Allá por la década de 1970, los robots revolucionaron la industria automovilística al asumir un amplio abanico de tareas de manera más fiable y rápida que los humanos. Más recientemente, una nueva generación de robots más delicados ha empezado a aparecer en las líneas de producción de otras industrias. Estas máquinas son capaces de ejecutar tareas que requieren más precisión y que resultan engorrosas como empaquetar lechuga. Esta potente y nueva fuerza laboral podría revolucionar la fabricación de formas que aún resultan difíciles de anticipar.

Pero la industria de la construcción es más complicada que la mayoría. Las obras son entornos complejos que cambian constantemente. Cualquier robot constructor tendría que ser lo suficientemente potente para lidiar con materiales pesados pero lo suficientemente ligero y pequeño para entrar en edificios convencionales y lo suficientemente flexible para navegar el terreno.

Aunque es mucho pedir, una máquina capaz de todo eso podría ofrecer beneficios enormes para el sector. Los robots de construcción podrían montar nuevos tipos de estructuras complejas in situ en lugar de en fábricas remotas, lo que evitaría las labores y costes del transporte. Además, dichas estructuras podrían ser modificadas en tiempo real para adaptarse a cambios inesperados en el entorno.

Este sueño robótico ya está un poco más cerca gracias a una nueva clase de autómata desarrollado por un equipo de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (Suiza) liderado por Markus Giftthaler. El robot, bautizado como In Situ Fabricator1, es capaz de crear novedosas estructuras en el mismo lugar de obras.

El In Situ Fabricator1 está diseñado para resultar práctico. Funciona con un amplio abanico de herramientas que le ofrecen una precisión de menos de cinco milímetros, puede operar de manera semiautónoma en un entorno complejo y cambiante, es capaz de alcanzar la altura de una pared estándar y cruza puertas de tamaño convencional. También es antipolvo e impermeable, se alimenta de electricidad desde la corriente y tiene una batería de repuesto. Además, tiene una conexión a internet para que los arquitectos pueda realizar cambios sobre los planos en tiempo real siempre que sea necesario.

Aunque parezcan ambiciosos, estos son todos los logros del In Situ Fabricator1. Dispone de una serie de cámaras para percibir su entorno y potentes procesadores de a bordo para navegar y planificar las tareas. También incluye un brazo robótico flexible para posicionar las herramientas de construcción.

Para lucir sus capacidades, Giftthaler y su equipo lo han utilizado para construir un par de estructuras en una zona experimental de obras en Suiza llamada NEST (siglas procedentes de Next Evolution is Sustainable building Technologies). La primera es un doble muro ondulado de ladrillos de 6,5 metros de largo y dos metros de alto compuesto por 1.600 ladrillos.

La simple tarea de ubicar el muro correctamente dentro del espacio ya resulta complicada. In Situ Fabricator1 lo consigue al comparar el mapa del emplazamiento que ha recopilado mediante sus sensores con los planos del arquitecto. Pero incluso entonces debe ser lo suficientemente flexible como para adaptarse a imprevistos como un terreno irregular o el hundimiento de materiales que cambien la forma de una estructura.

"Para aprovecharse totalmente del potencial de fabricación asociado al diseño del robot es esencial hacer uso no sólo de sus capacidades de manipulación sino también de la detección del entorno", describe el equipo de Giftthaler.

El muro resultante, en el que todos los ladrillos están colocados con una precisión de menos de siete milímetros, es impresionante.

La segunda tarea consistió en soldar alambres para formar una compleja malla de acero curvada que puede ser llenada de hormigón. De nuevo, la flexibilidad del In Situ Fabricator1 resultó crucial. Un problema con las soldaduras es que el proceso genera tensiones que pueden cambiar la forma general de la estructura de forma impredecible. Así que en cada fase de la construcción, el robot debe acceder a la estructura y permitir cualquier cambio de forma mientras suelda el siguiente conjunto de alambres. De nuevo, los resultados en NEST son impresionantes (ver la entrevista con el arquitecto Norman Hack, responsable de esta parte del proyecto: "Las tecnologías de fabricación digital nos permiten personalizar las estructuras de manera masiva")

El In Situ Fabricator1 por supuesto no es perfecto. De momento es un prototipo que el equipo de Giftthaler ha utilizado para identificar mejoras incorporables en la próxima generación. Una es que con un peso de casi 1,5 toneladas métricas, el In Situ Fabricator1 es demasiado pesado para entrar en muchos edificios de tamaño estándar. El objetivo para las siguientes versiones es limitar su peso a 500 kilogramos.

Pero tal vez su mayor problema sea un límite fuerza y la flexibilidad de los brazos robóticos. El In Situ Fabricator1 es capaz de manipular objetos de hasta unos 40 kilogramos pero debería poder levantar hasta 60 kilos.

Pero eso le enfrenta a un límite práctico. El brazo del In Situ Fabricator1 se controla mediante motores eléctricos incapaces de manipular objetos más pesados con el mismo nivel de precisión. Además, este tipo de sistemas no resultan muy fiables en los entornos de construcción, donde la parte de la maquinaria pesada es hidráulica.

El equipo de Giftthaler ya está trabajando en una solución. Ha diseñado y construido un actuador hidráulico que puede controlar un brazo robótico de próxima generación al tiempo que manipula objetos más pesados de forma más fiable y con la misma precisión. Ya están utilizando este diseño para desarrollar la siguiente versión, el In Situ Fabricator2, que debería estar terminado para finales de este año.

El avance sueco podría resultar enormemente prometedor para la industria de la construcción. Otras innovaciones para el sector se han basado en técnicas como la impresión 3D, pero está limitada por el propio tamaño de la impresora, que debería ser mayor que el edificio. Así que sería útil desarrollar un robot capaz de construir estructuras más grandes que él.

Queda mucho trabajo por delante. La industria de la construcción es conservadora por naturaleza. El plazo relativamente largo para construir edificios nuevos (sin mencionar la burocracia que los acompaña) limita la disposición de las empresas del sector para invertir en estos enfoques altamente tecnológicos.

Pero el trabajo del equipo de Giftthaler debería ayudar a superar esto y demostrar la capacidad de los robots para crear estructuras totalmente nuevas. Será interesante ver si consiguen que los robots hagan lo mismo por el sector que ya hicieron con el de la automoción.

Ref: arxiv.org/abs/1701.03573: Mobile Robotic Fabrication at 1:1 scale: the In situ Fabricator