Grävmaskinen blir byggrobot

När Center för byggrobotik vid Lunds Tekniska Högskola startade för fem år sedan var tanken att verka för en ny och hållbar byggindustri med bättre användande av naturresurser och sänkt klimatpåverkan. 

För vi har ju alla hört mantrat: Byggindustrin är konservativ, ineffektiv, slösar med resurser och belastar klimatet. 

Men det är också här som möjligheterna ligger. För var kan man åstadkomma stor förändring om inte där det står riktigt illa till? Med hjälp av digitalisering och robotar kan byggindustrin födas på nytt menar forskarna. Och det ligger inte långt borta i tid. 

För några nummer sedan presenterade Maskinentreprenören en bild på en Menzi Muck som utan förare i hytten bygger en mur av naturstenar. Forskare från universitetet ETH Zurich i Schweiz har försett grävmaskinen med en dator och sensorer så att den själv kan skanna området, räkna ut vikt och form på stenar och passa in dem i muren.

I en öken i USA står en Cat 335 och knackar ner stolpar. Även denna utan förare i hytten. Stolparna ska bära solpaneler och innan grävaren började pålningsarbetet grävde den såklart ett dike för elledningarna. Inte heller då satt någon förare i hytten. Styr gör en elektroniklåda från Built Robotics.

På ett bygge i Skåne nosar robot-hunden Buster från Boston Dynamics sin runda och utvärderar hur arbetet framskrider. SBUF och Peab undersöker tillsammans med Centret för byggrobotik hur en självgående robot kan användas för uppföljning och informationsåterkoppling under pågående bygge.

Runt om i världen börjar alltså robotar ta klivet in i vår värld av anläggning och byggande. 

Men tillbaka till den gamla Saabfabriken och den workshop som doktoranden Anton Tetov Johansson arrangerat för studenter på arkitektutbildningens masterprogram Digital arkitektur och framtidsutveckling. Tillsammans ska de lära sig hantera en robot och göra tredimensionella utskrifter i lera.
Ett litet första steg mot ett helt nytt sätt att bygga hus. I ena änden av lokalen står ett skrivbord med en samling datorer. En bit bort en liten pump och några hinkar med en blandning av sand, lera och vatten samt en ABB-robot försedd med ett specialtillverkat munstycke för sprutning av lera.

Här finns även handledarna och LTH-forskarna universitetslektor David Andréen från Institutionen för arkitektur och byggd miljö samt universitetslektor Mathias Haage från Institutionen för datavetenskap, båda knutna till Center för byggrobotik. 

Från institutet Gramazio Kohler Research vid ETH Zurich, som bland annat skapat den murbyggande spindelgrävaren, deltar arkitekten och doktoranden Kunaljit Chadha, expert på att bygga robotiserat i lera och hur icke standardiserade byggmaterial kan användas i storskaligt robotiserat byggande. Här finns också en för dagen gästande besökare. Martin Karlsson är ingenjör och programskapare vid Built Robotics i San Francisco. Han har varit med och utvecklat företagets Exosystem som kan förvandla grävmaskiner till robotar.

Under tiden som studenterna fyller pumpens behållare med lera och värmer upp datorerna diskuterar vi morgondagens byggande. Vi börjar med drivkraften. Varför är det så självklart att allt från anläggning till takläggning ska automatiseras? 

– Alla har nog olika svar på detta, konstaterar Anton Tetov Johansson. Men för mig är det för att kunna bygga mer hållbart, min huvuddrivkraft är att kunna använda lokala och mindre processade material. 

Även Kunaljit Chadha ser hur nya tillverkningsmetoder med byggmaterial baserade på jord och lera skulle kunna minska byggindustrins klimatpåverkan. 

– Vid vår institution i Zürich har vi utvecklat en ny additiv metod som återanvänder rivningsmaterial för att spara energi och resurser, berättar han. Men det är också viktigt att öka produktiviteten i byggandet, om vi kan öka den med bara två procent så är det tillräckligt för att påverka enormt många olika sektorer och i och med det finns en enormt stark drivkraft för förändring.

För Built Robotics och Martin Karlsson handlar drivkraften förutom hållbarhet även om brist på arbetskraft och om att göra byggarbetsplatsen säkrare. 

– Vi bygger solcellsparker i otillgängliga miljöer och även om vi skulle lyckas få arbetskraft dit, är det ett svårt ställe att arbeta på. Maskinen klarar sig till största delen själv och resultatet blir billigare, säkrare och bättre. Tyvärr inträffar många onödiga olyckor vid så vardagliga händelser som att maskin-föraren är på väg in i eller ur maskinen.

– Men vår idé är inte att det ska försvinna arbetstillfällen. Vi vill flytta människan bort från den farliga miljön runt maskinen, men människan ska fortfarande finnas kvar även om det är med en annan arbetsuppgift.

