Il robot muratore che sta cambiando il futuro delle costruzioni
I mattoni sono tra i più antichi materiali per l’edilizia usati dall’uomo: quelli seccati al sole risalgono al 7.000 a.C., mentre quelli cotti nel forno al 3.500 a.C. Inoltre, sono anche tra i materiali più versatili, usati per forme moderne che ricordano una “menorah” stilizzata e per splendide arcate. Anche il metodo di posa dei mattoni (disporre la malta, posizionare un mattone e rimuovere con la cazzuola la malta in eccesso) è rimasto lo stesso per millenni.
Ora, un’azienda cerca di dare nuovi sviluppi a questa tecnologia immutata da migliaia di anni. FBR (in precedenza Fastbrick Robotics), un’impresa australiana che si dedica alle costruzioni tecnologiche, ha sviluppato Hadrian X, un robot muratore che riprende il nome dell’imperatore romano Adriano, costruttore dell’omonimo vallo e che è in grado di lavorare senza l’intervento dell’uomo.
Questa tecnologia può portare grandi benefici, inclusa la sua applicazione per risolvere la carenza di abitazioni in tutto il mondo. “Non ci sono persone sufficienti per costruire gli edifici abbastanza velocemente”, dice Steve Pierz, responsabile della gestione dei processi di innovazione presso FBR. “Abbiamo bisogno di automatizzare il processo con metodi di costruzione su grande scala e questo è uno dei modi che abbiamo per farlo”. Pierz vede un’altra possibilità di utilizzo di questa tecnologia nelle ricostruzioni dopo i disastri naturali. “Mi immagino eserciti di questi robot che costruiscono velocemente strutture abitative nelle aree colpite da una catastrofe”, prosegue.
La precisione di Hadrian X può anche migliorare l’efficienza, facendo sì che gli edifici vengano costruiti più velocemente e più economicamente rispetto ai metodi tradizionali. Inoltre, Hadrian X promuove l’approccio tipico di una costruzione lean, in cui la produttività aumenta con riduzione degli scarti. “Da una singola sorgente di dati conosciamo il numero di blocchi e la quantità di adesivo richiesti a seconda della trama adottata”, spiega Simon Amos, direttore delle tecnologie costruttive di FBR. “In questo modo è possibile essere sempre informati, in anticipo, sull’eventuale presenza di scarti”.
Hadrian X ha l’aspetto tipico di una gru montata su un camion, ma in realtà è costruito assemblando tra loro componenti complessi per creare sistemi destinati al controllo, alla fornitura dei blocchi e alla stabilizzazione dinamica. Hadrian X vive proprio grazie alla sinergia tra questi sistemi. Una volta che i blocchi sono caricati nella macchina, il robot li identifica tutti per decidere dove posarli. Se necessario, la macchina può anche tagliare i blocchi in quarti, metà o tre quarti e conservarli per usarli successivamente. Questi blocchi sono poi alimentati all’interno di un braccio mobile e portati alla testa posatrice, che dispone i blocchi secondo la logica e la trama programmate nella macchina.
“È nella testa posatrice che avviene la magia”, dice Pierz. “Il robot tiene saldo il blocco anche in caso di forte vento e quando le vibrazioni scuotono tutto il braccio, eseguendo centinaia di compensazioni al secondo per mantenere il blocco nella posizione corretta”.
Per realizzare Hadrian X sono occorsi più di dieci anni: la prima idea di robot stabilizzato dinamicamente risale al 1994, ma il primo prototipo non è stato creato che nel 2005 grazie a Marc Pivac, fondatore e direttore tecnico di FBR. Con la crisi finanziaria globale del 2008 la produzione di Hadrian 105, predecessore di Hadrian X, subì però un arresto. Il progetto venne ripreso nel 2014, approfittando della ripresa economica, del nuovo boom di crescita nel settore delle costruzioni e della carenza di muratori e operai edili. Entro il 2016 iniziò lo sviluppo della versione successiva, Hadrian X.
