Un mur en pierre sèche de 6 mètres de haut construit par une excavatrice autonome

 (ethz.ch)
2 points par GN⁺ 2023-11-25 | 1 commentaires | Partager sur WhatsApp
  • Des chercheurs de l’ETH Zurich ont construit un mur en pierre sèche de 6 m de haut et 65 m de long à l’aide de l’excavatrice autonome HEAP, en empilant des rochers de plusieurs tonnes et des débris de démolition
  • Pour un type de construction jusqu’ici très dépendant du travail manuel, ils ont appliqué des capteurs de terrain et la vision par ordinateur, permettant à l’excavatrice d’assurer elle-même tout le processus, de l’identification des matériaux à la saisie et au placement
  • HEAP crée une carte 3D du chantier et enregistre la position des pierres et blocs alentour, ainsi que leur poids approximatif et leur centre de gravité
  • Une fois que l’algorithme de placement détermine la position de chaque pierre, l’excavatrice les pose directement, avec une capacité de 20 à 30 pierres par cycle de travail
  • Cette approche, qui exploite des matériaux présents sur site ainsi que des dalles de béton à faible énergie grise, peut améliorer l’efficacité des ressources dans le processus de construction

Construction d’un mur en pierre sèche par l’excavatrice autonome HEAP

  • Des chercheurs de l’ETH Zurich ont déployé l’excavatrice autonome HEAP pour construire un mur en pierre sèche de 6 m de haut et 65 m de long
  • Ce mur a été planifié numériquement et intégré dans un aménagement paysager et un parc excavés de manière autonome
  • Les matériaux utilisés comprenaient des rochers de plusieurs tonnes et des débris de démolition
  • La construction traditionnelle de murs en pierre sèche nécessitait jusqu’ici beaucoup de travail manuel

Équipe de recherche et contexte du projet

  • Plusieurs groupes de recherche de l’ETH Zurich ont participé au projet
    • Gramazio Kohler Research
    • Robotics Systems Lab
    • Vision for Robotics Lab
    • Chair of Landscape Architecture
  • Cette application de conception a été développée dans le cadre du NCCR dfab

Perception du chantier et traitement des matériaux

  • HEAP utilise des capteurs pour créer de manière autonome une carte 3D du chantier
  • Il repère sur place les blocs et pierres existants nécessaires à la construction du mur et en localise la position
  • Grâce à un outil dédié et à une approche de vision par ordinateur, il peut scanner et saisir les grosses pierres alentour
  • Le poids approximatif et le centre de gravité de chaque pierre sont également enregistrés

Algorithme de placement des pierres et volume de travail

  • L’algorithme détermine la position de placement la plus adaptée pour chaque pierre
  • L’excavatrice pose directement les pierres à l’emplacement défini pour construire le mur
  • L’équipement autonome peut placer 20 à 30 pierres par cycle de travail
    • Cela correspond à peu près à la quantité pouvant être fournie en une seule livraison

Une méthode de construction efficace en ressources

  • Les murs en pierre sèche sont efficaces en ressources, car ils peuvent utiliser des matériaux d’origine locale
  • Des matériaux comme des dalles de béton à faible énergie grise peuvent également être employés
  • L’utilisation de matériaux présents sur site permet de transformer rochers et débris de démolition en éléments constitutifs d’un mur en pierre sèche

Article scientifique et ressources associées

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1 commentaires

 
GN⁺ 2023-11-25
Avis de Hacker News

  • Pour avoir déjà monté plusieurs fois des murs en pierre sèche, je suis d’accord pour dire que cette réalisation est remarquable. Décider où poser chaque pierre et dans quel sens relève presque d’un art zen.
    J’avais autrefois essayé de faire pousser des fleurs sauvages dans un mur en pierre, mais chaque année, les graines que je semais tombaient ou se faisaient manger par les oiseaux. Puis mon patron a rempli quelques cartouches de fusil de chasse avec des graines et les a tirées dans le mur, avec un résultat parfait. L’année suivante, le mur était couvert de fleurs.

    • C’est techniquement impressionnant, mais cela pourrait aussi avoir du sens du point de vue de la physique de la construction.
      Aujourd’hui, on dépense de l’énergie pour concasser la roche, puis encore de l’énergie pour la recoller avec du béton. Au fond, on fait cela pour réarranger la pierre en une structure ayant la forme et la résistance voulues, surtout parce que c’est le moins cher.
      D’un coup, une alternative devient nettement moins coûteuse. Ce n’est pas encore au stade final, et cela remplacera difficilement tout de suite le béton armé, la précontrainte, les porte-à-faux, etc., mais pour les grandes infrastructures ou le génie civil, cela semble pouvoir apporter une amélioration thermodynamique fondamentale.
    • La prochaine fois que vous construirez un mur, cela pourrait valoir le coup d’essayer une Cornish hedge. Malgré son nom, c’est un mur en pierre sèche avec un noyau de terre, et les plus anciens sont généralement couverts de fleurs sauvages.
      La méthode de construction est ici : http://www.cornishhedges.co.uk/PDF/building.pdf
    • Dans le jardin d’un ami, il y avait une pente ; il a donc engagé quelqu’un qui connaissait bien les mélanges de semences locaux pour faire un ensemencement hydraulique, et cela a bien marché.
      https://en.wikipedia.org/wiki/Hydroseeding
      Je ne sais pas comment appeler ce qu’a fait mon patron. Ce n’est pas tout à fait du pyroseeding.
    • C’est étonnant que les graines aient résisté à la chaleur et à la pression de cartouches de fusil de chasse contenant assez de poudre pour les incruster dans le mur.

