Science机器人领域顶级子刊6月速递 | 空中增材制造：使用空中机器人实现现场建筑施工

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Science机器人领域顶级子刊6月速递

01 摘要

近年来，大型增材制造技术的进步显著拓展了其在建筑行业的应用，与传统施工方法相比，在生产力、效率、环境可持续性和安全性方面均实现了突破性提升。空中增材制造（aerial AM）技术利用飞行机器人执行无边界建造任务，具有独特的优势：包括高空作业的可扩展性、对偏远或复杂地形的强适应性，以及快速按需修复能力。尽管已有若干小规模应用示范，但飞行机器人在建筑领域的规模化部署仍面临关键挑战与待解科学问题。本综述对当前空中增材制造研究进行全面分析，重点探讨大规模应用中的核心机遇与挑战，并提出一个旨在厘清该技术固有复杂性的自主性框架。

02 图表简介

图1. 按可达范围/建造空间与施工规模分类的机器人建造平台对比（A）固定式机械臂通过单一径向作业提供360°有限工作空间（B）固定式龙门架系统同样以单一线性作业形成高度与宽度受限的工作范围（C）移动式机械臂通过高度受限的工作空间扩展覆盖范围，支持单机或并行作业（D）移动集群通过环绕结构物实现并行作业，但面临复杂导航挑战（E）空中机器人具备无边界工作空间，可灵活执行并行作业并显著提升建造任务适应性

图2. 空中增材制造方法的概念与时间轴展示（按离散式、张拉式、连续式分类）（A）离散式空中增材制造通过飞行机器人投放独立构件；张拉式利用空中机器人构建索缆或张力结构；连续式则通过材料挤出实现类传统3D打印的连续层积。（B）按时间轴排列的标志性项目与文献，从Lindsey等(10)到Zhang等(7)的突破性进展，呈现技术演进轨迹。

图3. 极端环境下空中增材制造的未来应用概念图：多机器人协同与先进建造方法该示意图呈现了空中增材制造在偏远/复杂地形的潜在应用场景：通过空中-地面多机器人协同系统扩展作业范围与效率，闭环式空中检测与结构分析实现基于实时数据的动态设计优化。这些先进能力揭示了该技术在极端/不可达环境的自主建造、维护与检测方面的长期潜力——这些场景往往使传统施工方法面临严峻挑战。

03参考文献

M. R. Freeman, M. M. Kashani, P. J. Vardanega, Aerial robotic technologies for civil engineering: Established and emerging practice. J. Unmanned Veh. Syst. 9, 75–91 (2021).

来源：力学AI有限元

ACT 建筑增材材料机器人

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首次发布时间：2025-06-12

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