利用几何规划算法自主挖掘机器人筑了堵石墙

据最新一期《科学·机器人学》报道，瑞士苏黎世联邦理工学院开发出一款新型自主机器人挖掘机HEAP，其可扫描、数字清点和堆垛材料，包括巨石和再生混凝土。在没有人类操作员帮助的情况下，这个12吨重的机器人构筑了稳定、无砂浆的石墙，并在此过程中开发了它所用材料的3D存储库。如果原来的墙壁不用了，这些材料可以很容易地回收和重新利用。

研究团队此次创造的自主机器人使用LiDAR测绘、图像分割和规划算法来建造结构合理的石墙。通过传感器，该挖掘机可自动绘制施工现场的3D地图，并定位用于建造墙体的现有建筑块和石头。专门设计的工具和机器视觉方法，使挖掘机能够扫描并抓取周围环境中的大石头，并记录它们的大致重量以及重心。算法确定每块石头的最佳位置，然后挖掘机通过将石头放置在所需位置来自行执行任务。根据这些计划，它组装了一堵10米长的独立墙和一堵65米长的挡土墙。

虽然这台机器放置每块石头的平均时间要比一群人长1.2分钟，但现场需要的人员非常少，这表明它有潜力解决当前劳动力短缺问题。此外，它制作的石墙可根据需要拆除和重新利用，有助于实现循环建筑。

研究人员表示，与性能相似的钢筋混凝土墙相比，新工艺减少了41%的碳当量。而除了提高建筑的经济和生产效率外，机器人还提供了一个途径，即通过直接使用本地的、低能耗的、天然和可回收的材料作为混凝土的替代品，减少了该行业的环境足迹。

建筑业占全球生产总值的10%以上。然而，在过去20年中，建筑业的劳动生产率平均每年仅增长约1%。因此，该行业一方面面临不断增长的需求，一方面又缺乏满足这些需求的资源。此外，该领域每年还在全球范围内产生超过3000亿吨的废物，阻碍了可持续发展的努力。本研究最值得肯定之处，就在于它证明了:机器人可帮助人们克服这些问题。