当你研究建筑问题时，你会发现所有“新”的想法都被尝试过不止一次，甚至可以追溯到几十年前。让机器帮助建造墙壁就是其中之一。不用说，这个想法非常吸引人，因为砖石非常适合机械化。这是一项重复劳动，建造一座砖石建筑需要铺设数千块砖，每块砖几乎完全相同，并且以相同的方式拼接在一起。这个过程似乎不需要太多的体力：每块砖都涂上一层砂浆，然后挨着另一块砖放置。由于每块砖和砂浆的接缝大小相同，所以砖的放置也几乎是确定的。最重要的是，铺墙是最费力的建筑劳动形式之一，需要工人连续工作数小时，不断移动重物。从这些角度来看，这项任务似乎很适合机器。人们已经为此努力了100多年。早期首次尝试使用机器建造围墙，可以追溯到19世纪末20世纪初。相关专利可见于1899年、1904年、1924年，申请人并非同一人。机器理论上应该沿着墙壁移动，然后在抹灰的同时放下砖块。但是，它们无法感知周围的环境，也无法测量砖块的位置。相反，他们机械地挤出一层砂浆，并机械地将砖块放置在一定距离处。约翰汤普森1904年的砌砖机。很难确定实际上有多少这些发明被发明出来，但一位名叫约翰·奈特的发明家不仅建造了机器，他还建造了一堵墙，至今仍屹立不倒。在随后的几十年里，同样的概念多次出现。其中，还可以找到1960年代和70年代的发明专利。下面两张图是1960年代的造墙机MotorMason，看起来和20世纪初没有太大区别。这些机器基本上只处于演示阶段，还没有商业化。1980年代、1990年代在80年代末和90年代初，机械化铺墙的尝试转向机械臂。与以前的纯机械砌墙机器不同，这些机械臂具有信息处理组件。因此，他们不是一直重复一个动作，而是将高自由度的机械臂与传感器和控制系统结合起来，“看到”砖块并确定放在哪里，然后抓起砖块放在上面.一时间，这个方向在学术界成为了一个完整的子领域，可以找到的成果包括1988年的Slocum、1989年的Lehiten、1996年的Rihani、1993年的Altobelli、1996年的Pritschow，以及SMAS、ROCCO等系统.ROCCO系统示意图。但即使付出了所有努力，结果也不是很成功。大多数机器并没有像纸上描述的那样表现，只有少数达到了原型机的水平。一位研究人员甚至宣称，在可预见的未来，通用建筑机器人是不可能的。但是，有一些示例可以用于生产。一个名为Multistone8000的系统可以在类似工厂的环境中建造墙壁，但它也需要人工帮助。目前的尝试近年来，墙体铺设作为一种建筑技术的重要性在发达国家已经下降，人们的兴趣已经转向自动化。我这里说的不是3D打印，而是其他几十种技术探索。其中最先进的是由FastbrickRobotics构建的哈德良系统。哈德良通过安装在卡车（有点像混凝土泵车）上的空心吊杆运输石块。当砖块接触吊杆末端时，会喷上工业粘合剂（而不是传统的砂浆）。然后机械臂抓住它并将其放在正确的位置。这吊杆覆盖的范围这么广，而且基地还有小车控制动静。因此，Hadrian比其前辈受到的限制更少。它可以在狭窄的走廊或复杂的角落放置砖块，只需要几个动作就可以将一座小楼的所有墙壁都砌好。Hadrian目前每小时砌200块砖，但FBR的目标是超过1,000块。Hadrian的开发工作始于2006年，但最近才开始在商业网站上使用。到目前为止，他们已经在澳大利亚建造了3或4座建筑物。但该公司似乎遇到了一些困难（对于已经开发超过15年的硬件系统来说不足为奇），在2020年进行了大规模裁员，最近几个月使用该系统建造了建筑物。开始减少。相比之下，ConstructionRobotics研发的SAM半自动砌砖机在商业上更为成功，自2015年起开始用于商业项目。SAM由机械臂、砂浆分配器和传送带以及轮式底盘组成。当SAM工作时，机械臂会抓起一块砖，在其上涂上一层砂浆，然后根据系统内置的图纸将其放置在墙上。一旦砖块就位，它就会重复这个过程，在砌墙时来回移动它（在墙的两端工作需要泥瓦匠来做）。SAM有一系列传感器来适应平台的移动并确保将砖块放置在水平位置。此外，它还可以容纳各种尺寸的积木。它安装在随墙上升的可移动脚手架上。与哈德良一样，SAM似乎遇到了一些困难。它在较长的墙壁上表现良好，但在较短的墙壁上无法胜过人类泥瓦匠。它的工作速度比人类快4倍，但不能转动，不能抹灰，不能干太技术性的活，需要有人配合。有一本名为《SAM:OneRobot,aDozenEngineers,andtheRacetoRevolutionizetheWayWeBuild》的书，记录了SAM开发过程中面临的各种挑战，以及开发者苦苦为其寻找买家的故事。ConstructionRobotics网页上的宣传材料表明，SAM不再是他们的主要产品，他们现在更多地关注其他产品，比如后面会提到的MULE。除了SAM和Hadrian，还有其他几个处于不同发展阶段的“机器人石匠”。