创新背景

蜜蜂、黄蜂等生物有着很强的团队协作能力，他们在筑巢时会进行分工合作，一层一层叠加着完成筑巢工作。

3D打印在建筑行业的发展势头日益强劲。在现场和工厂，静态和移动机器人打印材料用于建筑项目，如钢铁和混凝土结构。但一般来说，要打印多大的建筑就需要比这更大的打印装置，或分部件打印再组装。若能像蜜蜂筑巢一样，在飞行过程中完成建造，就能够摆脱这种限制，在建筑高度、面积、形态上更为灵活。

创新过程

一个由伦敦帝国理工学院等英国多所大学的科学家组成的研究团队受到蜜蜂和黄蜂等擅长分工协作生物的启发，提出了一种新型建造方法，利用多台无人机在飞行过程中互相协作，完成3D打印建造。该研究结果发表在《自然》杂志上。

该机队中的无人机被统称为空中增材制造(air - am)，它们根据单一蓝图进行合作工作，并在飞行过程中调整各自的技术。它们在飞行时是完全自主的，但由人类控制者监控，控制者根据无人机提供的信息检查飞行进度，并在必要时进行干预。

无人机路径规划：蓝色轨迹表示在建造，红色轨迹表示离开建造区去补充材料

这些 3D 打印无人机群由 BuilDrone（建造无人机）和 ScanDrone（扫描无人机）组成，两种无人机分别执行不同的工作。建造无人机负责最一线的建造工作，承担了存储建筑材料和“盖房子”的功能，它们会在飞行过程中将建筑材料放置在建筑物表面。扫描无人机则主要承担质量控制任务，负责协调和监督建造无人机的工作，它们会在飞行中测量前者的施工情况，并给出下一个施工建议，以确保建筑按照预期的目标进行。

为了防止无人机的行动受到气流等因素的影响而产生位置偏移，研究团队在无人机的下方增加了一个稳定装置来调整无人机的偏移，确保制造缓解的准确性。

利用飞行的无人机打印建筑还有一个难题，就是建筑材料的重量问题。从无人机续航的角度考虑，“轻”就成为了对建筑材料的首要要求。因此研究团队与瑞士联邦材料实验室合作，共同研发了一款新型建筑材料。这种类似于水泥的材料在打印时是柔软的，过了一段时间之后会变得坚硬，而且这种材质很轻，方便无人机将它带上空中。

此外，为了更好地协调各个无人机在空中的行动，研究人员开发了一种多智能协同方法，让每一台无人机都具备空间感知和反应的能力，从而达到在无人监督的情况下进行自主任务分配的效果。

这项研究证明，无人机可以自主工作，也能够进行协同工作。这种创新的解决方案是可扩展的，未来可以帮助人们在难以到达的地区建造和修复建筑。

该技术为在高层或其他难以到达的地点建造和修复结构提供了未来的可能性，甚至可以实现在火星上进行无人建造。

创新关键点

该研究将多台建造无人机和扫描无人机组成一个分工明确的无人机群，然后利用相互协作的无人机群进行3D建造。与传统的手工方法相比，3D打印无人机团队可以帮助降低未来的建设成本和风险，也为在火星等难以到达的地方建造建筑提供了可能。