I robot costruiscono al contrario l’edificio firmato Foster + Partners

Robot all’avanguardia rivoluzionano la costruzione di edifici partendo dall’alto, utilizzando legno e controllo digitale. Analisi di vantaggi, sfide e prospettive rispetto ai cantieri tradizionali e ambienti complessi.

Robot costruzione edilizia: finora, con questa espressione si sono indicati soprattutto sistemi per il rilievo, la movimentazione dei materiali, la stampa 3D e il monitoraggio del cantiere. SWIFT-BUILD, progetto al quale partecipa anche Foster + Partners, porta lidea in una direzione diversa. Il punto non affidare una singola mansione a una macchina, bens coordinare pi unit autonome per assemblare una struttura in legno seguendo una sequenza opposta a quella abituale.

La parte alta delledificio viene preparata a terra. Poi la si solleva, si costruisce sotto di essa il livello successivo e si ripete lo stesso passaggio fino a raggiungere la configurazione prevista. Cos i robot operano soprattutto su una superficie stabile e facilmente accessibile; nel frattempo, la costruzione cresce verso lalto e diventa il supporto per le fasi successive.

SWIFT-BUILD lacronimo di Swarm-based Inverted Fabrication for Timber Buildings, ovvero fabbricazione invertita di edifici in legno basata su uno sciame robotico. LUniversity of Bristol coordina il progetto. Foster + Partners il partner industriale, insieme a sette istituzioni accademiche europee. La ricerca ha ricevuto un contributo europeo di 3.995.595,63 euro e durer 36 mesi, dal 1 ottobre 2026 al 30 settembre 2029.

La sequenza comincia dalla parte alta

In un cantiere convenzionale si parte dalle fondazioni e si procede verso i piani superiori. Prima si realizza la base, poi si aggiungono pareti e solai, si installano strutture provvisorie e si arriva infine alla copertura. Ogni passaggio poggia su quello precedente. Per lavorare alle quote pi alte servono ponteggi, gru, piattaforme elevatrici o altre infrastrutture temporanee.

SWIFT-BUILD inverte questordine. Il primo modulo non corrisponde al piano terra: la porzione che occuper la quota pi alta delledificio. I componenti vengono disposti vicino al suolo, in unarea dove le unit robotiche possono muoversi e intervenire senza affrontare subito le difficolt del lavoro in quota. Quando il modulo completo, dispositivi di sollevamento coordinati lo portano allaltezza stabilita.

A quel punto, lo spazio rimasto libero a terra serve per preparare il livello seguente. Il nuovo modulo viene collegato a quello gi sollevato e linsieme viene portato ancora pi in alto. La procedura prosegue cos, livello dopo livello, fino a formare il volume progettato.

La parola inversa descrive dunque lordine di montaggio. Non significa che ledificio venga costruito fisicamente sottosopra. Una volta terminato, il padiglione conserva la forma prevista dal progetto; a cambiare il percorso con cui gli elementi raggiungono la loro posizione definitiva.

In termini operativi, il ciclo comprende questi passaggi:

• il modello digitale fornisce ai robot le informazioni relative alla porzione da assemblare;
• gli elementi in legno vengono portati e sistemati nellarea di lavoro a terra;
• le unit robotiche li prendono, li allineano, li collegano e ne verificano la posizione;
• il modulo completato viene sollevato fino alla quota prevista;
• nel piano di lavoro liberato si prepara il livello successivo;
• sensori e sistemi di visione confrontano la situazione reale con il modello;
• la sequenza continua fino al completamento del padiglione o del modulo.

Non si tratta quindi di inserire qualche macchina allinterno di una tecnica edilizia gi definita. Robot, moduli e struttura devono essere concepiti insieme. Il progetto architettonico contiene anche le istruzioni relative allassemblaggio, al sollevamento, alle verifiche e, quando previsto, allo smontaggio. La costruzione diventa un processo digitale dallinizio alla fine, almeno nella logica del sistema.

Il lavoro coordinato dello sciame robotico

Uno sciame non implica necessariamente un numero enorme di macchine tutte uguali. In questo progetto indica un sistema multi-robot, nel quale unit con funzioni differenti collaborano senza lasciare a un solo apparato il compito di gestire ogni attivit.

