特別說明：本文由學研匯技術中心原創撰寫，旨在分享相關科研知識。因學識有限，難免有所疏漏和錯誤，請讀者批判性閱讀，也懇請大方之家批評指正。基于機器人的建筑活動技術已被開發用于建筑元素的組裝和自由形式的連續增材制造 (AM)。自由形式的連續增材制造能夠靈活生產幾何可變設計，從而提高材料效率并降低成本。然而，這些技術需要將機器人硬件擴大到比所需的制造范圍更大的尺寸，且大型系統需要與電源連接，從而限制了適應敏捷應用的能力。基于此，英國倫敦帝國理工學院Mirko Kovac等人展示了一種空中增材制造方法(Aerial-AM)。作者提出了一個可擴展的多機器人三維 (3D) 打印和路徑規劃框架，使機器人任務能夠適應整個建筑任務中打印幾何形狀的變化。多機器人制造框架允許在人工監督下進行自主3D打印、打印幾何圖形的實時評估和機器人行為適應。為了驗證基于該框架的自主 Aerial-AM，作者開發了用于在飛行期間沉積材料的BuilDrones和用于測量打印質量的 ScanDrones，并將通用實時模型預測控制方案與 Aerial-AM 機器人集成。此外，作者實現了將制造精度提高 到5毫米，以打印具有精確軌跡要求的幾何形狀，并開發了四種適用于連續材料沉積的水泥-聚合物復合混合物。同時，作者展示了概念驗證打印，包括一個2.05 米高的圓柱體。erial-AM允許在飛行中進行制造，并為在無限、高空或難以進入的位置進行構建提供了未來的可能性。作者報告了一個 Aerial-AM 框架，它將自然先例的優點與工程原理相結合，并在飛行中使用無人駕駛航空機器人實現AM，展示了一個不受束縛的、無界的3D打印系統和可擴展的基于群的分布式 AM控制系統由多個空中機器人并行。
空中作業系統要求單個或多個非系留空中機器人在不同的沉積位置之間進行協調的自主飛行。為了使單個建筑物范圍制造能夠在大批量范圍內進行操作，這種方法還要求本地機器人決策能夠適應外部和動態參數，例如任務分配、建筑幾何、外部環境因素、資源以及建筑過程中實時并發活動的變化。為了研究使用這種方法來協調多個網絡化航空機器人的制造性能，提出了一個多智能體空中作業系統框架，通過冗余為實時自主任務分配、空間碰撞感知、集體組織和系統穩定性提供能力。為了使用不同的材料制造各種規模的幾何形狀，需考慮Aerial-AM工藝相關參數，例如打印路徑、打印頭速度、噴嘴直徑和BuilDrones的精度。層寬與打印精度的比值是打印幾何設計和路徑生成時考慮的主要因素。三個可擴展的路徑被設計用于構建圓柱形幾何形狀：多個相鄰的同心圓有效地形成一個實心墻，圓形 Peano 曲線以及三個不相鄰的同心圓與圓形 Peano 曲線交替的混合設計。Aerial-AM使一組空中機器人能夠在三個維度上按順序或并行進行制造。為了證明這種受自然啟發的框架的潛力，基于不同尺度的旋轉幾何表面進行了三個不同的實驗：高泡沫缸、膠凝材料中的小圓柱體、多機器人虛擬打印與仿真。
圖 Aerial-AM BuilDrone打印的高圓柱形幾何圖形，并由ScanDrone進行實時打印評估
圖 兩臺BuilDrones 3D打印薄壁圓柱體，配備誤差補償delta機械手沉積膠凝材料
圖 Aerial-AM多機器人光跡虛擬打印圓頂狀旋轉表面Zhang, K., Chermprayong, P., Xiao, F. et al. Aerial additive manufacturing with multiple autonomous robots. Nature 609, 709–717 (2022).DOI：10.1038/s41586-022-04988-4.https://doi.org/10.1038/s41586-022-04988-4