Mathias Haage är expert på industri-robotar och har bland annat varit med och utvecklat en robot som kan mura tegelmurar. Först nämner han förbättrad ergonomi som drivkraft, att mura för hand sliter hårt på människokroppen, men sen kommer han in på hur resultatet skiljer sig mellan ett mänskligt hantverk och vad en robot kan åstadkomma. 

–  I grunden är strävan är att få bort smutsiga, tunga och farliga arbetsuppgifter, men det är också så att en robot ger en jämnare kvalitet. Är det något som robotar är bra på så är det att göra lika, en robot gör hela tiden samma sak och roboten bredvid också. Det blir exakt in i minsta detalj precis så som man bestämt.

Här kommer Mathias in på en annan viktig fråga när det handlar om robotar. Att göra som det är bestämt i förväg och göra lika hela tiden låter som utmärkta kvaliteter när en mur ska muras. Men hur fungerar det i praktiken om det istället är en grävmaskin som ska gräva för en husgrund och det dyker upp jordfasta stenar? 

Frågan går till Martin Karlsson. 

– Jag tror att robotarna kommer att närma sig människor i sina förmågor, även de kognitiva förmågorna. Redan nu kan våra grävmaskiner se om det till exempel blir ett ras i ett dike, eller dyker upp en sten, och ta hänsyn till det. Med hjälp av allt fler sensorer samlar de mer information om vad som händer.

David Andréen håller med. 

– Robotar har historiskt sett inte kunnat hantera oförutsagda och komplexa situationer av den typ som byggindustrin faktiskt hela tiden består av. Men de senaste tio åren har det skett en explosionsartad utveckling och läget är nu ett helt annat.

Robotarna blir alltså allt mer kompetenta och förmögna att klara sig själva, Martin kommer dock med ett undantag:  

– Om det till exempel dyker upp fornlämningar i ett schakt är det nog är bäst om grävmaskinen låter arbetsledaren bestämma hur de ska hanteras, ler han. För vissa beslut kommer det alltid att finnas ett behov att ta hjälp av en människa.

Built Robotics grundades 2016 och har sedan dess vuxit från en liten klassisk startup till att bli ett företag med 40 anställda. Produkten är en låda med elektronik som kan anslutas till de flesta av marknadens grävmaskiner. Martin Karlsson berättar att robotgrävmaskinerna använts till dikning och anläggning av husgrunder, men att företagets fokus just nu ligger på pålning för solcellsfarmer. 

– Jag tycker att en grävmaskin är en utmärkt maskin att sätta en robotstyrning på. Den har stor rörlighet, dess bom och sticka är väldigt lik en robotarm och den är stark. Själva roboten kan bli bättre på att göra saker än människor och framför allt kan den göra det snabbare. Vid arbetet med solcellsparkerna i öknen arbetar den till exempel även under natten.

Att robotisera grävmaskiner leder enligt Martin Karlsson till att framtidens arbetsplats med nödvändighet kommer att se annorlunda ut. 

– Vi har samarbetat med företag som har låtit en person fungera som arbetsledare för flera robotiserade maskiner, människan är inte maskinförare utan mer en serviceperson som ser till att arbetet flyter på. En sak vi såg tydligt då var att den person som ska arbeta kring grävmaskinerna med fördel ska vara en grävmaskinist, en person som har kunskap om hur arbetet ska göras.

Även Kunaljit Chadha ser grävmaskinen som en bra utgångsmaskin för att skapa autonoma anläggnings- och byggrobotar. 

– Vi har använt den autonoma grävmaskinen HEAP från Robotic Systemes Lab. Den har 31 frihetsgrader, berättar han. Hittills har vår nya metod använts för i ett robotsystem för prefabrikation, men nu kommer vi även att använda den till produktion på plats, säger han och tillägger att institutet arbetar med en ännu inte patenterad och därför hemlig uppfinning. 

– Jag kan säga så mycket som att vi har försett grävmaskinen med vårt specialverktyg, AM Tool. Vi har kommit långt och räknar med att vi har bara två eller tre år kvar innan vi kan ta en produkt till marknaden.

Det råder alltså total enighet om att robotarna är på väg in och att det kommer att ske inom närtid. Samtliga är också lika eniga om att omvandlingen kommer att ske bitvis, eller som Martin Karlsson uttrycker det: 

– Jag tror att det är lite av en missuppfattning att förändringen kommer att ske i ett slag. Det kommer istället att ske som små förändringar steg för steg. 

På fabriksgolvet startar arkitektstudenterna samtidigt sin robot. Med en gracil rörelse svänger dess arm ut över en liten lastpall. Ur munstycket sprutar en smal sträng lera som roboten långsamt formar till en knappt halvmeterhög cylinder. 

Ett första steg.