Roboter bygger hele huset

En førerløs gravemaskin graver, og en robotarm legger 1000 murstein i timen. Med superpresise sensorer og kunstig intelligens har roboter allerede bygget hele hus, og om noen få år er teamet av bygningsarbeidere komplett.

Shutterstock

Støyen fra gravemaskiner, sementblandere og verktøy summer fra en byggeplass. Et tak blir montert på et hus, mens gravingen til en grunnmur er i gang på byggeplassen ved siden av. I et tredje hus blir det satt opp gipsplater. Det er ikke et eneste menneske på byggeplassen.

Alle håndverksoppgavene – fra støping av fundament til plassering av den siste taksteinen – blir utført av roboter, mens droner sjekker framgangen.

Slik kan byggeplassen se ut om ikke lenge:

1 / 5

undefined

12345

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.

30 minutter – så raskt kan droner kartlegge en byggeplass på 20.000 m2.

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.

Algoritmer er nye arkitekter

Om ikke lenge kan en datamaskin stort sett overta arkitektens jobb, så lenge den har en overordnet idé til en bygning. Datamaskinen har «lært» hva den skal gjøre ved å gjennomgå data om tusenvis av tidligere byggeprosjekter.

Algoritmene finjusteres etter mange «dataerfaringer», slik at de kan regne ut hvilke materialer som egner seg best til en bestemt bygningsform, hvordan vannrør og ledninger skal plasseres, og hvor tykt taket skal være for optimal isolering.

En modelltegning i tre dimensjoner kan deretter sendes via for eksempel trådløst nett til de robotene som skal sette opp bygningen.

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.

© Shutterstock

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.

Selvkjørende gravemaskin rydder vei

1 / 3

undefined

123

Mannen i førerhuset er erstattet av en boks med datamaskiner og sensorer. Ut fra en 3D-modell av huset graver roboten selv ut fundamentet med centimeterpresisjon.

© built robotics inc.

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.

Hvis gravemaskinen passerer den virtuelle grensen som er sendt til styringsenheten, stopper den gravingen og retter posisjonen.

© Built robotics inc.

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.

Droner overvåker byggeplassen

Kanadiske forskere har utviklet droner som kan fly rundt på en byggeplass, ta bilder og analysere dem ved hjelp av billedgjenkjenning.

Dronene kan gjenkjenne ulike materialer og mønstre og dermed gjøre opp status over hvor langt arbeidet har kommet med for eksempel vegger eller isolering.

Bildene sammenlignes med en byggeplan i tre dimensjoner og fargekodes etter framgangen. Deretter kan dronene sende nye instrukser til de andre robotene på byggeplassen.

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».

Robotarm legger 1000 mursteiner i timen

Den australske roboten Hadrian X bygger murer i rekordtempo. Robotarmen bruker laserlys til posisjonsbestemmelse og legger stein av lettbetong som er 12 ganger større enn vanlige mursteiner og herdes på 45 minutter.

Laser styrer arm

Robotarmens posisjon regnes ut og justeres ved løpende å sende laserlys fra armen til en fast stasjon som måler innfallsvinkel og avstand. Dermed oppnår
armen en presisjon på under en millimeter.

Mørtel legges på

Mursteiner ankommer løpende gjennom den hule armen. Når en murstein ankommer, kjører en sprøytearm fram og tilbake og legger på mørtel. Deretter snus mursteinen og gis videre til den ytterste gripemekanismen.

Mursteiner legges

Armens ytterste ledd – opptil 30 meter unna – henger fritt og stabiliseres av motorer, så det holder seg loddrett uansett rykk fra for eksempel vindpust. Gripe­mekanismen roterer og legger på plass murstein.

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

Tømrerroboten HRP-5P kan løfte gipsplater, gjenkjenne en skruemaskin og sette platene presist på plass inne i hus. HRP-5P manøvrerer rundt ved hjelp av laserlys som reflekteres av omgivelsene, noe som gir et 3D-kart over robotens rute og evt. forhindringer.

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.

HRP-5P er 182 centimeter høy og veier 101 kilo. Et kamera kan gjenkjenne blant annet verktøy.

© aist

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.

Tømrerrobot manøvrerer etter fargekoder

Roboten HRP-5P kan ta en gipsplate fra en stabel, presse den mot en mur med den ene armen og skru fast platen med den andre. HRP-5P orienterer seg ved at laserlys sendes ut til alle sider. Så måler sensorer hvor raskt lyset reflekteres tilbake fra ulike retninger. Slik blir robotens rute rundt i lokalet regnet ut og fargekodet.

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.

24 timer tar det de nyeste 3D-printere å "skrive ut" et helt hus

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.

Robotarm beregner og monterer takkonstruksjon

Robotarmer sager til bjelker i de rette målene, plasserer dem presist, borer hull og monterer stolper til et skjelett som bærer taket til et hus.

Robotarm skjærer til stolper

En robotarm skjærer treverket med en sirkelsag. Armens posisjon i tre dimensjoner blir justert ut fra lyssensorer, som måler avstander og vinkler til omgivelsene. Imens borer en annen robotarm hull i stolpene.

Algoritme unngår kollisjoner

Datamaskinen som sender kommandoer til de to robotarmene, bruker en algoritme til å korrigere armenes innbyrdes bevegelser, i takt med at trestolpene blir satt på plass.

Armer monterer stolper

Robotene plasserer stolpene i et geometrisk mønster som er laget for å kunne bære et tak uten behov for at det settes inn beslag og plater som støtte. Dermed spares både tid og materialer.

Taket står ferdig

Når stolpene er skrudd sammen, kan hele konstruksjonen løftes på plass på et hus. Her bærer stolpene taket på sveitsiske DFAB House, der alle delene er
bygget av roboter.

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.

Les også:

scifi robot
Roboter

Robotene overtar verden

0 minutter
Robotoperasjon
Roboter

Roboter overgår nå kirurgene

0 minutter
Benzinpumpe
Teknologi

Slik vet bensinpumpen at tanken er full

2 minutter

Logg inn

Feil: Ugyldig e-postadresse
Passord er påkrevd
VisSkjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klikk her

Ny bruker? Få adgang nå!