Исследователи из Корнеллского университета работают над технологией трёхмерной печати бетонных конструкций прямо под водой, без необходимости возводить сооружения по традиционной схеме с погружением опалубки или сложной доставкой материалов на место. Эта идеа может серьёзно упростить строительство и ремонт дорог, мостов, портов и другой критически важной инфраструктуры в морской среде.
Почему это важно
Под водной поверхностью океанов и рек скрывается огромное количество инфраструктуры: туннели, нефтегазовые и силовые кабели, гидроэлектростанции и другие объекты, которые требуют регулярного обслуживания. Текущие методы их строительства и ремонта дорого обходятся, сложны в реализации и часто нарушают морскую среду.
В 2024 году американское Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) объявило конкурс на разработку метода 3D-печати бетона под водой. Задача была амбициозной: создать материал и технологию, которые позволят печатать бетонные структуры на глубине нескольких метров и использовать в смеси осадочные материалы со дна, чтобы уменьшить объёмы привозимого цемента.
Решение от Корнелла
Команда во главе с профессором гражданского и экологического строительства Шрирамей Наир приняла вызов и разработала уникальный двухэтапный процесс 3D-печати. В основе, промышленный робот весом около 2,7 тонн, способный печатать крупные бетонные элементы.
Главная техническая проблема - это "размывание": в воде цементные частицы теряют способность правильно сцепляться, что ослабляет структуру. Обычное решение - добавление химических веществ-антиразмывателей, но они делают смесь слишком густой и трудно поддающейся перекачке.
Корнеллская команда обошла это ограничение, вводя добавки прямо в сопло печатающего инструмента в момент экструзии. Такой двухступенчатый подход позволил сохранить текучесть смеси при подаче и обеспечить её быстрое затвердевание после выкладки. Это также помогает компенсировать изменения температуры, скорость печати и другие переменные.
Команда уже получила грант DARPA на 1,4 млн долларов и провела множество испытаний в лабораторной среде, печатая арки и другие элементы в большом резервуаре с водой. Там можно точно оценить прочность, форму и структуру каждой детали.
Зачем нужны датчики и автономия
Печать под водой усложняется мутностью воды из-за поднятых осадков, что почти полностью исключает визуальный контроль. Чтобы корректировать процесс в реальном времени, исследователи разработали систему сенсоров, интегрированную с роботом, которая отслеживает качество печати и помогает автоматически адаптировать движение печатающей головки.
Гонка за результат
Шесть команд сейчас соревнуются в рамках программы DARPA, и в марте должна состояться заключительная стадия: все участники будут печатать подводные арки и оцениваться по качеству исполнения. Команда Корнелла активно интегрирует свои материалы и методы управления, чтобы показать лучшее решение.
Источник: New Atlas