Est-ce que la construction imprimée en 3D peut être à 100 % autonome ?

David Malott, PDG et architecte en chef de AI SpaceFactory

Après une semaine de redémarrage puis leur victoire épique à Peoria, IL, nous avons eu l’occasion de nous rapprocher de nos coéquipiers de MARSHA-alpha, Jeffrey Montes et Christopher Botham, pour un compte rendu complet de la mission.

Pour ceux d’entre vous qui nous ont récemment suivis, MARSHA est notre prototype d’habitat sur Mars, imprimé de manière robotique en 3D avec des matériaux indigènes de Mars. AI SpaceFactory a été récompensé dans les phases de conception et de construction du défi de la NASA en plusieurs phases, d’une durée de quatre ans, menant à une finale palpitante de 30 heures face à Penn State. Nous avons surnommé notre prototype imprimé en 3D «MARSHA-alpha» de 4,5 mètres de hauteur, ce qui signifie que c’était notre première tentative de construction de MARSHA, et certainement pas la dernière.

«  Nous étions juste heureux de s’élancer » 

~ Jeffrey Montes responsable des systèmes d’habitats extra-planétaires.

Jeffrey et Christopher sont les membres initiaux de l’équipe de conception d’AI SpaceFactory qui s’est installée dans l’espace BUILD d’Autodesk à Boston, où ils ont rapidement appris les outils du métier et l’ont propulsé vers de nouveaux sommets. Si vous avez vu la couverture médiatique sur Peoria, vous pourriez penser que Jeff et Chris sont des As d’impression 3D et utilisent ses robots depuis des années. La réalité, c’est qu’ils sont partis de rien il y a huit mois.

« La transition de l’architecture à la robotique s’est faite naturellement, car j’ai toujours eu à cœur les aspects techniques de mon travail d’architecture », explique Chris. « Le type de logiciel que je connais et que je connaissais depuis ma formation d’architecte s’est bien traduit par une partie de la robotique ». Jeff a ajouté : « Au début, nous étions juste heureux de s’élancer ».

Alors que leurs premières constructions en 3D montaient de plus en plus haut, Jeff et Chris ont fait plus que renforcer leurs compétences. Ils ont construit leur confiance mutuelle : une éthique qu’ils ont étendue à de nouveaux membres à mesure que l’équipe grandissait. Enfin de compte, cela s’est avéré le facteur décisif pour réduire de peu l’état de Penn. La capacité de l’équipe à réagir et à improviser signifiait avoir à passer beaucoup moins de temps à arrêter l’impression.

Jeff explique : « La NASA a jugé sur la base de l’autonomie. Chaque fois que nous intervenions à distance en ajustant la trajectoire du robot ou physiquement en entrant dans le ring lorsque la situation devenait vraiment mauvaise, la NASA comptait chaque seconde et la déduisait de notre score ». L’équipe est devenue si efficace en effectuant des réparations rapides à la volée qu’ils ressemblaient davantage à un équipage de puits de Formule 1 qu’à une équipe d’opérateurs de robots. « Chris était généralement aux commandes et moi j’étais sur une échelle en train de regarder l’impression. Il n’y avait pas de ligne de mire entre nous, nous devions donc compter l’un sur l’autre ».

Chris et Jeff dans la “TUB” après s’être classés 2e dans une ronde préparatoire à la finale

L’équipe a bénéficié de la répétition de manœuvres complexes au laboratoire de Boston. Malgré tout, ils n’avaient jamais imprimé un MARSHA complet avant d’être placé sous les projecteurs de la finale de la NASA. La loi de Murphy est entrée en vigueur presque immédiatement. Jeff se souvient : « Quelqu’un avait oublié les clés du robot ! ». Après un faux départ, l’équipe a tout remis sur les rails, mais avait perdu quelques minutes de temps précieux.

Il convient de souligner ici que presque tous les”bâtiments imprimés en 3D” sont fabriqués en pièces dans des usines, puis expédiés et sont assemblés sur site, à l’instar de la construction traditionnelle. Nous avons conscience que d’une poignée de structures imprimées sur le terrain, fidèles à la vision de la construction sur Mars – où AI SpaceFactory rencontrera de plein droit la loi Murphy.

