng)基座和操縱器必須足夠高效和穩(wěn)定，以實(shí)現(xiàn)快速，高質(zhì)量的打印，并且能夠?qū)崟r(shí)適應(yīng)現(xiàn)場實(shí)際條件中的意外或意外變化，或者打印頭沉積水泥或其他材料的方式出現(xiàn)意外變化。

 

　　第三步是打印和協(xié)調(diào)：使用要打印的零件的設(shè)計(jì)和實(shí)際演變的結(jié)構(gòu)本身作為地圖，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)同步，以實(shí)現(xiàn)打印機(jī)器人的物理協(xié)調(diào)。

 

　　Feng解釋說，這些步驟的目標(biāo)是為了提高準(zhǔn)確性、效率以及對(duì)環(huán)境和實(shí)時(shí)條件的適應(yīng)性，而不是導(dǎo)航應(yīng)用程序重新路由判斷（機(jī)器感覺到的車輛偏離映射路線）的方式。但是，與典型的基于GPS的導(dǎo)航服務(wù)不同，這些調(diào)整必須快如閃電且精確到幾毫米，而不是幾十英尺。

 

　　Feng將專注于計(jì)劃和本地化，應(yīng)對(duì)諸如如何使機(jī)器人能夠識(shí)別何時(shí)以及何時(shí)不需要自身高度精確化等挑戰(zhàn)。他說：“機(jī)器人必須能夠快速移動(dòng)到印刷區(qū)域，觀察真實(shí)條件（例如，由于現(xiàn)實(shí)世界不是平坦的，所以地面不平坦），然后立即進(jìn)行補(bǔ)償。” 他解釋說：“雖然我們希望在結(jié)構(gòu)區(qū)域具有更高的準(zhǔn)確性，但離結(jié)構(gòu)越遠(yuǎn)，所需的資源就越少。” “這將涉及一種新型的主動(dòng)本地化策略。”Righetti將研究每個(gè)移動(dòng)打印機(jī)的實(shí)時(shí)最佳控制算法，以使機(jī)器人能夠快速適應(yīng)環(huán)境。
 

（圖片來源：NYU Tandon）

 

　　“每個(gè)機(jī)器人都必須觀察正在打印的內(nèi)容，并自動(dòng)將其與項(xiàng)目設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)，并立即識(shí)別出打印的結(jié)構(gòu)是否偏離了它，以及偏離了多少，并始終確定下一步的最佳動(dòng)作以確保正確執(zhí)行印刷結(jié)構(gòu)。”他說。

 

　　Porfiri將開發(fā)一個(gè)數(shù)學(xué)框架，以允許機(jī)器人在不斷發(fā)展的物理環(huán)境中自主協(xié)調(diào)各自的動(dòng)作，從而使多個(gè)移動(dòng)打印機(jī)可以同時(shí)創(chuàng)建效率更高的結(jié)構(gòu)。在像火星這樣的地方，沒有足夠的遠(yuǎn)程服務(wù)器來控制機(jī)器人的協(xié)調(diào)工作而沒有時(shí)間延遲的情況下，此功能尤其重要。

 

　　“與無人機(jī)在編隊(duì)或自動(dòng)駕駛汽車中相互保持距離不同，我們的移動(dòng)打印機(jī)在物理環(huán)境中留下了獨(dú)特的足跡：正在打印的對(duì)象。我的工作將利用這一足跡來建立有效的算法，以進(jìn)行協(xié)調(diào)和集體打印。 ”

 

　　Jin將幫助團(tuán)隊(duì)開發(fā)適用于移動(dòng)式3D混凝土印刷的新型復(fù)合材料。該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過使用將在NYU Tandon生產(chǎn)的移動(dòng)打印機(jī)對(duì)這些新混凝土進(jìn)行真實(shí)世界的3D打印來證明算法的有效性。

 

　　“為了釋放集體增材制造的全部潛力，必須突破一些科學(xué)界限，以確保根據(jù)工程化的虛擬設(shè)計(jì)來最佳地部署多個(gè)打印大型結(jié)構(gòu)的移動(dòng)機(jī)器人，”馮說。