Roboter bygger hele huset

Takket være datamaskiner i miniformat, kunstig intelligens og nye sensorer kan roboter overta arbeidet fra håndverkere av kjøtt og blod og mure et helt hus, sette opp vegger og legge tak lenge etter at den vanlige arbeidsdagen er ferdig.

Roboter har allerede bevist at de kan bygge hus stort sett uten menneskelig hjelp, for eksempel i Sveits, der det robotbygde DFAB House åpnet i februar 2019. Roboter har også fått i oppgave å bygge det kommende robotmuseet i Seoul til neste år. Museet skal åpne i 2022.

Framskrittene vil gjøre det mye lettere å bygge hus, og det er faktisk også livsnødvendig. Ifølge FN blir det behov for nye hus til omkring tre milliarder mennesker, 40 prosent av verdens befolkning, i 2030.

De nye bygningsarbeiderne kan ikke bare klare alle de fysiske oppgavene. De er også på vei til å overta jobben fra arkitekten og byggelederen ved å tegne hus og planlegge og overvåke hele byggeprosessen.

Automatiske armer maler biler

Roboter har vært i bruk på fabrikker i flere tiår. Et eksempel er bilindustrien, der robotarmer siden 1970-tallet har sveiset og spraylakkert bilenes karosserier.

I motsetning til mennesker kan robotarmene gjenta de samme bevegelsene døgnet rundt med stor nøyaktighet uten å bli slitne eller få skader. Det er derfor roboter kan utføre mange ensformige arbeids­oppgaver med mange gjentakelser mer effektivt enn mennesker.

En fabrikk er et forutsigbart miljø med en fastlagt prosess, fra de enkelte delene kommer inn i systemet til det ferdige produktet dukker fram i den andre enden. Her er det relativt enkelt å plassere en robot, som for eksempel skal plukke opp ting fra et samlebånd og legge det ned i en kasse igjen og igjen.

En byggeplass er derimot mye mer uforutsigbar. Maskiner og bygningsmaterialer kan stå på veien, byggeplaner kan endres raskt, og forsinkelser eller værforhold kan innebære at håndverkerne plutselig må kaste seg over andre oppgaver enn planlagt.

Derfor domineres byggebransjen fortsatt av menneskelige håndverkere med tradisjonelt verktøy og maskiner.

Laser gir «øyne»

I de siste årene har en rekke nye teknologier gjort roboter mye mer fleksible og selvstyrende. En viktig teknologi er ørsmå datamaskiner som har blitt mye kraftigere.

Datamaskiner er nå innebygget i all slags utstyr og skreddersydd til å utføre spesifikke oppgaver – i motsetning til en vanlig datamaskin, som fungerer på egen hånd. Slike små datamaskiner blir for eksempel brukt i trafikklys og navigasjonsutstyr i fly.

I dag kan disse datamaskinene løse tunge oppgaver som for eksempel bildeanalyse, noe roboter kan bruke til å kjenne igjen for eksempel verktøy og ulike materialer på en kaotisk byggeplass.

Samtidig med utviklingen av de små datamaskinene har sensorer blitt langt mer presise. De brukes for eksempel til teknologien lidar, der roboter bygger opp et detaljert 3D-kart over omgivelsene ved bruk av laser.

Laserlys sendes ut, og sensorer måler avstander og former ut fra hvordan og hvor raskt lyset reflekteres fra omgivelsene.

Lidar-teknologien brukes allerede i dag i selvkjørende biler, og den kan gjøre roboter flinkere til å navigere i det omskiftelige miljøet på byggeplassen.

Droner gir presis graving

De nye teknologiske landevinningene innebærer at roboter kan overta byggeprosessen, allerede fra første tak med gravemaskinen.

Det japanske byggefirmaet Komatsu har automatisert prosessen med å måle opp, grave ut og planere det området et hus skal bygges på. Ifølge firmaet kunne det tidligere ta opptil tre dager for landmålere av kjøtt og blod å lage et høydekart over et område på 20 000 m2, men ved å bruke droner og metoden real-time kinematic positioning (RKP) kan dronene på bare 30 minutter tegne et nøyaktig 3D-kart over det samme området.

RKT øker nøyaktigheten av det vanlige GPS-signalet ved å sammenligne GPS-koordinater med et signal som kommer fra en antenne som er plassert på selve byggeområdet.

Dette signalet kan korrigere små avvik fra GPS-satellittene, som befinner seg mange tusen kilometer unna. Dermed oppnås en nøyaktighet ned til et par centimeter, mens GPS normalt bare er presist ned til noen meter.

En drone utstyrt med et 20-megapikselkamera tar ett bilde av området i sekundet og kobler dette sammen med GPS-koordinatene i hvert bilde.

Deretter bygger en datamaskin opp et 3D-kart som overføres til Komatsus selvkjørende maskiner med informasjon om hvor og hvor mye jord som skal fjernes. Så går bulldoseren og gravemaskinen i gang med å flytte jord – uten en sjel i førerhuset.

3D-printer bygger hus på et døgn

Når området er planert og grunnmuren støpt, venter utfordringen med å bygge veggene. Ingeniører verden over arbeider med å utvikle en teknikk som normalt brukes til mindre ting: 3D-printere.

3D-printere til hus bruker en såkalt additiv prosess, der lag på lag printes over hverandre og til slutt utgjør husets vegger.