Le unit incaricate dellassemblaggio possono occuparsi della presa, dellallineamento e del collegamento degli elementi lignei. Altri robot, oppure dispositivi dedicati, gestiscono il sollevamento e la distribuzione dei carichi mentre il modulo cambia quota. I droni osservano dallalto larea di lavoro, registrano lavanzamento e possono segnalare anomalie. Il ruolo di ciascun elemento diverso, ma le informazioni devono circolare tra tutti.

Ogni agente deve conoscere almeno tre dati: dove si trova, che cosa sta accadendo nelle vicinanze e quale fase ha raggiunto il processo complessivo. Se un robot rileva un disallineamento, pu correggere la traiettoria o fermarsi. Le altre unit, sulla base delle nuove informazioni, ricalcolano la sequenza. Non detto che lintero lavoro debba ripartire da capo.

Il controllo, perci, distribuito. In un impianto industriale una macchina centrale pu stabilire con precisione ogni movimento, perch lambiente relativamente prevedibile. Un cantiere diverso: la superficie pu essere irregolare, un materiale pu trovarsi qualche centimetro fuori posizione, il vento pu cambiare e nella stessa zona possono operare persone, mezzi e attrezzature. Un sistema distribuito permette di reagire alle condizioni locali e limita la dipendenza da un unico punto di comando.

Lintelligenza artificiale prevista da SWIFT-BUILD non equivale alla capacit di ideare da sola un edificio. Serve piuttosto a interpretare lo stato della struttura, pianificare i movimenti, gestire le interazioni tra robot e componenti e modificare la sequenza costruttiva quando i dati raccolti lo rendono necessario.

Il funzionamento si articola su pi livelli. A livello locale vengono controllati la presa, lallineamento e il collegamento tra i singoli elementi. Il livello di squadra distribuisce i compiti tra robot di assemblaggio e unit di sollevamento. Quello strutturale verifica posizione, carichi e geometria raggiunta. Sopra questi passaggi resta un livello di supervisione, incaricato di gestire gli imprevisti e di richiedere lintervento umano quando i parametri superano le soglie definite.

• Livello locale: presa, allineamento e collegamento dei componenti.
• Livello di squadra: assegnazione dei compiti tra le unit che assemblano e quelle che sollevano.
• Livello strutturale: controllo della geometria, della posizione e dei carichi.
• Livello di supervisione: gestione delle anomalie e coinvolgimento degli operatori.

Lautomazione non cancella la supervisione. Riduce, semmai, la necessit di un controllo manuale ininterrotto. Tecnici e responsabili della sicurezza devono poter interrompere una procedura, autorizzare una ripartenza o modificare i parametri di lavoro. In un cantiere reale, questa possibilit non un dettaglio organizzativo: fa parte del funzionamento sicuro dellintero sistema.

Il modello digitale segue la struttura

La difficolt maggiore non consiste soltanto nel far spostare un elemento a un robot. Durante lassemblaggio e il sollevamento la struttura cambia configurazione pi volte. Il modello digitale deve quindi descrivere la forma conclusiva, ma anche gli stati intermedi e le forze che si sviluppano in ciascuna fase.

SWIFT-BUILD utilizza un controllo basato sul feedback. Sensori e sistemi di visione raccolgono dati sulla posizione dei componenti, sullallineamento dei giunti, sul comportamento dei moduli e sullandamento delle operazioni. Questi dati vengono confrontati con il modello di riferimento. Una deviazione individuata subito pi semplice da correggere di un errore scoperto quando il livello successivo gi stato sollevato.

Il drone aggiunge una visuale che i robot a terra non possiedono. Dallalto pu controllare la geometria generale, osservare zone nascoste alle unit di assemblaggio e seguire lavanzamento tra una fase e la successiva. Non sostituisce i robot terrestri: svolge attivit di monitoraggio e raccolta delle informazioni.

Per funzionare, il sistema deve disporre di una rappresentazione aggiornata dellopera. Nel modello devono comparire la posizione attesa dei moduli, il tipo di connessione, la sequenza di sollevamento e i limiti oltre i quali il processo va arrestato. Il confronto con la realt pu avvenire quasi in tempo reale, ma la velocit effettiva dipender dalla qualit dei sensori, dalla rete di comunicazione e dalla capacit di elaborazione disponibile in cantiere.

