Robotar tar över bygget

Tack vare datorer i miniformat, artificiell intelligens och nya sensorer kan robotar ta över arbetet från hantverkare av kött och blod och mura ett hus, sätta upp väggar och lägga tak långt ­efter arbetsdagens slut.

Det har redan visat sig att det går att bygga hus med robotar nästan helt utan hjälp av människor, bland annat i Schweiz där robotbyggda DFAB House invigdes i februari 2019. Även det planerade robotmuseet i Seoul i Korea ska byggas av robotar. Bygget inleds nästa år och museet ska invigas 2022.

Dessa framsteg kommer att göra det betydligt enklare att bygga hus, vilket faktiskt behövs. Enligt FN kommer det nämligen år 2030 att behövas nya hus till omkring tre miljarder människor, det vill säga 40 procent av världens befolkning.

Det nya, robotiserade arbetslaget klarar inte bara alla fysiska bygguppgifter. De är också på god väg att ta över arkitektens och byggledarens jobb genom att rita hus samt planera och övervaka byggprocessen.

Automatiska armar målar bilar

Robotar har använts i fabriker i årtionden, exempelvis inom bilindustrin där robotarmar har svetsat och sprutmålat karosserier sedan 1970-talet.

Till skillnad från människor kan robotarmar upprepa samma rörelser dygnet runt med hög precision utan att bli trötta ­eller drabbas av skador. Därför lämpar sig robotar väl för monotona arbetsuppgifter.

En fabrik är en förutsägbar miljö med en förutbestämd process, från det att föremål kommer in i systemet tills den färdigmonterade produkten kommer ut i andra änden. Då är det förhållandevis enkelt att placera ut en robot som exempelvis ska ta upp föremål från ett löpande band och lägga dem i en låda.

En byggarbetsplats är mycket mer oförut­sägbar. Maskiner och byggmaterial kan stå i vägen, byggplaner kan ändras och förseningar eller väderförhållanden kan göra att hantverkarna plötsligt måste ta sig an andra uppgifter än planerat.

Därför domineras byggbranschen fortfarande av människor med traditionella verktyg och maskiner.

Laser robotarnas ”ögon”

På senare år har ett antal nya tekniker gjort robotarna betydligt mer flexibla och självstyrande. En viktig teknik är små så kallade inbyggda system som har blivit betydligt effektiva.

Inbyggda system är datorer i maskiner som är skräddarsydda för att utföra en viss uppgift, till skillnad från en vanlig dator som är fristående och fungerar på egen hand. Inbyggda system används exempelvis i trafikljus och navigations­utrustning i flygplan.

I dag kan dessa system lösa processorkrävande uppgifter som bild­analys, som robotarna använder för att skilja mellan olika verktyg och material på en byggarbetsplats.

Parallellt med utvecklingen av de inbyggda systemen har sensorerna blivit alltmer exakta. De används exempelvis till tekniken lidar, där robotar med hjälp av laser bygger upp en detaljerad tredimensionell karta över sina omgivningar.

Laserljus sänds ut och sensorer mäter olika avstånd och former utifrån på vilket sätt och hur snabbt ljuset reflekteras i omgivningarna.

Lidar­tekniken, som redan används i självkörande bilar, kan göra robotarna bättre på att navigera i den oförutsägbara miljön på en bygg­arbetsplats.

Drönare ger exakt utgrävning

De nya tekniska landvinningarna innebär att robotarna kan ta över byggprocessen ända från utgrävningen av fundamentet.

Det japanska byggföretaget Komatsu har automatiserat processen att mäta upp, gräva ut och jämna till en tomt. Enligt företaget kan det ta upp till tre dagar för lantmätare att ta fram en höjdkarta över ett 20 000 kvadratmeter stort område, men genom att använda drönare och metoden real time kinematic (RKT) kan drönare på cirka en halvtimme rita upp en exakt tredimensionell karta över en lika stor yta.

RKT förbättrar signalen från en vanlig gps-enhet genom att kombinera gps-koordinaterna med en signal från en antenn som placeras ut på byggplatsen.

Signalen korrigerar små avvikelser i gps-satelliterna, som befinner sig tusentals kilometer bort. På så sätt får man en precision på ända ner till ett par centimeter, medan gps normalt bara är exakt ner till några meter.

En drönare med en kamera med 20 mega­pixlars upplösning tar en bild i sekunden av området och kopplar den aktuella gps-koordinaten till varje bild.

Sedan skapar en dator en tredimensionell karta med information om var och hur mycket jord som ska fraktas bort. Kartan förs över till Komatsus självkörande maskiner. Därefter flyttar bull­dozern och grävmaskinen jorden – utan en enda människa i förarhytten.

Skrivare bygger hus på ett dygn

När marken har jämnats ut och fundament­et gjutits återstår utmaningen att bygga väggar. Här arbetar ingenjörer runtom i världen med att utveckla en teknik som normalt används till betydligt mindre saker: 3D-­skrivare.

I 3D-skrivare till hus använder man sig av en så kallad additiv process, där lager på lager skrivs ut på varandra tills man har husets väggar.

