水蜘蛛、機器人、碳纖維與第四次工業革命
導讀
在德國斯圖加特大學，Achim Menges帶領的團隊正致力于以機器人制造碳纖維建筑物的實驗。這一實驗看似簡單，卻已受到廣泛關注。我們認為該實驗至少能帶來以下啟發：
1.向大自然學習永遠是一項有效的創新方式。Achim Menges團隊大量研究了海蜘蛛水泡、海膽外殼、甲蟲翅膀等多種生物的結構特性，這是團隊后來進行的多項建筑物實驗的重要基礎，也是仿生學在建筑結構中的又一次應用嘗試。
2.機器人將有效推進新材料的應用。新材料研發一直是制造業的一個重大課題。機器人的介入將有效推進這一進程。因為機器人的智能化、高精度、定制化特征有助于發掘新材料中的更多特性與功能，并拓展其應用范圍，例如本文中提到的碳纖維材料。
3.軟件在機器人與建筑領域的應用日益重要。Achim Menges認為目前制約碳纖維在建筑業應用推廣大的制約來自于軟件。這可能符合“硬件產品是軟件的小容器”的類似評論。終，包括建筑業在內的產業進步必須依賴于軟件開發與物理制造的融合發展。
4.“跨界”是第四次工業革命的基本特征。Achim Menges團隊的實驗項目非常清晰地表明：不論是建筑業，還是其他產業，“跨界”都已經成為第四次工業革命的基本特征與要素。正因為如此，Achim Menges才會非常樂觀的認為，碳纖維與機器將塑造第四次工業革命。從建筑業拓展開去，我們還將看多其他產業更多的“跨界”應用成果。
以下為譯文
建筑師與研究者Achim Menges表示，碳纖維是建筑業尚未開發的大資源。同時，他聲稱，機器人可通過編程，使用纖維建筑材料建造體育場的屋頂。
Menges是斯圖加特大學計算設計研究所的負責人。他正在開發一個軟件，以使機器人能夠更多憑直覺從事建造工作，而且已經使用該系統嘗試建造了一個碳纖維展示亭。
Menges認為，此類結合數字技術和物理制造的項目，具有徹底變革建筑行業的潛力。
他說：“這是一項非常新的技術，所以還沒有人來實施并進行商業化，”他還補充：“我們不是在看關于制造事物的漸進的演化，這是一個非常重大的轉變，是第四次工業革命的一種形式。”
Menges認為，建筑行業利用碳纖維的全部可能性仍有待發掘，并聲稱機器人建造模式可以激發出這種潛力。
他說：“這種材料中本來的可能性并沒有被充分地挖掘出來，我們還沒有脫離以新材料模仿舊材料的階段。”
Menges認為機器人建造模式可激發出碳纖維的潛力
在過去幾年中，Menges與工程師Jan Knippers一起工作，共同探索自然界中發現的結構是否可以作為未來建筑的一種啟示。目前他們正與另一位工程師Thomas Auer和建筑師Moritz Dörstelmann一起，為倫敦V&A博物館打造機器人制造的碳纖維構筑物。
Achim Menges（右）團隊正在為V&A博物館打造碳纖維展示亭
他們已經開發出的一項技術是：以機器自動編織的方式，將纖維暴露而不是嵌入在主體材料中——他們認為這一系統可能建造出巨大而結實的碳纖維結構，并足以構成體育場的屋頂。
Menges說：“這可能在未來的建筑行業中得到應用。而主要的障礙在于：用于控制機器人建造過程的計算機軟件的開發。”
一對KUKA機器人正在建造V&A構筑物原型
碳纖維是纖維增強復合材料的一部分，它與纖維水泥和玻璃纖維一樣，是建筑業新、具革命性的材料之一。
這種材料早是在20世紀60年代開始嶄露頭角，其高強度使其成為家具和運輸行業的理想選擇。近年來，其應用日益廣泛，輛大規模生產的碳纖維汽車和飛機——寶馬i3和波音787夢想客機已經推向市場。
Menges認為，碳纖維的大多數組成成分都是在模仿更多的傳統材料。但是在相對新的材料領域使用老的技術，會使建筑業錯過充分的探索機會。
“（纖維材料）還沒有在真正探索內在的材料特征和性能方面得到使用，”他說，“無論是它們的設計語言，還是結構能力。”
機器人自動編織系統可能建造出巨大而結實的碳纖維結構，并足以構成體育場的屋頂
他說，個進軍碳纖維建筑領域的還包括Snøhetta，他們近完成了舊金山現代藝術館的相關項目，復制了汽車和航空工業的高光澤美學。
據Menges說，模具的使用是非常昂貴的，對于一次性的建筑施工也是浪費的。
不像汽車行業的機器人被教導來執行和重復一項任務，斯圖加特的團隊正在開發軟件，使得機器人手臂的每次運動更加智能化，從而可用于定制化的建筑。
機器人拉伸碳纖維和玻璃纖維，并纏繞到金屬支架上
Menges和Knippers已經探索了多種材料作為進一步實驗材料的可能性，它們的結構受到了海膽外殼或甲蟲翅膀生物結構的啟示。
部分研究結果已經在學校的年度構筑物系列中得到展示，這些成果由他們與學生一起采用計算設計、模擬和制造工藝生產出來。
斯圖加特團隊為倫敦V&A博物館制作的碳纖維館基于對水蜘蛛網的早期研究。這一被稱為“鞘翅絲亭（Elytra Filament Pavilion）”的構筑物目前正在倉庫中由機器人制造，并將在博物館的工程季豎立起來。
人工智能學家Aitists
人工智能學家是的前沿科技媒體和研究機構，2016年2月成立人工智能與互聯網進化實驗室（AIE Lab)，重點研究互聯網，人工智能，腦科學，虛擬現實，機器人，移動互聯網等領域的未來發展趨勢和重大科學問題。
更多信息請關注復合材料信息網www.lzzz.net