Le verifiche digitali possono individuare:

• componenti lignei fuori posizione;
• errori nella sequenza di montaggio;
• interferenze tra le traiettorie delle unit robotiche;
• inclinazioni o deformazioni non previste;
• una distribuzione irregolare dei carichi durante il sollevamento;
• persone od ostacoli presenti nellarea operativa.

Il controllo digitale non sostituisce le verifiche ingegneristiche di una struttura. Un modello pu segnalare una deviazione geometrica, ma la sicurezza statica, la resistenza dei collegamenti, la durabilit del legno e la risposta al vento devono essere valutate con calcoli, prove e test condotti secondo le regole tecniche applicabili.

Il ruolo del legno e della modularit

SWIFT-BUILD si concentra su strutture modulari in legno. La scelta risponde a due esigenze: rendere gli elementi adatti alla manipolazione robotizzata e progettare edifici che possano essere smontati. Componenti prodotti con dimensioni definite e connessioni stabilite in anticipo si prestano a una gestione automatizzata, a condizione che il progetto tenga conto delle variazioni reali del materiale.

Il legno, infatti, non uniforme in modo assoluto. Umidit, venature, tolleranze dimensionali e difetti possono incidere sul peso, sulla forma e sul comportamento dei pezzi. Una macchina che lavori soltanto con componenti teoricamente identici incontrerebbe difficolt non appena la situazione si discostasse dal modello. La robotica deve quindi usare dati reali e adattarsi entro limiti compatibili con il progetto strutturale.

La modularit rende ledificio leggibile come un insieme di parti identificate. A ogni componente possono essere associati una posizione, una funzione e un metodo di connessione, tutti registrati nel sistema informativo. Se i collegamenti sono reversibili, un modulo pu essere sostituito, rimosso o riconfigurato senza demolire lintera costruzione.

La dimostrazione prevista consiste nellassemblaggio autonomo di un padiglione ligneo a pi piani. Il progetto comprende anche moduli strutturali a grande luce, pensati per un possibile impiego futuro nella realizzazione di coperture ampie o di ambienti di dimensioni maggiori.

La reversibilit non riguarda soltanto il giorno in cui il cantiere termina. Una struttura smontabile pu mantenere pi a lungo il valore dei propri elementi: travi, pannelli e connessioni, se catalogati e verificati, possono essere recuperati per configurazioni differenti. Perch questo avvenga servono per unidentificazione precisa dei componenti, documentazione tecnica, controlli sul materiale e criteri condivisi con cui stabilire se un elemento ancora adatto al riuso.

Che cosa cambia rispetto al cantiere tradizionale

Il primo cambiamento riguarda il luogo di lavoro. Assemblare i livelli vicino al suolo pu ridurre le operazioni svolte in quota. Gli operatori non devono necessariamente seguire la struttura mentre sale per eseguire tutte le attivit di montaggio, mentre i robot possono ripetere movimenti programmati e registrare ogni passaggio.

Il rischio, per, non scompare. Sollevare un modulo di grandi dimensioni, coordinare macchine autonome e farle operare vicino alle persone introduce pericoli specifici. Sensori affidabili, zone di esclusione, procedure di arresto e istruzioni precise per gli interventi manuali sono condizioni necessarie perch il vantaggio sulla sicurezza sia reale.

La precisione un altro possibile beneficio. Una macchina pu ripetere la stessa operazione molte volte, misurare gli scostamenti e correggerli usando i dati raccolti. Nei metodi convenzionali, una parte dei controlli dipende dallesperienza delle squadre, dagli strumenti a disposizione e dalla frequenza delle verifiche.

La struttura modulare pu rendere pi semplice anche una modifica successiva. Se progetto e componenti sono collegati digitalmente, cambiare una porzione delledificio pu significare sostituire alcuni elementi invece di demolire parti estese. La piattaforma robotica potrebbe essere adattata a padiglioni, coperture, stanze o moduli di scala diversa, sempre nei limiti stabiliti dallingegneria e dalle capacit delle macchine.

Sui tempi, per, non esistono ancora dati che consentano un confronto diretto. Lautomazione pu eliminare alcune attivit ripetitive e rendere i cicli pi regolari, ma SWIFT-BUILD ancora una ricerca. Non quindi possibile dire quanto durerebbe, rispetto a un cantiere convenzionale, la costruzione di un edificio realizzato con questo metodo.