Det amerikanska företaget Contour Crafting har tagit fram en 3D-skrivare där skrivarhuvudet via ett system av skenor rör sig på längden, bredden och höjden. Ur dysan på huvudet strömmar en snabbtorkande betong, men med tiden är det även tanken att armering och till och med elinstallationer ska kunna skrivas ut i samma del av processen.

Enligt Contour Crafting ska ett hus på cirka 180 kvadrat­meter, som normalt tar minst ett halvår att uppföra, kunna byggas på ett dygn.

Robot murar blixtsnabbt

I 3D-skrivare sprutas material ut ur dysor, men det finns också robotar som precis som murare lägger tegelstenar på varandra i ett exakt mönster.

Roboten SAM100 består av en arm som tar tegelstenar från ett löpande band, lägger på murbruk och placerar ut stenarna. En stolpe på vardera sida av arbetsområdet avger laserljus som fungerar som murar­snören när roboten placerar ut teglet. Robot­armens rörelser styrs av algoritmer som matchar armens hastighet och vinkel med ”snöret”.

Enligt företaget Construction Robotics, som ligger bakom SAM100, kan roboten göra de mänskliga murarna tre–fem gånger mer effektiva eftersom de bara behöver ställa roboten på plats, förse den med tegel och murbruk och korrigera fogarna.

SAM100 kan lägga upp till 3 000 tegelstenar per dag, jämfört med 500 för en murare som dessutom slipper 80 procent av de ansträngande lyften.

Snickarrobot sätter upp gipsplattor

Ny karta var tredje sekund

Andra robotar står beredda att utföra snickeriarbete inne i huset. Japanska forskare har exempelvis programmerat den människoliknande roboten HRP-5P till att lyfta och sätta upp gipsplattor med en skruvdragare.

Roboten har motorer och rörliga leder så att dess kropp kan vrida sig i större vinklar och samtidigt bära tyngre än människor.

Roboten tar sig runt på byggarbetsplatsen med hjälp av lidarteknik. Var tredje sekund avger roboten en salva laserljus som träffar föremålen i rummet.

Därefter bygger roboten upp en detaljerad tredimensionell karta över de punkter som ljuset har träffat och reflekterats i. När HRP-5P lyfter en gipsplatta framför huvudet och på så sätt skymmer huvudets kamera och sensorer kan den ändå navigera korrekt, eftersom den hela tiden har en aktuell tredimensionell modell av omgivningarna lagrad i minnet.

Innan gipsplattan sätts upp behöver roboten välja rätt verktyg. Då använder den algoritmer med artificiell intelligens, så kallade neurala nätverk (som är inspirerade av människohjärnan), för att känna igen och skilja mellan exempelvis en skruvdragare och en borrmaskin eller en hammare.

Robotbyggt hus har invigts

Den nya generationen datorstyrda hant­verkare har redan visat att de kan ta över i princip hela byggprocessen. I början av år 2019 invigdes som tidigare nämnts DFAB House i Schweiz.

Husets bärande väggar byggdes genom att en robot tog metalltrådar och svetsade ihop dem till ett väggformat galler, som därefter fylldes med betong.

Husets andra våning vilar på en stor betongplatta som skrevs ut med en 3D-skrivare. Den takbärande träkonstruk­tionen, som vilar på betongplattan, har sågats till, borrats och monterats av robot­armar.

Nästa steg för robotarna är att också ta över arbetet med att installera el och vatten, vilket vissa entreprenörer redan har börjat använda robotar till. Det är framför allt tekniken building information modeling (BIM) som gör det möjligt för robotar att hantera dessa känsliga installationer.

BIM är datorgenererade 3D-modeller av hus, från väggar och takverk till utplacering av rör och ledningar. Modellerna, som uppdateras efter hand som bygget fortskrider, kan finjustera robotarnas rörelser.

Marsbas ska byggas av robotar

Framtiden utlovar en automatiserad byggprocess där det går snabbare att bygga hus, men robotarna kan mer än att bara lösa bostadsbristen. De kan bli avgörande för vår kolonisering av solsystemet, exempelvis Mars.

På Mars gör den tunna atmosfären att astronauterna utsätts för skadlig strålning från rymden, och det går så klart inte att andas där. Därför krävs en skyddande bas.

För vart tionde kilo last i en rymdraket krävs emellertid nio gånger så mycket bränsle. Med dagens raketteknik är det inte praktiskt ge­nomförbart att sända iväg astronaut­er, byggmaskiner och material.

Det går dock att sända robotar i förväg för att bygga en bas, som astronauter senare anländer till.

Nasa samarbetar med företaget AI Space­Factory om att utveckla 3D-skrivare som kan bygga en bas på Mars.

Basen ska skrivas ut med ett material av basalt, som finns på Mars, blandat med bioplast, som utvinns ur växter som ska ­odlas på planeten.

Det ska ge ett material som skyddar mot kosmisk strålning och isolerar mot Mars extrema temperaturer.

Den stora framtidsvisionen är att robotar på egen hand ska klara av byggnation på planeter, månar och asteroider i hela sol­systemet, så att människor kan komma till färdiga baser och bo, arbeta och forska.