L’immenso settore delle costruzioni — con una spesa annua di oltre un trilione di dollari solo negli Stati Uniti (che secondo le previsioni dovrebbe salire a 1,5 trilioni di dollari entro il 2022) — è in ripresa dopo il periodo di stasi imposto dalla crisi finanziaria globale e rappresenta ora il 4,3 percento del PIL americano.
L’edilizia si è trovata immersa in un fantascientifico mondo nuovo per effetto dei progressi della digitalizzazione e della robotica, che solo fino a un decennio fa sarebbero stati inimmaginabili. Se si considera che il settore delle costruzioni private statunitensi ha raggiunto un valore di quasi 900 miliardi di dollari nel 2016, verrebbe da pensare che esso stesso per primo avrebbe tutto l’interesse a voler sfruttare appieno il risparmio offerto, in termini di tempo e costi, dalle più recenti tecnologie, di cui invece Lauren Vasey, ingegnere e architetta, conosce bene gli impedimenti.
“Tutti vorrebbero un’industria edilizia più digitale, ma gli ostacoli sono troppi” afferma. “Esiste una compartimentazione dei processi e dei soggetti coinvolti nella costruzione di un edificio, dagli appaltatori ai progettisti e ai costruttori, che non concede spazio al flusso di lavoro digitale né alcuna possibilità di riscontro tra i diversi componenti”.
Anche Ondrej Kyjanek, collega di Vasey, ricercatore associato presso l’Istituto per la progettazione e la costruzione computazionale (ICD) dell’Università di Stoccarda, sostiene che il comparto sembra essere in spasmodica attesa dell’arrivo della “novità perfetta”.
Il progetto CRoW rappresenta il tentativo di Vasey e Kyjanek – insieme agli altri colleghi del team ICD, Bahar Al Bahar e Benedikt Wannemacher – di regalare all’industria edilizia questa “novità eclatante”. Il Collaborative Robotic Workbench(CRoW) combina il flusso di lavoro del design generativo con un braccio robotico KUKA LBR iiwa, dotato di artiglio prensile per afferrare, spostare e posizionare componenti. Il progetto è stato sviluppato per l’edizione 2018 del KUKA Innovation Awards, un concorso annuale di robotica per promuovere il tema dell’interazione uomo-macchina nel mondo reale.
L’asso nella manica, però, è il visore per realtà aumentata (AR) indossato dall’operatore. Grazie alla visione dei materiali e della costruzione, la realtà aumentata permette di predisporre, per mezzo della tecnologia digitale, il posizionamento dell’elemento successivo, provando diverse alternative e valutando i dati in anticipo. I movimenti di precisione del braccio robotico posizionano correttamente il componente successivo; all’operatore non rimane che fissarlo con una sparachiodi.
Il CRoW ha fatto la sua apparizione all’Hannover Messe di quest’anno, dove la produzione in continuo ha permesso la realizzazione di un’accattivante scultura in legno. Il dispositivo esegue compiti tradizionalmente svolti a mano dall’uomo – come misurare, trasportare o tenere – e allo stesso tempo scansiona e valuta costantemente la struttura, grazie all’ausilio di sensori, per confrontarla con il modello 3D. Attraverso la conoscenza del modello, il software può anche suggerire la posizione migliore dell’elemento successivo a partire dal punto di vista del visore per realtà aumentata. “In qualità di progettista, è possibile determinare la forma finale della struttura, ma anche di scegliere la sequenza della fabbricazione”, dice Kyjanek.
Informato dalla grande immagine del modello 3D di un progetto, il sistema di realtà aumentata è in grado di raccogliere un’infinità di dati. Ogni asse dei giunti articolati del robot contiene i sensori di misurazione della coppia, che mostrano la forza esercitata su ogni giunto e un’immagine al volo della fattibilità del movimento previsto. L’anteprima del percorso che il robot utilizzerà per andare da A a B permette all’operatore di prevedere eventuali collisioni o interferenze. È anche possibile visualizzare in anteprima un progetto in un dato punto della fase realizzativa e confrontarlo con gli elementi ancora da posizionare o addirittura con la struttura complessiva finale.