For eksempel har det amerikanske firmaet Contour Crafting utviklet en 3D-printer der printhodet beveger seg i lengden, bredden og høyden via et skinnesystem. Ut av dysen på hodet strømmer en hurtigtørkende betong, men med tiden er det også tanken at armering og til og med ledninger skal kunne printes i samme del av prosessen.

Ifølge Contour Crafting vil et hus på om lag 180 m2 som normalt tar minst et halvt år å oppføre, kunne bygges på 24 timer.

Robot murer lynraskt

3D-printere sprøyter ut materiale av en rekke ulike dyser, men man finner også roboter som etterligner murerens arbeid og legger murstein i et presist mønster.

Roboten SAM100 består av en arm som tar mursteiner fra et samlebånd, påfører mørtel og legger steinene på muren. Et apparat på hver side av arbeidsområdet sender ut laserlys som fungerer som murersnor når roboten plasserer mursteinene. Robotarmens bevegelser styres av algoritmer som matcher armens hastighet og vinkel med «snoren».

Ifølge bedriften Construction Robotics, som står bak SAM100, kan roboten gjøre menneskelige murere tre–fem ganger mer effektive, fordi de bare skal stå for oppsett av roboten, fore den med mursteiner og mørtel samt rette til fugene.

SAM100 kan allerede klarer å legge opptil 3000 murstein dagen, sammenlignet med 500 for en menneskelig murer, som samtidig slipper 80 prosent av det aller tyngste løftearbeidet.

Tømrerrobot setter opp gipsplater

Kart fornyes hvert 3. sekund

Andre roboter står klare til å utføre tømrerarbeid inne i huset. Japanske forskere har for eksempel programmert den humanoide roboten HRP-5P til å plukke opp og montere gipsplater med en skruemaskin.

Roboten er utstyrt med motorer og bevegelige ledd, slik at kroppen kan dreie seg i større vinkler og samtidig bære flere kilo enn mennesker.

Roboten beveger seg rundt på byggeplassen ved hjelp av lidar-teknologi: Hvert 3. sekund sender roboten laserlys som treffer gjenstandene i rommet.

Roboten bygger deretter opp et detaljert 3D-kart som består av de punktene lyset har truffet og blitt reflektert fra. Når HRP-5P løfter en gipsplate foran hodet og dermed blokkerer for kamera og sensorer, kan den likevel navigere riktig fordi den hele tiden har en fersk 3D-modell av omgivelsene liggende i hukommelsen.

Før monteringen av gipsplaten må roboten velge det rette verktøyet, og til den oppgaven bruker den med kunstig intelligens – såkalte nevrale nettverk inspirert av menneskehjernen – til å gjenkjenne og skille ut for eksempel en skruemaskin fra en boremaskin eller en hammer.

Robotbygget hus er åpnet

Den nye generasjonen av datastyrte håndverkere har allerede bevist at kan overta stort sett hele byggeprosessen. I Sveits åpnet det såkalte DFAB-huset i begynnelsen av 2019.

De bærende veggene er laget ved at en robot har tatt metalltråder og sveiset dem sammen til et murformet gitter, som så har blitt fylt med betong.

Andre etasje i huset hviler på én stor betongplate, som er «skrevet ut» av en 3D-printer. Det bærende reisverket, som står på betongplaten, er saget til, boret og montert av robotarmer.

Neste skritt for robotene er å overta arbeidet med å installere elektrisitet og vannrør, og her har entreprenører også allerede begynt å bruke roboter. Det er særlig teknologien building information modeling (BIM) som gjør robotene i stand til å håndtere de følsomme installasjonene.

BIM er datagenererte 3D-modeller av hus, fra vegger og tak til plassering av rør og ledninger. Modellene endrer seg hele tiden, etter hvert som byggeprosessen skrider fram, og kan derfor finjustere de bevegelsene robotene gjennomfører.

Marsbase skal bygges av roboter

Framtiden byr på en automatisert byggeprosess der hus bygges raskere, men robotene nøyer seg ikke med å løse boligmangelen. De kan bli avgjørende for koloniseringen av solsystemet, for eksempel Mars.

Den tynne atmosfæren gjør at astronauter er utsatt for skadelig stråling fra verdensrommet, og det er umulig å puste uten romdrakt. Derfor må de ha en beskyttende base.

Men for hvert tiende kilo last en romrakett skal ta med seg, kreves det nitti kilo drivstoff. Med dagens raketteknologi er det ikke praktisk mulig å sende av gårde både astronauter, maskiner og materialer på en gang.

Det er derimot mulig å sende roboter på forhånd for å bygge en base som astronauter senere ankommer til.

Nasa samarbeider med firmaet AI SpaceFactory om å utvikle 3D-printere som kan bygge en base på Mars.

Basen skal printes med et materiale laget av basalt, som finnes på Mars, blandet med bioplast som utvinnes av planter dyrket på planeten.

Resultatet av denne prosessen blir et materiale som både gir beskyttelse mot kosmisk stråling og isolerer mot de ekstreme temperaturene på Mars.

Den store framtidsvisjonen er at roboter på egen hånd klarer byggeprosessen på planeter, måner og asteroider i hele solsystemet, slik at mennesker kan ankomme til ferdige baser og leve, arbeide og forske.