Il sistema di controllo del robot è il “cervello” che si trova al suo interno. Usando le coordinate cartesiane e il design parametrico, il software proprietario di FBR trasforma la struttura di una parete, modellata con CAD, in metadati in cui ogni mattone è identificato grazie alle proprie coordinate. Il software sfrutta poi questi metadati per inserire i mattoni in una particolare trama a rete e, con l’aiuto di un algoritmo, per determinare come posare i mattoni secondo la trama e altri parametri, come la dimensione della testa posatrice del robot e il modo con cui essa afferra i blocchi.
Per il sistema di muratura di Hadrian X, FBR ha progettato i propri blocchi a geometria personalizzata. “La nozione di blocco parte dal concetto di un uomo che manipola un mattone per posarlo a una certa velocità”, dice Amos. “Abbiamo cambiato tutto ciò per adattarlo alle esigenze di un robot”. I blocchi usati da Hadrian X sono stati ottimizzati per assicurare che lo spessore murario sia sufficiente. Hanno un volume 12 volte più grande di quello di un mattone standard per rendere massima la velocità di posa, in modo tale che Hadrian X impiega da 45 a 55 secondi per posare uno di questi blocchi. Inoltre, FBR usa un adesivo speciale, che fa presa più velocemente ed è più resistente della malta tradizionale.
Per realizzare e far funzionare la parte meccanica del robot, Pivac ha sfruttato le proprie conoscenze pregresse di aeronautica, ingegneria meccanica, robotica e matematica per sviluppare e brevettare la Dynamic Stabilization Technology (DST, Tecnologia per la stabilizzazione dinamica). La DST permette un accurato posizionamento anche su grandi distanze e nelle tre dimensioni, contrastando gli effetti di vento, vibrazioni e altri fattori ambientali per mantenere i blocchi nella loro posizione esatta. Questa stabilità fa sì che Hadrian X possa essere montato su altre basi, incluse chiatte, navi, gru e rotaie, ed essere usato in altri cantieri.
“La sfida è assicurarsi che tutti questi sistemi funzionino in modo altamente coordinato tra loro, che tutti i moduli seguano la “coreografia” giusta e che sia possibile gestire in modo chiaro la totalità dei problemi ambientali che derivano da un cantiere sporco e pericoloso”, prosegue Amos.
Per superare queste sfide, i componenti di Hadrian X sono stati sottoposti a test rigorosi, dove ogni fase ha portato nuovi insegnamenti e nuovi miglioramenti. Il traguardo più importante tra le costruzioni realizzate dal robot è stato raggiunto all’interno dell’azienda a novembre 2018, con il completamento di un’abitazione da 180 metri quadrati in tre giorni. La fase successiva ha riguardato i test condotti all’esterno durante i picchi di caldo della torrida estate australiana di febbraio 2019.
“Abbiamo realizzato una costruzione all’aperto per raccogliere dati e cercare di capire l’influenza che l’ambiente avrebbe esercitato sul robot portandolo ad alte temperature”, dice Amos. “L’esposizione al vento forte e ostile, con picchi di temperatura elevata, ha messo a dura prova il robot per valutarne il comportamento”.
FBR si sta già preparando per la futura diffusione globale di Hadrian X: l’azienda ha firmato un accordo con GP Vivienda, la divisione che si dedica al settore residenziale di Grupo GP, una delle più grandi imprese di costruzioni del Messico, per esplorare programmi pilota nel Paese. L’azienda ha anche firmato un protocollo d’intesa con il Regno dell’Arabia Saudita per la discussione di un progetto destinato alla costruzione di 50.000 nuove abitazioni. Un’altra collaborazione è in corso con Wienerberger, il produttore austriaco di laterizi, per creare blocchi laterizi ottimizzati per Hadrian X e pianificare un progetto pilota in Europa.
Di ritorno in Australia, FBR ha avviato un’ulteriore collaborazione con Brickworks, uno dei principali fornitori di prodotti per l’edilizia, per attivare il servizio “Wall as a Service” in tutto il Paese; in questo modo Brickworks fornirà blocchi speciali in calcestruzzo per le murature costruite dal robot di FBR, concentrando la propria attenzione sui progetti residenziali.
Pierz è convinto che Hadrian X possa potenzialmente cambiare l’industria delle costruzioni. “La vera svolta si presenta solo quando si guarda il proprio settore da una prospettiva completamente differente”, sostiene. “Bisogna essere disposti a provare e sperimentare nuove tecnologie, altrimenti si resta sempre indietro”.