La stessa cautela vale per i costi. Un minore ricorso ai ponteggi, meno errori e un impiego pi efficiente dei materiali potrebbero generare risparmi. Robot, sistemi di sollevamento, software e sensoristica richiedono per investimenti iniziali elevati. Il conto finale dipender dalla scala di utilizzo, dalla frequenza dei cantieri e dalla possibilit di impiegare la stessa flotta pi volte.

Dove il metodo pu essere messo alla prova

Invertire la direzione del montaggio pu risultare utile nei luoghi in cui la costruzione tradizionale pi difficile. Se le unit robotiche riescono a operare da una superficie relativamente stabile, si riduce la necessit di portare persone e attrezzature a quote elevate oppure in zone poco accessibili.

Tra gli scenari ipotizzati ci sono spazi ristretti, cantieri temporanei e aree dove installare ponteggi complicato. Rientrano nella valutazione anche ambienti in cui il lavoro umano comporta rischi elevati e strutture provvisorie o facilmente riconfigurabili. Ogni applicazione, naturalmente, richiederebbe prove specifiche sulle condizioni del luogo.

Operare in un ambiente difficile non equivale a funzionare autonomamente in qualunque territorio. Fango, polvere, acqua, pendenze, vibrazioni e vento possono mettere in crisi un sistema progettato in condizioni controllate. Anche materiali deformati, ostacoli inattesi, autonomia delle batterie e continuit delle comunicazioni incidono sul risultato.

Il progetto si collega indirettamente a precedenti attivit di Foster + Partners sulla robotica in ambienti estremi, compresi gli habitat extraterrestri pensati per Marte. In quei lavori, limpiego di macchine semi-autonome risponde soprattutto alla distanza dalla Terra e ai tempi di comunicazione. SWIFT-BUILD riguarda invece la costruzione terrestre in legno; i problemi principali sono la sicurezza, la precisione e la gestione di un cantiere condiviso.

Unaltra esperienza dello studio ha coinvolto Spot, il robot quadrupede di Boston Dynamics, usato per il rilievo e il monitoraggio dellavanzamento. Il sistema confrontava le condizioni reali con i modelli digitali. SWIFT-BUILD si spinge oltre sul piano concettuale: non impiega una macchina soltanto per osservare il lavoro, ma punta alla cooperazione tra pi unit impegnate nellassemblaggio. I due percorsi restano distinti e non vanno attribuiti agli stessi partner tecnologici.

Il consorzio e i tempi del progetto

SWIFT-BUILD riunisce competenze di architettura, robotica, controllo, intelligenza artificiale, ingegneria strutturale e materiali. Il coordinamento affidato allUniversity of Bristol. Foster + Partners partecipa come organizzazione industriale; gli altri partner accademici sono University of Southern Denmark, Technical University of Munich, University of Pisa, Delft University of Technology, University of Birmingham e Ludwig Maximilian University of Munich.

Il finanziamento europeo arriva dal programma European Innovation Council Pathfinder, nellambito della sfida dedicata a collettivi di robot autonomi in grado di collaborare in ambienti di costruzione dinamici e non strutturati.

Secondo la distribuzione riportata nel progetto, Foster + Partners riceve 385.000 euro. Limporto complessivo dellazione vicino ai quattro milioni di euro e comprende le quote assegnate ai vari partecipanti. La durata triennale chiarisce la natura delliniziativa: non la vendita immediata di un sistema gi pronto, ma un percorso di ricerca accompagnato da una dimostrazione.

Il programma di lavoro prevede:

• la definizione dellarchitettura del sistema multi-robot;
• la progettazione dei moduli in legno e delle relative connessioni;
• lo sviluppo degli algoritmi di coordinamento e controllo;
• lintegrazione di sensori, sistemi di visione e droni;
• la verifica del sollevamento e del comportamento strutturale nelle fasi intermedie;
• la costruzione autonoma di un padiglione ligneo a pi piani;
• la valutazione di moduli a grande luce destinati a possibili utilizzi successivi.

Il padiglione non avr soltanto un valore dimostrativo dal punto di vista formale. Dovr provare che assemblaggio, sollevamento, controllo della geometria e gestione delle condizioni operative possono essere coordinati allinterno dello stesso processo. I collegamenti reversibili consentiranno anche di verificare se gli elementi possono essere smontati e recuperati senza perdere la possibilit di riutilizzarli.