Un cylindre orienté verticalement constitue la meilleure base formelle pour un habitat de surface. C’est le moyen le plus efficace de réduire la charge et d’optimiser l’espace utilisable, car il permet d’agréger verticalement l’espace utilisable avec des murs verticaux et une empreinte au sol compacte, tout en maintenant la contrainte du cerceau et les forces de soulèvement gérables.

Jeff sur l’échelle pendant que MARSHA achève sa forme le dernier jour de sa construction

À la fin de la dernière heure, de minuscules retards répartis sur trois jours d’impression se sont fait sentir. Tôt dans la journée, Jeff et Chris ont remarqué une perte d’impression, potentiellement fatale due à la surchauffe du biopolymère. Dans une manœuvre soigneusement chorégraphiée, l’équipe a ralenti le robot à quatre pattes afin de déposer plus de matériau pour niveler l’impression. Chris explique : « Nous avons eu le même problème lorsque nous avons imprimé le TUB à Boston. Nous avons réglé le problème pour que nous sachions ce qui devait être fait ». Malgré tout, le ralentissement de la manœuvre signifiait que l’impression risquait de ne pas se terminer à temps.

Viennent ensuite les dernières minutes dramatiques. L’impression 3D comportait plusieurs couches, mais l’équipe n’avait pas encore placé de façon robotique une lucarne pour clôturer la structure. La question en litige était de savoir si l’ouverture au sommet était trop grande pour le puits de lumière, puisque la réduction de la dépouille totale n’avait pas été atteinte. « J’étais là-haut en train de demander à l’équipe deux couches supplémentaires, se souvient Jeffrey, et nous avons finalement choisi une couche ».

« Cela s’est réduit à la dernière seconde »

~ Christopher James Botham AIA, architecte et spécialiste en robotique.

Réalisant qu’il n’avait pas assez de temps pour ajuster le code afin de placer la lucarne sur un MARSHA légèrement plus court, Chris se leva et attrapa son pendentif souple pour contrôler manuellement le robot. « Les derniers instants, alors que je pilotais le robot, c’était aveugle », se souvient Chris. « Selon les règles, je ne pouvais pas regarder ce que je faisais. Mon équipe a dû me guider tout au long du processus et crier des instructions. Dès que la lucarne a été mise en place, j’ai entendu quelqu’un, Jeff m’a dit que c’était lui, crie ‘Désengage’, ce qui signifie ouvrir la pince et laisser la lucarne disparaître. Il ne me restait qu’à peu près deux secondes et peut-être une seconde plus tard, j’entendais une grosse détonation de l’intérieur. Il me fallut quelques secondes pour comprendre ce que c’était, mais levant les yeux, je ne pouvais plus voir la lucarne.

La lucarne était tombée dans le trou et avait heurté le sol ; mais pour un bref instant brillant, elle était là.

Alors que l’équipe n’était pas à la hauteur de ses réalisations, le dernier jour de tests et de récompenses a validé des mois et des nuits passés, de Jeff et Chris au laboratoire, loin de leurs amis et de leurs familles. Le matériau d’impression 3D unique de MARSHA, composé de biopolymère et de fibre de basalte, s’est avéré nettement plus résistant que son concurrent en béton. Lors du « Test d’écrasement » final, une excavatrice Caterpillar pesant 90718,474 Kg a pesé de tout son poids sur MARSHA. « Après un moment, j’ai entendu un petit bruit de craquement ressemblant à un lac gelé, mais rien ne s’est passé », se souvient Jeff, « puis quelqu’un a hurlé que les chenilles de la Caterpillar se soulevaient du sol ».

Effectivement, la Caterpillar a commencé à se soulever tandis que MARHSA ne bougeait pas. Il faudrait deux machines Caterpillar effectuant un mouvement de pince pour découper MARSHA en quartiers. Les machines sont reparties avec le matériel, où l’équipe a utilisé une scie, le tout pour terminer le travail. Nous avons remis les morceaux de MARHA sur notre remorque en direction de New York, où nous allons l’utiliser pour démontrer l’aspect le plus remarquable de notre matériau extrêmement résistant : il est recyclable. AI SpaceFactory utilisera les vestiges du prototype MARSHA-alpha pour imprimer en 3D notre premier habitat terrestre, TERA, cet été dans le nord de l’État de New York, et l’ouvrira à nos premiers invités plus tard dans l’année.