Osservando il CRoW in azione, è facile immaginare come condividere e ridimensionare questo flusso di lavoro. Se una versione su scala industriale del sistema costruisce una casa, un condominio o un grattacielo, il file di dati generato dai movimenti del braccio robotico può essere registrato e perfezionato per poi essere applicato più volte su siti diversi, con la garanzia per i costruttori di ottenere ogni volta un risultato perfettamente replicato.
Con il giusto know-how, gli architetti o i costruttori possono persino approfondire i dati per apportare modifiche a movimenti, fissaggi o punti di pressione e regolarli in base alle condizioni del prodotto finale.
Durante la presentazione agli Innovation Awards, il team CRoW ha mostrato il funzionamento del braccio LBR iiwa registrandone i movimenti a scopi diagnostici. È questo il suo punto di forza, secondo Vasey, la quale sostiene inoltre che “se gli operatori hanno necessità di comprare il robot solo per scaricare i progetti e poterli manipolare con un flusso di lavoro generativo o computazionale, possono farne un uso intelligente eseguendo il software in background”.
Ma rimane la sfida delle pratiche, profondamente radicate in edilizia e per quanto avanzate, che risultano molto difficili da estirpare perché il settore ha investito molto perché fossero fatte bene. Cosa potrebbe offrire la CRoW ad un’impresa di costruzioni ben dimensionata, oltre a presentarsi come una tecnologia all’avanguardia di forte richiamo?
“È stato dimostrato che effettivamente è possibile un impiego molto veloce, a detta non solo della nostra ricerca, ma anche di altri istituti di ricerca che lavorano con la realtà aumentata”, aggiunge Kyjanek. “Si tratta di un approccio completamente diverso, ma molto più intuitivo dal momento che è possibile visualizzare davanti ai propri occhi i componenti e la costruzione piuttosto che prenderne visione solo in pianta. È più facile istruire gli operai edili a lavorare con la realtà aumentata che insegnare a uno di loro a leggere le planimetrie”.
Il CRoW è un ulteriore esempio di tecnologia spinta con un ciclo di vita potenzialmente limitato. Al pari della stampa 3D, la realtà aumentata ha vissuto una stagione eccezionale tra i consumatori intenti a percorrere parchi pubblici e strade cittadine alla ricerca di creature Pokemon Go. Ma sembra che quei giorni siano già finiti, così come la promessa delle stampanti desktop 3D a basso costo non si è mai del tutto concretizzata.
Eppure la storia ha dimostrato che l’entusiasmo dei primi consumatori può essere solo un banco di prova per il marketing; la stampa 3D sta silenziosamente trasformando il settore industriale, e Kyjanek e Vasey sono convinti che anche per la realtà aumentata si stia avvicinando il momento d’oro.
Il progetto CRoW è essenzialmente una prova concettuale e Kyjanek dichiara che al momento la commercializzazione non è in programma; qualsiasi fase successiva si concentrerà su uno sviluppo ulteriore. “Durante il processo di elaborazione sono emersi tanti nuovi problemi e sfide la cui soluzione ha priorità assoluta”, conclude Kyjanek.
Vasey aggiunge che il ruolo dell’ICD è quello di mettere in atto la ricerca, fondamentale per ripensare come le nuove tecnologie possano sfidare i processi e i protocolli di costruzione già esistenti. L’Istituto riesce puntualmente a trovare dei partner interdisciplinari provenienti da una promettente rete di ricerca che consente un’ampia collaborazione tra il mondo accademico e l’industria.
Quindi ciò potrebbe segnare l’inizio della rivoluzione vera e propria della realtà-virtuale-in-edilizia: quando in futuro si costruirà una casa o un edificio per uffici, non meravigliatevi se il costruttore si presenterà con il casco, una cintura porta attrezzi e un visore per braccio robotico articolato.