不过，与这些专注于砌墙的机器相比，铺路机似乎更容易成功，不少企业也开始提供这种“打印”砖路的服务。除了上面提到的各种砌砖机，其实还有一种机器是专门用来减轻泥瓦工压力的，堪称泥瓦工的小助手。他们的作用通常是帮助人们捡起砖头，而由人类泥瓦匠决定将它们放在哪里以及如何放。泥瓦匠的帮手至少可以追溯到美国军方在1994年试验的MAMA（机电辅助泥瓦匠援助）系统。它由一个连接在轨道上的吊臂上的夹具组成。泥瓦匠可以使用夹具将砖块移动到位，而无需自己握住它们。从那时起，其他公司也开发了类似的装置，例如LayherBalance、Rimatem、AssistanceSystemSteinherr等。上面提到的MULE也是其中之一。Layher平衡器。ConstructionRobotics开发的MULE在解放人类方面的有效性。也许这些墙壁辅助系统中最有趣的是FRACO正在开发的外骨骼，它是去年刚刚发布的。它源自为军队开发的模型，具有各种被动和主动提升机制，旨在减少泥瓦匠在操作砌砖时的肌肉拉伤。FRACO外骨骼。当然，帮助提升重物的机器并不是革命性的。一篇关于农业生产力的文章的评论者指出，砌砖生产力最重要的进步之一是伸缩式搬运机，它消除了手动移动砖石托盘的需要。“机器人泥瓦匠”为何没有大规模实现？筑墙本应是机械化的首选，但一个世纪以来有限的成功表明，在某些领域还存在一些障碍。这使它成为一个有趣的案例研究，因为它可以帮助人们准确定义机械化困难的地方。为什么建造一堵墙与敲钉子如此不同？后者几乎全机械化，而前者几乎全手工？影响因素可能有以下几点：一是砖块不是简单地放在固体表面上，而是放在一层薄薄的砂浆上，砂浆是水、沙子和水泥材料的混合物，非牛顿流体会有某些复杂的物理性质，当它移动或摇动时，粘度会增加。这使得很难以纯机械化的、确定性的方式使用它，而且砂浆是一种混合材料，在不同批次之间表现不同。砌砖机一直在与砂浆作战。80年代末和90年代初的学术研究通常基于石膏板，一种不需要砂浆接缝的墙，或基于更可预测的砂浆替代品。Pritschow在他1996年的论文中直言：迫击炮问题太难解决了。已经知道如何用机器涂抹好的砂浆的人仍然不能完全生产干净的砂浆接缝，他们只是在那里涂抹，然后需要工人清理。在某些方面，SAM的努力与拥有50年历史的MotorMason的努力没有什么不同。砂浆接缝使砌砖变得复杂，而钉枪可以对钉子施加力，每次都能获得相当均匀的结果。凹凸不平也没关系，即使钉子稍微歪斜，也能发挥作用。在非牛顿流体层上编码一块砖并不是那么容易，而且没有来自环境的其他反馈，很难确定墙是水平建造的。人类石匠会不断使用绳索或现场水平测试设备来确保墙壁保持笔直，并根据需要进行微调。机械泥瓦匠需要以某种方式做同样的事情，而SAM似乎已经解决了大部分问题，但它仍然需要时不时地表扬一下。需要根据环境反馈进行调整，这就是锤钉子与砌砖的不同之处。打钉机、圆锯等电动工具在某种意义上更像是砌砖帮手，完成一些纯手工的工作，而将所有的信息处理和精密工作交给人类。钉枪不负责确定钉子需要去哪里，它只是将自己移动到位，它只是执行打钉子的物理任务。刳刨机和铣床的历史可以提供具有启发性的相似之处。前者发展于19世纪末/20世纪初，而程序控制能力发展于40年代末/50年代初。但直到最近，我们才能够将实时反馈整合到ShaperOrigin等产品中，ShaperOrigin是一款可自动校正人体运动的手持路由器。让机器对周围环境做出强有力的反应仍然是一个复杂的问题，即使机器在物理上能够做到这一点。ShaperOrigin，世界上第一台手持式数控机床。还有其他一些问题也使砌砖机变得棘手：砖又大又重，这意味着需要更大更昂贵的机器来操纵它们（特别是如果你想快速操纵它们，因为力的变化与加速度成正比）；在美国，砖墙是用大量的钢筋建造的，简单的砖砌机器很难处理（在哈德良的项目中，钢筋是人工安装的）；由于存在风险，承包商很难接受相关技术。《机器人泥工》值得期待吗？这是一个很难回答的问题。从根本上说，它似乎取决于机器人技术、软件、计算机视觉和其他技术（统称为“自动化”）的进步。尽管困难重重，但砌砖系统比其他建筑系统更成功地实现了自动化，并且是市场上广泛使用商用机器人的少数系统之一。因此，自动化技术的进步可能最适用于砖石建筑。如果自动化砌筑系统变得更小、更快，并且可以更轻松地处理角落和完成接缝，它可能会开始变成一个非常有吸引力的系统。也容易一石激起千层浪。先进的自动化也可以很容易地应用于其他建筑系统（木材、钢材等）。砖块非常重，这意味着操纵它们的机器总是比操纵较轻的建筑系统的机器更昂贵。即使是大块也只占整个建筑的一小部分。因此，与其他建筑类型相比，自动砌砖系统最终可能会更昂贵且生产效率更低。我们可能会看到这样一种情况，即自动砌砖在短时间内变得具有竞争力，但随着该技术适应其他建筑系统而迅速黯然失色。