  • En Espagne, plus précisément dans les zones rurales de Catalogne, il existe une technique de construction appelée Pedra Seca. Littéralement, cela signifie « pierre sèche », et il s’agit essentiellement de construire des structures uniquement avec des pierres. Elle est encore utilisée aujourd’hui, principalement sur les terres agricoles.
    En voici des exemples :
    https://dd9de8c7b7.cbaul-cdnwnd.com/b5fbcf0e77b7b72ef95acd62...
    https://static1.ara.cat/clip/98e3619e-8dd2-4c0b-828c-254a62e...
    Recherche Google : https://www.google.com/search?client=safari&sca_esv=58408328...

    • Au Royaume-Uni aussi, la construction de murs en pierre sèche est très répandue. C’est une technique complexe et aujourd’hui coûteuse, mais un mur bien construit dure plus de 100 ans, car les pierres bougent légèrement avec les variations de température et l’eau s’évacue bien, ce qui évite que la structure ne se fissure.
      En outre, l’agencement et la texture des murs varient selon la forme des pierres naturellement disponibles aux alentours, ce qui leur donne un fort caractère régional.
      https://en.wikipedia.org/wiki/Dry_stone#/media/File%3ADry_st...
    • J’ai récemment vu une structure similaire dans la cité archéologique de Quilmes, remontant à l’époque pré-inca : https://drive.google.com/drive/folders/1-6DnSeACUPUUskeJJIuB...
      Il y en a aussi en Italie ; cherchez “muretti a secco”.
    • À Majorque aussi, cette technique est toujours vivante. Les terrasses sont appelées marjades, et les murs eux-mêmes marges.
      https://ca.wikipedia.org/wiki/Marge
    • Dans la campagne du centre du Mexique, près de Zacatecas, en empruntant une piste en terre très isolée, j’ai vu une vaste zone remplie de murs de ce type. On aurait dit que cela avait autrefois été une sorte de vignoble, et comme c’était la première fois que je voyais ce genre de murs, j’ai trouvé cela vraiment magnifique.
      Je ne savais pas que cette technique venait à l’origine d’Europe.

  • Cela ressemble à une technologie capable de changer la donne. Il y a beaucoup de murs comme celui-ci dans les environs ; certains auraient été construits il y a longtemps par des immigrés dalmates, d’autres par des prisonniers de guerre allemands. Leur construction demande beaucoup de main-d’œuvre et un haut niveau de savoir-faire.
    Sur notre terrain aussi, il y a un mur construit pour soutenir une colline après un glissement de terrain, et un vieil homme expérimenté l’a empilé à la pelle mécanique avec une maîtrise vraiment incroyable.
    Ce qui m’interroge, c’est la sécurité. Si une pierre de cette taille bascule, elle peut tuer un enfant sur le coup, donc ce genre de structure fait vraiment peur. Un mur monté par une personne suffisamment qualifiée est sûr, mais la question clé est de savoir si celui construit par un robot atteint le même niveau.

    • Si la stabilité inquiète, une fois que la pelle robotisée a terminé, on peut renforcer l’ensemble en projetant du béton avec du béton projeté. Je ne sais pas si cela peut aussi être fortement automatisé, mais avec la technologie robotique actuelle combinée à un opérateur humain, cela semble possible.
      https://en.wikipedia.org/wiki/Shotcrete
      https://www.geostabilization.com/technology/shotcrete-robot/
      https://dawinvehicles.en.made-in-china.com/product/jBMnaOKdL...
    • Lors d’une visite en Écosse, on m’a raconté que les murs en pierre sèche y paraissent instables, si bien que les moutons ne les poussent pas.
      Je ne sais pas si c’est vrai ou si c’est une tradition orale, mais il est intéressant d’imaginer que les moutons perçoivent les structures stables et que les humains ont appris à tromper ce sens.

  • Cette équipe a une spin-off appelée Gravis Robotics, qui fait des choses assez intéressantes. Même la vidéo promotionnelle contient des détails techniques.
    https://www.youtube.com/watch?v=yiTIXAAulzI
    https://gravisrobotics.com/

  • Bien. Les engins lourds avec de nombreux degrés de liberté sont difficiles à contrôler pour un humain ; il existe des opérateurs très doués, mais tout le monde ne l’est pas.
    Il y a plusieurs décennies déjà, on avait créé un dispositif qui reliait une tractopelle à un bras de saisie en réalité virtuelle avec retour d’effort. L’opérateur pouvait sentir les obstacles et déblayer la terre autour de tuyaux uniquement au toucher, mais cela n’a jamais été commercialisé. C’était probablement trop tôt.

