米陸軍とアーカンソー大学が災害救助構造物のための建築3Dプリント技術を共同開発

この投稿は warrior bear によって 2023-3-19 20:14 に最後に編集されました

2023年3月19日、アンタークティックベアは、米国陸軍とアーカンソー大学（U of A）が災害救助のための建築3Dプリント技術（アディティブ・コンストラクション（AC）技術とも呼ばれる）を開発するための350万ドルの契約を締結したことを知りました。アーカンソー大学土木工学部のミシェル・バリー准教授とキャメロン・マレー助教授がこの研究に携わり、機械工学部のウェンチャオ・ゾウ准教授が同プロジェクトのソフトウェアプログラミングの部分に携わる。同准教授のスタートアップ企業AMBOTSもこの研究に携わる。

実際、関連会社への 350 万ドルの資金提供は、米国陸軍工兵研究開発センターから応用研究協会 (ARA) に授与された 1,200 万ドルのより大きな助成金の一部にすぎません。ニューメキシコ州に拠点を置く研究・エンジニアリング会社 ARA は、災害救援活動のために地元の資材を使用して災害現場で水平建設アイテム (暗渠、T 壁、ジャージーバリアなど) を 3D プリントすることの実現可能性を調査するために AC 技術調査を実施しました。
△ジャージー島の障害物アーカンソー大学のチームは、付加的な建設と入手可能な現地の材料に最適な設計パターンを決定します。さらに、これらの構造物を作成するために現場に配備される移動ロボットのコードも作成します。今後 2 年間で、チームは建物のプロトタイプを開発し、その資金は土壌とコンクリートの特性評価のための大型 3D プリンターやその他の機器の購入に使用されます。
地元の材料を使用する<br /> アーカンソー大学粒状材料研究室のバリー氏は、最適な性能と効率を達成するために、新しい材料構造と幾何学的構成を研究します。提案されたコンセプトには、強度を最適化しながら材料を削減するように設計されたハニカムパターンなどの生体模倣構造が含まれます。
△ マレー氏は米軍とともに他のコンクリート試験研究にも参加した。画像提供：アーカンソー大学
バリー氏はコンクリートを専門とするマレー氏と協力し、さまざまな土がコンクリートと混合できるかどうかを記録・調査し、その結果生じる組成を分析し、これらの材料から作られた物体の大規模なテストを実施する予定だ。仮に災害救援チームがセメントや骨材を長距離輸送するのではなく、地元の材料とロボットによる 3D 印刷技術から開発されたコンクリート材料を使用できれば、コスト、時間、環境への影響を削減できる可能性があります。
「人類は何千年もの間、土を建築に利用してきましたが、3Dプリントの土によって、土を新しくてエキサイティングな方法で利用できるようになります」とバリーは言います。「災害救援地域では、他の建築資材を持ち込めないかもしれないので、機材を1つだけ持ち込むだけで建物や道路を建設できます。地元の土が役に立つなら、それを一時的にプリントして人々に避難所を提供し、不要になったら元の状態に戻ります。」
建築 3D プリント用群ロボット<br /> 群ロボット製造に重点を置く AMBOTS の共同設立者であることに加え、周氏はアリゾナ大学の先進製造、モデリング、材料研究所の所長も務めています。周氏は、構造物の CAD ファイルが複数のマシンで連携してさまざまな材料の 3D プリントを行えるように、マシンコードに正しく変換されるようにする責任を負います。このため、AMBOTS はロボットのソフトウェア開発を主導し、さまざまな組み合わせに合わせて独立して動作したり、相互に連携して動作したりするように設計されます。
△アフガニスタンのKAF基地に輸送されたT字型壁。画像提供：米国陸軍工兵隊およびカーラ・マーシャル。
「ARAと協力し、彼らの業界知識と経験を活用して最先端の3Dプリント機能を開発する機会を得られたことを嬉しく思います」と周氏は述べた。「この助成金により、私たちは研究開発に投資して、地域社会のために3Dプリント技術の革新を推進し、建設業やその他の産業の未来に新たな可能性を切り開くことができます。」
APA はすでにインフラと国家安全保障に関わっているため、このプロジェクトにとって興味深いパートナーです。これには、「地上輸送の研究開発、舗装工学と試験、舗装マーキングサービス、輸送資産管理、交通監視、地質工学ソリューション、リスク管理、政策と計画、道路安全、自律性、革新的なトレーニングソリューションと技術の展開」が含まれます。国家安全保障に関して、同社は次のように述べています。「当社のルーツは、1979年に軍隊を支援すること、武器の効果をシミュレーションして分析し、軍隊の技術的優位性を高めるための新しい武器システムを開発することから始まりました。モデリングとシミュレーションを中核として、ARAは施設を保護し、戦闘員の有効性を向上させる技術を開発する会社に進化しました。」
△3Dプリンティングと積層造形のトレンド
3D プリントされた暗渠構造の構築<br /> アーカンソー大学のプロジェクトは、建築用 3D プリントが将来的に主流の技術トレンドになることも実証しています。メキシコのコンクリート大手CEMEXは、COBODの最近のACプロジェクトで実証されているように、地元の骨材とセメントを3Dプリント構造物に使用できる独自のコンクリート配合を開発しました。一方、WASP は空調設備を備えた建物を建設するために、主に地元の土壌と粘土を使用することに重点を置いています。世界のセメント産業の二酸化炭素排出量と、全体的な資源の不足の進行を考えると、地元の土を原料とする建築資材への移行は当然のことです。
また、積層造形における協働ロボットの使用も減少傾向にあります。公的に使用している企業の数は少ないものの、材料押し出しやワイヤアーク積層造形用の産業用ロボットアームの急速な増加により、最終的には間違いなく工場や共同作業環境に統合されるようになると想像できます。
これまでのところ、AMBOTS は、幅広い製造技術と組み合わせて 3D プリント用の協働ロボットの使用を実証している数少ない企業の 1 つです。もう 1 つは Divergent Technologies です。同社の製造セルはまだ公開されていませんが、SLM Solutions の 12 レーザー NXGXII 金属 3D プリンターを使用して 3D プリントされた複雑な部品を産業用ロボットアームで組み立てています。このプロジェクトにより、AMBOTS は大規模なロボット技術を実証する機会を得ることになります。
インフラの耐久性向上のための建築用 3D プリント<br /> 地球温暖化により異常気象が頻発するようになるにつれ、自然災害への迅速な対応の必要性も高まります。この場合、米国陸軍工兵隊が、ハリケーンによって被害を受けた沿岸防衛を修復するために、産業用ロボットアームを満載した輸送コンテナを災害現場に配備する様子が想像できる。同じ技術は海外の紛争地帯で起伏の多い地形に基地を建設するためにも使用できるだろう。
その時点で、AMBOTS 用に開発されたプログラムは、資材輸送や移動巡回ユニットなど、現場で必要になる可能性のある他のロボットに移植できます。実際、このスタートアップはエンジニアリングチームのニーズに応じて、その場で新しいロボットを構築することもできます。結局のところ、以前のプロジェクトの 1 つでは、ロボットのグループが自動車を組み立て、それを Mini 工場の床から運転して出発するというものでした。

付加的建設は、都市全体の重要な地点における耐久性の高いインフラの修復や構築に理想的な技術として期待されています。 3DPrint.com のマクロアナリスト、マット・クレメネツキー氏が指摘するように、国防総省は、気候変動への耐性を含む包括的概念であるサプライチェーンの強化に関連するプロジェクトを管理する責任部門になりつつある。

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