Под таким заголовком в «ЮТ» № 2 за 1995 год мы рассказали об интересной разработке молодых дизайнеров, предложивших строить дома… автоматически. Ну, а какова дальнейшая судьба этой идеи?..
Первоначально она выглядела так. Представьте: у котлована, вырытого под фундамент двухэтажного коттеджа, монтируют оборудование. Затем бригадир нажимает кнопку, и робот-манипулятор вытягивает свою телескопическую «руку» со шлангом, из которого ровным потоком течет тягучая бетонная смесь.
Манипулятор мерно, круг за кругом, перемещает раструб шланга по всему периметру фундамента, оставляя за собой слой бетона. К тому времени, когда заканчивается очередной виток, предыдущий слой успевает загустеть. И так круг за кругом, пока не будет готов весь фундамент. После этого следует переключение на новый режим работы, и робот приступает к формовке стены. Если его своевременно обеспечивать бетонной смесью, к вечеру остов дома будет готов.
Сама же идея новой технологии родилась довольно случайно. Как рассказал автор проекта, дизайнер Сергей Дудин, дело было так: «Ехал я как-то по Подмосковью, вдоль дороги ряд строящихся коттеджей. Подумалось: «Себе бы такой! Да где взять столько денег! Значит, надо подумать об удешевлении строительства»…
Стал Дудин в памяти перебирать, какие дома ему известны: глинобитные, саманные, деревянные, каменные, кирпичные, бетонные, наконец — последние самые прочные. Причем если строить из готовых бетонных панелей, дом растет прямо на глазах. Однако для производства самих панелей нужен специализированный завод. И везти такие панели с производства на место строительства довольно накладно…
Между тем сырье для производства бетона есть почти всюду. Не проще ли бетонную смесь готовить прямо на стройке — в бетономешалке. И тут же отливать фундамент, стены. Тогда весь процесс можно механизировать.
Кстати, сам по себе метод монолитного железобетона известен довольно давно. Но до сих пор он требует большого количества ручного труда — опалубку нужно поставить, прутья арматуры разместить…
Вот тут-то бы и пригодилась помощь промышленного робота. Вон их собратья в цехах даже автомобили на конвейере собирают. Конструкция же дома не в пример проще…
Сергей Дудин поделился своими соображениями с коллегами, и они вместе стали создавать новую технологию. От опалубки они решили по возможности отказаться. «Дело в том, что застывающий бетон — материал с весьма интересными физико-химическими свойствами, — рассказал Сергей. — Например, при схватывании на его поверхности выделяется так называемое «молочко», препятствующее сцеплению с новой порцией смеси.
Строителям это известно, но, как правило, никто не знает, в какой именно момент выделяется это «молочко». При исследованиях, проведенных Сергеем Дудиным совместно со специалистами МХТИ имени Д.И. Менделеева, удалось подобрать раствор такой густоты, что при укладке его слоем сантиметров в десять он не оплывает, не растекается и сцепляется с предыдущим витком. При подобной укладке стало возможно отказаться от опалубки, шире использовать механизмы. Роль укладчика работники фирмы вместе со специалистами ВНИИ физико-технических проблем решили доверить роботу. Он-то уж обеспечит ровный слой, его «рука» не дрогнет и может без устали работать хоть сутки.
Управлять механизмом тоже просто — заложил в память компьютера программу, и робот будет отливать стены словно по линейке, филигранно соблюдая как ширину, так и толщину…
Модель «механического строителя» конструкции С. Дудина .
Роботизированный строительный комплекс, согласно расчетам, способен построить двухэтажный коттедж площадью в 130 кв. м, высотой 8 м (на два этажа с цоколем) и толщиной стен в пол метра менее чем за 10 часов. А несколько роботов смогут за неделю-другую построить целый поселок. При этом стоимость работ по сравнению с обычной технологией снижается примерно в 2–3 раза. Комплекс оправдает себя уже в первый сезон работы.
Вот такой разговор состоялся у нашего корреспондента с разработчиками весьма перспективной технологии еще в 1994 году. Ну, а что случилось дальше? А ничего…
Схема действия «механического строителя» конструкции С. Дудина :
1 — бетонная масса; 2 — разрез бетонной массы по стрелке А; 3 — раструб, из которого выдавливается бетон; 4 , 5 — стрелки, показывающие возможности перемещения отдельных частей робота.
Нашим строителям так и не удалось найти инвестора. И дело застыло на мертвой точке. Но ведь не зря же говорят, что идеи витают в воздухе. По странному стечению обстоятельств, в том же 1994 году на другом краю Земли, в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, случилось очередное землетрясение. И в стене дома профессора университета Южной Калифорнии Бероха Хошневиса появилась большая трещина.
