Robot Charlotte: Revoluce ve stavebnictví pomocí 3D tisku
V Sydney se vyvíjí robot pro 3D tisk, který má tvar pavouka a nese jméno Charlotte. Cílem je postavit plnohodnotný dům za přibližně jeden den. Vývojáři tvrdí, že stroj dokáže autonomně vytvářet strukturální stěny pro domy o rozloze přibližně 200 m² s použitím místně dostupných materiálů.
Místo klasického betonu a cihel dodávaných náklaďáky, Charlotte komprimuje písek, hlínu a čistý odpad do vrstevnatých stěn přímo na místě. Výzkumníci tvrdí, že tento přístup pomocí jednoho stroje odstraňuje dlouhé dodavatelské řetězce a mnohé vysokoemisní procesy.
Charlotte je mobilní a má nohami pohybující se systém, který spojuje robotiku s aditivní výrobou, přičemž vyrábí objekty vrstvu po vrstvě pomocí tiskárny. Prototyp předvedený v Sydney sice není finálním produktem, ale jeho architektura poskytuje jasný pohled na směr, kterým se stavební automatizace ubírá.
Práci vedl Clyde Webster, zakladatel společnosti Crest Robotics v Sydney. Jeho práce se zaměřuje na pružné terénní roboty pro stavební úkoly, které jsou složité, opakující se nebo rizikové. Díky tlakům na bydlení a snaze snižovat emise uhlíku se tento projekt dostává do popředí.
„Stavební materiály, které dnes používáme, i jednoduchá cihla, mají tolik procesů zapojených, přičemž některé z nich jsou vysoce emisní,“ říká Dr. Jan Golembiewski, spoluzakladatel společnosti Earthbuilt Technology.
Crest popisuje systém namontovaný na podvozku, který sbírá písek, zeminu a drcenou cihlu, váže tuto směs v textiliích a poté ji komprimuje do následujících vrstev. Klíčem je extruze – vytlačování materiálu skrze trysku, aby se vytvořily vrstvy. To umožňuje robotu produkovat kontinuální vrstvy bez maltových spojů, řízené digitálními plány.
„Bude pracovat rychlostí přes 100 zedníků,“ říká Dr. Golembiewski. Tým zdůrazňuje rychlost stejně jako jednoduchost.
Důležitý je také rozsah pohybu, protože nohy mohou překonávat nerovný terén, kde se vozíkové zařízení uvízne. Kompaktní, skládací konstrukce také usnadňuje transport, což je zásadní pro odlehlé lokality.
Stavby spotřebovávají velké množství energie a materiálů. Zpráva programu životního prostředí OSN uvádí, že v roce 2022 sektor stavebnictví odpovídal za 37 procent emisí oxidu uhličitého spojených s energií a procesy.
Snížení nejvíce emisních kroků v raných fázích může mít významný dopad později. To je místo, kde se stává „embodied carbon“, celkové emise vzniklé výrobou a přepravou materiálů, klíčovým měřítkem pro stavebníky a regulátory.
Tvůrci Charlotte tvrdí, že jejich metoda se zcela vyhýbá použití cementu a přetváří čistý odpad na trvanlivé stěny. Pokud výkon a bezpečnostní data obhájí, mohlo by to snížit náklady i emise na stejném projektu.
Existuje také otázka pracovní síly. Automatizace, která zpracovává opakující se a vysoce rizikové úkoly, by mohla snížit počet úrazů a zároveň umožnit menším týmům vykonávat více odborných prací.
Automatizace ve stavebnictví vyvolává důležité otázky o budoucnosti lidské práce. V zemích, které již čelí nedostatku pracovníků, by roboti jako Charlotte mohli ulevit tlaku tím, že převezmou opakované nebo nebezpečné úkoly. Nicméně v regionech, kde jsou stavební práce životně důležité pro miliony lidí, by přechod k strojům mohl zásadně přetvořit živobytí a vyžadovat rozsáhlé rekvalifikační programy.
Analytici varují, že plná automatizace by mohla prohloubit rozdíly v příjmech mezi těmi, kdo navrhují, a těmi, kdo tyto systémy ovládají nebo udržují. Přesto někteří odborníci vidí vyváženější cestu: využít roboty jako doplněk, nikoli náhradu, kvalifikovaných lidských týmů. Tento model by mohl urychlit práce a přitom udržet lidské rozhodování v centru každého projektu.
Jakýkoli konstrukční systém musí projít revizí předpisů, požárními zkouškami a inspekcemi. To zabere čas a vyžaduje tvrdá data, včetně zkušebních zkoušek zatížení, odolnosti proti teplu a zaplavení a spolehlivé kontroly kvality.
Raný přístup se pravděpodobně zaměří na nízkopodlažní budovy, kde jsou cesty k dodržování předpisů jasnější. Každá jurisdikce také stanoví limity pro to, kde, kdy a jak může robot fungovat v blízkosti lidí.
Konzistence materiálů bude klíčovým testem. Půda a odpady se liší mezi jednotlivými lokalitami, proto je kalibrace a ověření nezbytné pro předvídatelnou pevnost.
Podporovatelé říkají, že digitální recepty mohou upravit poměry směsi v reálném čase. Nezávislé testování bude muset potvrdit tento nárok proti standardizovaným ukazatelům.
Charlottein skládací a lehký design je také navržen pro práci na Měsíci. Oddělený design od AI SpaceFactory a NASA popisuje strategie stínění pro povrchové struktury, včetně samo-stínící geometrie a krytu o tloušťce 2,7 metru, který blokuje radiaci a mikrometeoroidy.
Tento lunární materiál se nazývá lunární regolit, což je volná prašná půda pokrývající Měsíc. Chová se jinak než pozemské půdy, proto musí každá tiskárna přizpůsobit své fungování na vakuum, nízkou přitažlivost a extrémní teploty.
Laboratorní výzkum naznačuje praktické cesty. Jeden recenzovaný článek uvádí, že geopolymery založené na regolitu mohou dosáhnout strukturálních pevností vhodných pro ochranné pláště a chodníky za kontrolovaných podmínek.
Pokud se tyto výsledky potvrdí i mimo laboratoř, autonomní tiskárny by mohly pomoci vybudovat první trvanlivé servisní zátoky, sklady a útulky na lunárním jižním pólu.