Fin de la journée : MARSHA-alpha se dirige vers le conteneur de recyclage

En rétrospective, quelles sont les leçons tirées de MARSHA-alpha ?

  • Premièrement, nous avons mis au point un matériau durable et recyclable, composé essentiellement de plantes et de roches, qui surpasse le béton dans tous les tests de résistance, de durabilité, de gel-dégel et de qualité.
  • Deuxièmement, notre matériau peut être extrudé avec succès pour créer des formes complexes et performantes avec rapidité et précision. Puisque notre matériau est recyclable, nous pouvons imprimer notre version de l’habitat terrestre cet été.
  • Troisièmement, nous pouvons utiliser un seul robot pour imprimer la structure en 3D et pour placer de facon autonome des tuyaux, des fenêtres et (la prochaine fois) une lucarne.
  • Quatrièmement, la construction imprimée en 3D est loin d’être un processus totalement autonome et nécessite un œil humain sur l’impression, la pratique et l’improvisation.
  • Cinquièmement, nous avons réussi à imprimer en 30 heures seulement la plus haute structure imprimée en 3D in situ au monde. Chris croit : « En ce qui concerne notre matériel, nous pourrions imprimer plus grands. La hauteur elle-même ne semble pas être le problème. Un jour, il sera possible d’imprimer en 3D un gratte-ciel ”.

Plus important encore, nous avons appris que, malgré la robotique très visible et la conception de haute technologie, notre succès reposait sur les efforts de deux jeunes architectes qui, avec leur équipe, ont pris les devants et ont basculé vers les stars. De camarades de classe à l’Université de Columbia aux premiers recrues chez AI SpaceFactory, Jeff et Chris sont maintenant les champions du défi du centenaire de la NASA. Comme si gagner n’était pas la meilleure partie de ma carrière, « voir le décollage de Caterpillar était le clou de ma carrière », déclare Jeff avec un sourire.

Jeff et Chris – votre carrière chez AI SpaceFactory ne fait que commencer. Attendez que nous construisions sur la Lune.

L’équipe d’AI SpaceFactory

(source)

Traduction : Google


Jeffrey Montes

chef des systèmes extra-planétaires, chef d’équipe de MARSHA-Alpha

Jeffrey est le responsable des systèmes extra-planétaires chez AI SpaceFactory, où il a développé le concept d’habitat radical MARSHA, attribué par la NASA, aux niveaux de conception et de construction de la phase III du Défi de l’habitat imprimé 3D. Avant de rejoindre AI SpaceFactory, il a co-conçu Mars Ice House, un concept architectural pour un habitat de surface martien translucide constitué de glace en eau martienne, récompensé par le premier prix de la phase I du Challenge NASA. le défi spatial Caltech 2015. Jeffrey travaille à un avenir dans l’espace comprenant éthique, design visionnaire et intendance de la Terre.

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Christopher James Botham

AIA, architecte et spécialiste en robotique

Christopher James est actuellement architecte et spécialiste en robotique chez AI SpaceFactory. Il est titulaire d’un M-Arch de l’Université de Columbia et est un architecte agréé dans l’État de New York. Ses priorités académiques et professionnelles ont été la verticalité et son impact sur la vie de ceux qui vivent et / ou travaillent dans des immeubles de grande hauteur. Christopher est le créateur et le fondateur du blog On Verticality, qui se concentre sur le rapport humain à la verticalité. Auparavant, Christopher a travaillé pour les bureaux de KPF à New York et à Londres en tant que spécialiste en conception paramétrique, et au bureau de Chicago de SOM en tant que concepteur. Il est également le créateur et le fondateur de la World Architecture Map (WAM), une base de données de bâtiments en ligne qui répertorie et identifie l’architecture pertinente dans le monde entier.

Instagram : @christopherjamesbotham

Christopher James Botham AIA, architecte et spécialiste en robotique