Профессору не оставалось ничего иного, как взять в руки мастерок и самому заделать ее — профессиональные строители в тот момент были нарасхват. Орудуя мастерком, он и задумался: «А нельзя ли создать механическую руку, которая бы выполняла подобную работу вместо человека?»
Будучи по природе человеком настойчивым, профессор стал думать над созданием подобной конструкции. И вот, в конце концов, до чего додумался.
На место очередного землетрясения он теперь предлагает посылать не только бригады строителей, но специальные конструкции, отдаленно напоминающие портальные краны.
После окончания монтажа машины оживают и начинают двигаться взад-вперед по проложенным рельсам, словно обычные строительные краны. Только вместо крюка каждая стрела заканчивается «хоботом», по которому подается бетонная смесь. А на конце хобота раструб с узкой щелью. Двигаясь вперед и назад по рельсам, роботы манипулируют хоботом, из щели которого бетон выдавливается, словно зубная паста из тюбика. Компьютер с помощью телеглаз следит за процессом и контролирует его. И вот уже дома на месте бывшей трагедии начинают расти словно грибы.
Поскольку профессор, по всей вероятности, ничего не знал о разработке москвичей, то в его конструкции есть свои отличия. Так, например, он предлагает вести строительство не одной, а сразу 2–3 механическими руками. Первая отливает внешнюю и внутреннюю части стены. Когда эти, скажем так, панели затвердеют, то они послужат опалубкой, которая будет держать основную часть бетонной смеси, заливаемой внутрь третьей рукой. А предшествующая ей вторая рука будет монтировать в пока еще пустом пространстве все необходимые трубопроводы и коммуникации.
Управлять же форсунками, выделяющими бетонную смесь, профессор предложил по тем же алгоритмам, которые ныне используются в так называемых 3D-принтерах.
Мы уже рассказывали о технологии объемной печати (см. «ЮТ» № 4 за 2008 г.). Она позволяет не только печатать тексты и рисунки, но и наращивать слой за слоем по определенной программе объемные, трехмерные объекты.
Таким образом, по мнению калифорнийских конструкторов, устройство Contour Crafting сможет возвести одноэтажный дом общей площадью 200 кв. м менее чем за сутки! При этом вся работа будет проведена под руководством одного оператора, сидящего у дисплея.
Впрочем, и в Калифорнии дальше создания действующих моделей нового оборудования дело пока не продвинулась. Причина все та же — нужны инвестиции для создания опытной конструкции, налаживания ее серийного производства.
При наличии денег команда Бероха Хошневиса надеется построить с помощью машины Contour Crafting первый дом уже к концу 2009 года.
Однако, учитывая инерционность строительной индустрии, профессор полагает, что «звездный час» для технологии Contour Crafting наступит, когда человечество начнет строить базы на Луне — с тем чтобы затем перенести накопленный опыт на Марс.
А возможности строительства на Луне сильно ограничены вместимостью лунных модулей. На спутник Земли не повезешь с Земли кирпичи, цемент и все то, что необходимо для строительства. Кроме того, выполнять строительные работы в лунном скафандре вряд ли будет удобно.
Так что волей-неволей придется максимально использовать местные материалы и применять для строительных работ автоматику. Именно в этих направлениях ведут сегодня исследования конструкторы из Университета Южной Калифорнии.
В качестве связующего материала для бетона на Луне можно использовать выработанный из местных материалов аналог портлендского цемента, поскольку главный его компонент — оксид кальция — присутствует в лунном стекле, базальте и анортите.
Основной проблемой при этом остается вода, которую на Луне упорно ищут. Везти воду с Земли тоже не рационально, поэтому рассматривается возможность получения ее путем восстановления оксидов с помощью водорода.
Уже сегодня в лаборатории Университета Южной Каролины из керамической пасты изготавливаются элементы конструкций самых причудливых форм.
Другой путь — использование вместо цементного раствора расплавленной серы, которая обильно представлена в лунных породах. Как показывают расчеты, «серный» бетон лучше обычного выдерживает сжатие и растяжение, быстрее застывает, более устойчив к солям и кислотам и почти не впитывает воду. В качестве армирующих элементов и для разного рода изолирующих покрытий можно использовать лунное стекло и изготовленное на его базе стекловолокно.
В общем, история эта вовсе не закончена. Как говорится, продолжение следует. И мы надеемся, что лет через 10–15 наши читатели узнают о ее счастливом завершении.
Публикацию подготовил С. СЛАВИН