Все сложные системы состоят из большого количества независимых компонентов, каждый из которых выполняет простейшие действия, в совокупности, приводящие к общим высоким результатам.
Большинство строительных проектов, реализуемых людьми, выполнено подготовленными рабочими, которые действуют в рамках иерархически выстроенной системы. Вначале у рабочих есть подробный план того, как выполнить проект, и есть руководитель, направляющий и контролирующий команду. Но с увеличением числа рабочих и размеров строения, руководить становится труднее. На основе этих фактов ученые пришли к выводу, что нужно развиваться и решать данные проблемы. В результате многих исследований и испытаний, программисты и инженеры из школы технических и прикладных наук Гарвардского университета создали автономную роботизированную команду строителей, которые работают как единая система [1]. Данная запрограммированная система не нуждается в наблюдении и контроле. Она использует произвольное число независимых роботов, которые, следуя идентичному набору простых правил, все вместе производят сложные трехмерные строения и, при этом, не требуют централизованного контроля или предварительного распределения функций. Необходимые правила генерируются автоматически в результате представления целевой структуры и гарантируют правильную реализацию проекта [2].
Рис. 1. Робототехника в строительстве
Роботы в системе имеют ограниченные способности. Они могут двигаться вперед и назад, поворачиваться на месте, взбираться вверх или спускаться вниз, поднимать один кирпич, перемещаться, неся его, и класть кирпич непосредственно перед собой на возможном досягаемом уровне. Роботы в состоянии воспринимать только собственные действия с кирпичами, а также действия других роботов, находящихся в непосредственной близости. Информация о текущем состоянии всего строения и действиях более отдаленных роботов им не доступна. Действия каждого робота основываются на существующей на данный момент конфигурации кирпичей. Роботы получают информацию о том, где кирпичи были положены, только посредством осмотра самой структуры. Однако эта информация может быстро устаревать, поскольку другие роботы могут изменить структуру, добавляя свои кирпичи. Столкнувшись с такой ситуацией, роботы в состоянии принять решение о продолжении возведения конструкции в других частях здания независимо от действий других роботов. Так, каждый робот участвует в процессе строительства, выполняя работу параллельно с другими роботами, но, не зная того, что еще происходит на строительной площадке в то же самое время. Если один робот ломается или выводится из строя, это никак не влияет на работу других роботов и на сам процесс строительства. Это означает, что аналогичные инструкции могут быть выполнены как пятью роботами, так и 500 [2].
Рис. 2. Пример строительства дома по технологии 3D-печати
Правила, которым следуют роботы, касаются не только точности завершения конструкции, но также и правил «дорожного движения» для того, чтобы, перемещаясь по данной конструкции, роботы могли выполнять свои действия параллельно, не сталкиваясь и не мешая друг другу.
Эти роботы могут построить башни, замки и пирамиды из кирпичей, возводя лестницы, которые позволяют им подниматься на более высокие уровни конструкции и класть кирпичи везде, где это необходимо. В будущем, говорят исследователи, подобные роботы могли бы использоваться для выкладывания мешков с песком перед наводнением или даже выполнения строительных задач на Марсе. Таким образом, подобные системы могли бы позволить осуществлять строительство в условиях, где человеческое присутствие опасно или проблематично, как в зонах бедствия или в космосе.
В настоящее время роботы-строители представляют лучшую разновидность работающей системы, которая является централизованной и децентрализованной одновременно. Использование этих роботов в современном строительстве позволило бы делать самую трудную работу с минимальным применением человеческих ресурсов, и, при этом, гарантировать повышение точности действий.
Литература:
- C. Perry Robots to the rescue // Harvard Gazette, 13.02.2014. [Электронный ресурс]. URL: http://news.harvard.edu/gazette/story/2014/02/robots-to-the-rescue-2/ (дата обращения: 20.05.2019).
- Зинкевич С. Л., Ющенко А. С. Основы управления манипуляционными роботами: Учебник для вузов. — 2-е изд., исправ. И доп. М.: Изд-во МГТУ им Н. Э. Баума, 2009. — 480 с.
- Булгаков, А. Г. Автоматизация строительного производства: учеб. Пособие для вузов / ЮРГУ (НПИ) / А. Г. Булгаков, В. А. Воробьев, С. И. Евтушенко, Д. Я. Паршин. — Новочеркаск: Изд-во ЮРГТУ (НПИ), 2006. — 268 с.
