Des chercheurs utilisent des robots pour fabriquer une voûte en briques de verre

voûte en briques de verre réalisée par fabrication additive

En apparence très éloignées de ce que l’on a l’habitude d’associer à la fabrication additive, certaines technologies sont en réalité très proches. C’est précisément ce qu’on se dit en découvrant le projet « LightVault », une magnifique voûte en verre réalisée par deux chercheurs de Princeton. Dévoilée plus-tôt cette année à l’occasion de l’exposition « Anatomy of Structure », cette étonnante construction illustre les multiples facettes de la fabrication additive.

Respectivement architecte et ingénieur, les deux protagonistes du projet Stefana Parascho et Sigrid Adriaenssens, expliquent comment ils ont utilisé deux robots industriels fournis par le fabricant britannique Global Robots, pour construire une voûte transparente de 2,13 x 3,6 x 6,4 m composée de 338 briques en verre. La méthode employée pour assembler l’arche centrale sans aucun échafaudage ou autre support, repose en fait sur une coopération complexe entre les deux machines. Pendant qu’un premier robot vient placer sa brique, tout en la maintenant le temps qu’un opérateur y dépose un mortier, un deuxième robot vient placer la sienne à son extrémité.

L’opération est ainsi alternée jusqu’à ce que l’arc central ne soit terminé. Après quoi, les robots se mettent à travailler indépendamment, chacun construisant un côté de la voûte. Pour assurer la stabilité de la structure inachevée, les briques sont placées de telle sorte que chaque brique nouvellement placée supporte la suivante.

Interrogé par Primante3D, l’autre protagoniste du projet Edvard Bruun , un Ph.D. étudiant en génie civil, explique : « nous disposons d’un modèle 3D de la surface de la voûte, qui est ensuite discrétisée en briques individuelles et ajustée pour minimiser les espaces entre les éléments discrets. La séquence de construction est ensuite définie par nous, après quoi nous envoyons des commandes aux robots pour qu’ils ramassent les briques, les placent et maintiennent la structure. Les trajectoires de déplacement des robots sont générées de manière paramétrique en fonction de l’endroit où la brique doit être placée.« 

« Les robots sont intrinsèquement bons pour exécuter des mouvements précis dans l’espace, contrairement aux humains, qui ont besoin de guides ou de structures de soutien pour construire des géométries complexes. C’est ce qui a inspiré les chercheurs à explorer le potentiel des formes frappantes et inattendues. » Peut-on également lire dans un article dédié de Princeton.

« augmenter les possibilités d’architecture en utilisant des robots pour des tâches dans lesquelles les humains sont plutôt mauvais »

deux robots en pleine construction de l'arc central

Collaboration des deux robots en pleine construction de l’arc central (crédits photos Princeton)

mortier de la voûte

À l’instar de ce que l’on peut observer chez les procédés de fabrication additive classiques en terme de bénéfices, cette méthode permet de diminuer l’utilisation des ressources, et de deux manières : en éliminant le besoin de formes ou d’échafaudages pendant la construction, et en améliorant l’efficacité structurelle de la voûte en la rendant doublement courbée, ce qui réduit la quantité de matériau nécessaire.

Bien sûr l’utilisation de robots pour superposer des briques n’est pas une première. Fastbrick Robotic, une jeune entreprise australienne créée en 2015, s’est faite connaître avec une méthode similaire basée sur un système robotisé de maçonnerie. Soutenue par le géant de la construction Caterpillar, la start-up n’hésite d’ailleurs pas à comparer son robot Hadrian X à une imprimante 3D.

Sur ce point et si l’on s’en réfère à la norme ISO/ASTM 52900 définissant la fabrication additive comme : « un procédé consistant à assembler des matériaux pour fabriquer des pièces à partir de données de modèle en 3D, en général couche après couche, à l’inverse des méthodes de fabrication soustractive et de fabrication mise en forme », cette approche – bien que n’étant pas référencée parmi les 7 procédés de fabrication additive normalisés – répond bien à cette définition. Le Laminated Object Manufacturing (LOM) et la Stratoconception®, tous deux classés comme procédés de transformation solide/solide, le premier utilisant des feuilles de papier et l’autre des plaques de métal, ne se sont d’ailleurs pas si éloignés de cette méthode.

« La construction robotique ouvre un certain nombre d’opportunités de conception et de construction où les robots complètent le travail humain », conclut Alessandro Beghini, directeur associé et ingénieur structurel senior chez SOM, qui a collaboré au LightVault. « Les robots pourraient être exploités dans des endroits où il serait dangereux pour les gens de travailler ou où l’accès aux humains est difficile. Mon travail n’essaie pas de remplacer le travail humain en l’automatisant, mais d’augmenter les possibilités d’architecture en utilisant des robots pour des tâches dans lesquelles les humains sont plutôt mauvais. Par exemple, tenir une brique de 3 kilogrammes pendant sept minutes – sans bouger, pour permettre à la colle de sécher – est très difficile à faire pour les humains. »