自主挖掘機正在建造石墻。圖片來源：《科學(xué)·機器人學(xué)》

據(jù)最新一期《科學(xué)·機器人學(xué)》報道，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院開發(fā)出一款新型自主機器人挖掘機HEAP，其可掃描、數(shù)字清點和堆垛材料，包括巨石和再生混凝土。在沒有人類操作員幫助的情況下，這個12噸重的機器人構(gòu)筑了穩(wěn)定、無砂漿的石墻，并在此過程中開發(fā)了它所用材料的3D存儲庫。如果原來的墻壁不用了，這些材料可以很容易地回收和重新利用。

研究團隊此次創(chuàng)造自主機器人，使用LiDAR測繪、圖像分割和規(guī)劃算法來建造結(jié)構(gòu)合理的石墻。通過傳感器，該挖掘機可自動繪制施工現(xiàn)場的3D地圖，并定位用于建造墻體的現(xiàn)有建筑塊和石頭。專門設(shè)計的工具和機器視覺方法，使挖掘機能夠掃描并抓取周圍環(huán)境中的大石頭，并記錄它們的大致重量以及重心。算法確定每塊石頭的最佳位置，然后挖掘機通過將石頭放置在所需位置來自行執(zhí)行任務(wù)。根據(jù)這些計劃，它組裝了一堵10米長的獨立墻和一堵65米長的擋土墻。

雖然這臺機器放置每塊石頭的平均時間要比一群人長1.2分鐘，但現(xiàn)場需要的人員非常少，這表明它有潛力解決當(dāng)前勞動力短缺問題。此外，它制作的石墻可根據(jù)需要拆除和重新利用，有助于實現(xiàn)循環(huán)建筑。

研究人員表示，與性能相似的鋼筋混凝土墻相比，新工藝減少了41%的碳當(dāng)量。而除了提高建筑的經(jīng)濟和生產(chǎn)效率外，機器人還提供了一個途徑，即通過直接使用本地的、低能耗的、天然和可回收的材料作為混凝土的替代品，減少了該行業(yè)的環(huán)境足跡。

總編輯圈點

建筑業(yè)占全球生產(chǎn)總值的10%以上。然而，在過去20年中，建筑業(yè)的勞動生產(chǎn)率平均每年僅增長約1%。因此，該行業(yè)一方面面臨不斷增長的需求，一方面又缺乏滿足這些需求的資源。此外，該領(lǐng)域每年還在全球范圍內(nèi)產(chǎn)生超過3000億噸的廢物，阻礙了可持續(xù)發(fā)展的努力。本研究最值得肯定之處，就在于它證明了：機器人可幫助人們克服這些問題。