Wykorzystując zmodyfikowanego robota przemysłowego o wadze blisko trzech ton, zespół udowodnił, że można tworzyć betonowe struktury pod wodą bez wywoływania chaosu w otoczeniu. Cały projekt nabrał tempa dzięki wyzwaniu rzuconemu przez agencję DARPA, która szukała sposobu na błyskawiczną naprawę portów i kabli podmorskich przy użyciu materiałów dostępnych na miejscu.
Drukowanie w głębinach — walka z chemią i mułem
Tradycyjne metody stawiania konstrukcji na dnie morskim są niezwykle skomplikowane. Wszystko trzeba zmontować na lądzie, przetransportować w wyznaczone miejsce statkami, a następnie z wielką precyzją opuścić na odpowiednią głębokość. To proces, który generuje ogromne koszty, pochłania mnóstwo czasu i nie pozostaje obojętny dla podmorskiego ekosystemu. Każda awaria takiej konstrukcji oznacza konieczność powtórzenia całej tej żmudnej operacji od nowa. Naukowcy z Cornell University postanowili znaleźć na to radę.
Prowadzony przez Sriramę Nair zespół pracuje nad koncepcją, która mogłaby postawić ten proces na głowie. Ich celem jest opracowanie metody pozwalającej na wytwarzanie betonowych struktur bezpośrednio w miejscu docelowym, na dnie oceanu. Gdyby się udało, moglibyśmy zapomnieć o logistycznym koszmarze związanym z transportem monumentalnych elementów.
Impulsem do przyspieszenia prac było wyzwanie rzucone przez amerykańską agencję DARPA pod koniec 2024 roku. Zadanie było jasne: opracować w ciągu roku beton nadający się do drukowania w warunkach podwodnych. Badacze z Cornell podjęli rękawicę i szybko przedstawili pierwszy prototyp swojego systemu. Jego centralnym elementem jest robotyczne ramię ważące około 2700 kilogramów, wyposażone w szereg czujników. Nie jest to jednak zwykła drukarka przeniesiona pod wodę, ale specjalistyczne urządzenie zaprojektowane od podstaw do działania w ekstremalnie trudnym środowisku.
Czytaj też: Robot, który przewiduje przyszłość. NVIDIA wprowadza technologię Cosmos Policy
Największą przeszkodą technologiczną nie jest sama mechanika, ale chemia. Gdy zwykłą mieszankę betonową zacznie się podawać pod wodę, dochodzi do katastrofalnego zjawiska wymywania – cząstki cementu rozpraszają się w toni wodnej, uniemożliwiając stworzenie zwartej, wytrzymałej struktury. DARPA postawiła dodatkowo bardzo wymagający warunek: końcowy materiał ma w głównej mierze pochodzić z lokalnych zasobów, czyli osadów pobranych z dna morskiego. Chodziło o radykalne obniżenie kosztów, eliminując potrzebę dostarczania na miejsce ogromnych ilości cementu.
We wrześniu zeszłego roku zespół zaprezentował, że taki materiał jest możliwy do uzyskania. Ich prototypowa receptura, oparta na osadach dennych, wykazywała wystarczającą stabilność i wytrzymałość, by utrzymać kształt i tworzyć trwałe elementy. To był kluczowy krok naprzód.
Laboratoryjne baseny to jednak nie to samo co prawdziwy ocean
Na dużych głębokościach panują warunki zerowej widoczności, a unoszące się w wodzie drobiny mułu skutecznie uniemożliwiają jakąkolwiek obserwację wzrokową. Nawet gdyby wysłać tam nurka, nie byłby on w stanie kontrolować precyzyjnego procesu drukowania. Jedynym rozwiązaniem jest pełna autonomia.
Inżynierowie z Cornell skupili się więc na stworzeniu systemu, który „widzi” nie oczami, lecz czujnikami. Opracowali zestaw sensorów i algorytmy, które pozwalają ramieniu robota na samodzielną ocenę sytuacji i korektę parametrów pracy w czasie rzeczywistym. Wszystko po to, by proces był niezależny od kaprysów środowiska i mógł przebiegać bez ludzkiej interwencji.
Czytaj też: Koniec ery sztywnych maszyn. Robot zyska nowe umiejętności dzięki aplikacji
Prawdziwy test odbędzie się w marcu, podczas kolejnej fazy konkursu DARPA. Zadaniem uczestników będzie wydrukowanie pod wodą łuku – konstrukcji, która weryfikuje nie tylko precyzję, ale też zrozumienie wytrzymałości materiału. Sukces w tej konkurencji będzie mocnym argumentem, że technologia wychodzi poza etap ciekawostki laboratoryjnej.
Jeśli dalsze testy potwierdzą skuteczność tej metody, może ona znacząco wpłynąć na przyszłość budownictwa morskiego. Szybsze i tańsze naprawy platform wiertniczych, budowa fundamentów dla morskich farm wiatrowych czy nawet wizja podwodnych habitatów – wszystko to stałoby się bardziej realne. Oczywiście, droga od udanego demonstratora do powszechnego, komercyjnego wdrożenia jest długa i usiana wyzwaniami, od kosztów po kwestie trwałości takich konstrukcji w dłuższej perspektywie. Mimo to, prace zespołu z Cornell pokazują wyraźny kierunek, w którym może podążyć inżynieria morska, oferując realną alternatywę dla metod, które od dziesięcioleci praktycznie się nie zmieniły.