Le questioni ancora aperte

Tra una dimostrazione su scala reale e luso quotidiano nei cantieri c ancora una distanza significativa. Un sistema pu funzionare in unarea preparata per la ricerca e incontrare problemi quando deve condividere lo spazio con squadre, forniture, mezzi pesanti e lavorazioni non standardizzate.

Il sollevamento il primo banco di prova. Il modulo assemblato a terra deve possedere una rigidezza sufficiente per essere movimentato; i collegamenti, provvisori e definitivi, devono sopportare condizioni differenti mentre ledificio cresce. Occorrono modelli attendibili dei carichi, dispositivi di presa ridondanti e procedure per affrontare uneventuale perdita di sincronizzazione tra le unit.

Viene poi la percezione dellambiente. Sensori e telecamere devono riconoscere un ostacolo temporaneo, distinguere una persona da un componente previsto e misurare con accuratezza la posizione degli elementi anche con polvere, riflessi o luce variabile.

Le tolleranze del legno introducono un problema ulteriore. Un elemento pu differire leggermente dalle dimensioni teoriche per effetto delle caratteristiche del materiale. Il sistema deve ammettere una certa elasticit nel montaggio, senza per lasciare che la struttura si allontani dai parametri stabiliti. Un programma rigido, pensato per pezzi geometricamente perfetti, rischierebbe di bloccare la sequenza; un programma troppo permissivo potrebbe compromettere la precisione dellopera.

Restano da verificare anche aspetti pratici come:

• durata e tempi di ricarica delle batterie;
• resistenza dei robot a pioggia, freddo, polvere e urti;
• continuit delle comunicazioni;
• interoperabilit con i sistemi BIM e con i software usati in cantiere;
• certificazione delle connessioni e delle strutture realizzate;
• formazione degli operatori addetti alla supervisione;
• attribuzione della responsabilit in caso di errore del sistema autonomo;
• costi di acquisto, manutenzione e trasferimento della flotta.

La normativa edilizia costituir un passaggio necessario. Un edificio costruito con robot deve rispettare le norme strutturali, antincendio, energetiche, di sicurezza sul lavoro e di controllo dei prodotti da costruzione in vigore nel Paese interessato. Lautonomia delle macchine non cambia gli obblighi del committente, del progettista, del direttore dei lavori, dellimpresa e dei responsabili della sicurezza.

Anche la produttivit dovr essere misurata con parametri confrontabili. Non basta dimostrare che un robot sa montare un modulo. Bisogna sapere quante ore di funzionamento servono, quante interruzioni si verificano, quanti operatori sono necessari, quanti elementi devono essere sostituiti e come variano i costi complessivi rispetto a una soluzione tradizionale o prefabbricata.

Un cantiere pensato per essere riconfigurato

SWIFT-BUILD propone un cantiere riconfigurabile in cui struttura, robot e modello digitale vengono progettati come un unico sistema. I componenti sono identificati, assemblati e controllati in base a una sequenza che pu includere anche lo smontaggio e il riuso.

Il metodo potrebbe ridurre alcune operazioni in quota e la dipendenza da infrastrutture provvisorie, ma il vantaggio resta da dimostrare. Il sollevamento di moduli completi richiede controlli continui su stabilit, geometria, carichi, comunicazioni e condizioni ambientali. Anche la compatibilit con le norme edilizie e con le responsabilit professionali dovr essere verificata prima di un impiego operativo.

Il padiglione dimostrativo sar quindi il passaggio decisivo per valutare:

• affidabilit del coordinamento tra robot, dispositivi di sollevamento e sistemi di visione;
• precisione dellassemblaggio nonostante le tolleranze del legno;
• numero di operatori necessari e frequenza degli interventi manuali;
• tempi, costi, consumi e manutenzione della flotta;
• possibilit di smontare e riutilizzare i componenti senza comprometterne le prestazioni.

Lo scenario pi realistico non un cantiere privo di persone, ma unorganizzazione ibrida: i robot eseguono assemblaggi ripetitivi, sollevamenti e controlli, mentre tecnici e responsabili gestiscono pianificazione, sicurezza, qualit, manutenzione e imprevisti. Solo risultati replicabili in ambienti meno controllati potranno stabilire se la fabbricazione invertita adatta a un uso edilizio su scala pi ampia.