    • Le retour d’effort ajoute une couche délicate supplémentaire qui doit continuer à fonctionner dans des environnements difficiles.
      J’ai vu des opérateurs de tractopelle avoir une nette préférence pour du vieux matériel. Les machines trop récentes ont des axes trop serrés, sans le « jeu » qu’ils peuvent exploiter. En y regardant bien, ce jeu sert d’entrée sensorielle et, avec de l’attention et de l’expérience, devient un retour en temps réel.
      Toute la machine est un dispositif de retour d’effort. On n’est pas simplement assis dans un fauteuil confortable à tirer des leviers ; on est assis sur un ensemble de systèmes qui réagissent à différentes charges et émettent chacun leurs propres sons.
    • Les opérateurs doivent-ils aujourd’hui contrôler directement chaque mouvement du bras ? J’imaginais vaguement que ce type d’engins lourds utilisait de la cinématique inverse pour aider l’opérateur.

  • ETH Zurich est assez réputée comme école d’ingénieurs. Je l’associais curieusement dans ma tête à l’informaticien Edsger Dijkstra, mais d’après Wikipédia il n’y a jamais été.
    [1] https://en.wikipedia.org/wiki/ETH_Zurich
    [2] https://ethz.ch/en.html
    [3] https://en.wikipedia.org/wiki/Edsger_W._Dijkstra

  • https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abp9758
    https://youtu.be/P7wmotyKgXc

  • C’est un beau résultat. Grâce aux futurs modèles multimodaux, il y aura beaucoup plus de robots dont les capacités ne cesseront de croître. Dans seulement cinq ans, le monde de la robotique aura sans doute énormément changé
    Il y a quelques annonces
    Plan chinois : « …China aims to be ready to mass-produce humanoids by 2025. »
    https://www.therobotreport.com/china-plans-to-mass-produce-h...
    Tesla Robot : « …it would be low cost and available to the public sometime between 2025 and 2027. » https://builtin.com/robotics/tesla-robot

    • Ces deux annonces sont à prendre avec beaucoup de recul. L’article partagé lui-même est très sceptique quant aux progrès réels du robot Tesla, et les communiqués chinois servent souvent davantage de signaux internes que de transmission d’informations, donc il ne faut pas trop les surinterpréter
      Quoi qu’il en soit, certaines entreprises sont bien plus avancées que cela. Boston Dynamics possède plusieurs robots très impressionnants, mais ils restent encore loin d’une technologie grand public. La force physique nécessaire pour produire de tels mouvements est très dangereuse pour l’entourage en cas de dysfonctionnement ou de défaut ; ce sont, en pratique, des machines lourdes
      Même les animaux ou les humains, qui contrôlent beaucoup mieux leurs mouvements, marchent parfois sur le pied de quelqu’un, ou blessent accidentellement une personne à côté d’eux en se retournant. Il suffit d’imaginer une machine de plusieurs centaines de kilos qui anticipe mal vos mouvements et vous marche sur le pied de tout son poids

  • Je me demande combien de décennies il faudra avant que quelqu’un ne relie ça à une webcam pour permettre aux gens de jouer à Minecraft dans le monde réel

    • En tant que personne travaillant dans l’assurance, je conseillerais de ne pas attendre

  • Si l’on scannait toutes les pierres, on pourrait sans doute mieux les ajuster. Je n’attends pas un mur de pierre façon inca, mais si on le programmait pour y prêter attention, il me semble qu’on pourrait construire un mur plus serré

    • Les murs incas sont bien plus « faciles »
      Tailler les pierres avec des angles proches de l’angle droit et ajuster les faces demande beaucoup d’efforts, avec du perçage, des coins et une finition précise au ciseau. Mais une fois arrivé à l’étape de l’empilement, cela se réduit à un travail de maçonnerie de briques, un problème déjà résolu par des robots et qui est déjà passé sur HN
      Les murs traditionnels en pierre sèche se sont développés à partir de la pratique consistant à dégager les pierres en nettoyant les champs, puis à les empiler pour réduire le vent dans les champs exposés et pierreux
      Empiler et équilibrer les pierres telles qu’elles sont, ou avec seulement une exploration préalable très limitée et une file d’attente de réordonnancement, est un problème bien plus difficile, ce qui rend ce travail impressionnant
    • Si l’on pouvait disposer de toutes les pierres dès le départ, les scanner et planifier tout le mur, ce serait peut-être possible. Mais avec la méthode actuelle, les pierres arrivent une par une et ne peuvent être posées que quelque part sur la rangée supérieure
      Comme les formes géométriques sont aléatoires, avec cette façon d’échantillonner et de placer les pierres, il semble difficile d’espérer de manière fiable un ajustement serré