Dans le domaine des robots de construction, la possibilité d'une véritable « collaboration » entre l'homme et la machine sur des chantiers imprévisibles a toujours représenté le plafond de verre de la recherche en automatisation. Récemment, l'équipe du laboratoire d'architecture, de structures et de design de l'Université de Princeton a publié un résultat marquant lors de la 43e édition du Symposium international sur l'automatisation et la robotique dans la construction (ISARC 2026), conférence de premier plan dans le domaine de l'automatisation et de la construction robotisée. Ils ont présenté pour la première fois un flux de travail de maçonnerie collaborative homme-robot adaptatif, piloté par rétroaction en boucle fermée, résolvant ainsi fondamentalement le problème de classe mondiale qu'est la perte de contrôle de la précision lors du travail collaboratif multi-processus sur les chantiers de construction (et dans les scénarios étendus).

Briser les « silos d'exécution » dans la construction et l'industrie minière

La construction de bâtiments et les travaux de puits et galeries de mines sont des projets d'ingénierie système hautement intégrés. Traditionnellement, les processus sur un chantier sont nombreux et dépendent largement de la coopération homme-machine. Cependant, face aux « incertitudes » liées à l'approvisionnement en matériaux, aux tolérances dimensionnelles et à l'accumulation des perturbations sur site, les robots fonctionnant en commande en boucle ouverte semblent souvent « maladroits ». Dans l'industrie minière et géologique, ce problème est particulièrement prononcé : le soutènement des galeries de mines souterraines, la projection de béton ou de coulis de ciment, le boulonnage et le béton projeté, entre autres, dépendent encore aujourd'hui fortement d'opérations manuelles ou d'équipements lourds semi-automatisés. L'accumulation d'erreurs due à la télécommande et le décalage d'information causé par des conditions de travail complexes rendent difficile de concilier précision d'exécution et sécurité sur de vastes chantiers. Comment permettre aux robots de s'adapter au retour physique d'environnements hautement dynamiques, de « lire la situation » comme le ferait un humain, et de guider avec précision les étapes manuelles par des moyens visuels en temps réel, est devenu un point d'appui stratégique clé pour l'intégration profonde de la construction intelligente et de l'exploitation minière intelligente.

Flux de travail collaboratif adaptatif : de l'« exécution en boucle ouverte » à la « correction en temps réel »

L'équipe de recherche a proposé un flux de travail collaboratif homme-robot adaptatif pour la construction. L'outil central de ce processus est une boucle de rétroaction en temps réel basée sur le balayage laser et un système de guidage par projection à l'extrémité :

Correction en boucle fermée pilotée par balayage laser : Grâce à un scanner laser intelligent, le système robotique collecte en continu les dimensions réelles des briques et leurs positions de pose. Lorsqu'un désalignement dû aux tolérances des matières premières ou à l'accumulation d'écarts des processus antérieurs est détecté, le robot n'exécute plus mécaniquement les instructions préprogrammées, mais utilise le retour du balayage laser pour corriger dynamiquement sa posture de préhension et de pose. Ce mécanisme adaptatif en boucle fermée résout directement le goulot d'étranglement sectoriel de « l'incertitude liée aux matériaux et à l'assemblage ».

Guidage par projection en temps réel à l'extrémité : L'équipe de recherche a ingénieusement ajouté un projecteur de haute précision à l'extrémité du bras robotique. Après que le robot a posé une brique avec précision, le système calcule en temps réel et projette immédiatement, de manière visualisée et précise, la zone d'encollage nécessaire pour la brique suivante sur la surface de travail de l'opérateur humain. Cela signifie que l'ouvrier n'a plus besoin de convertir des plans ou de juger à l'œil nu, il lui suffit d'opérer en suivant le « contour bleu lumineux » sur le sol ou le mur.

L'article souligne que grâce à cette série d'interactions en boucle fermée « perception - calcul - correction - projection », le système améliore significativement la précision et la robustesse du travail collaboratif, évitant ainsi avec succès les reprises de travaux à grande échelle et les accidents de sécurité causés par une exécution en boucle ouverte.

Transfert technologique : de la maçonnerie de murs au soutènement tridimensionnel souterrain

Bien que cet article prenne la pose de briques comme point de départ, l'architecture technique qu'il construit, basée sur le « contrôle adaptatif en boucle fermée par balayage 3D » et le « guidage par réalité augmentée à l'extrémité », possède une très forte universalité pour les équipements de base, avec de vastes perspectives d'application, en particulier dans les opérations complexes de l'ingénierie minière :

1. Maçonnerie de galeries et construction de barrages étanches dans les mines de charbon souterraines

Les conditions de construction des barrages étanches dans les mines de charbon souterraines sont plus complexes, pénibles et dangereuses qu'en surface, avec des temps d'opération longs, une grande difficulté de construction et des coûts élevés. Les équipements pneumatiques traditionnels de projection de béton ou la maçonnerie manuelle présentent souvent un retard d'adaptation face aux contours variables des masses rocheuses et à l'intensité du soutènement. En s'inspirant de cette technologie, les futurs robots intelligents de maçonnerie/projection souterrains pourraient, grâce à un scanner laser de haute précision monté sur le bras robotique, percevoir en temps réel le contour tridimensionnel de la roche encaissante de la galerie et ajuster précisément la posture de pose des éléments de soutènement ; simultanément, un système de projection monté à l'extrémité du bras guiderait avec précision le personnel auxiliaire souterrain pour l'application de coulis d'ancrage en pied ou de matériaux de colmatage. Cette technologie peut améliorer significativement la qualité du soutènement des puits et des chambres et la précision du contrôle des terrains, éliminant efficacement les risques d'éboulements et de chutes de blocs dus à la déformation des galeries.

2. Forage en roche dure et installation de boulons d'ancrage dans les mines à ciel ouvert/souterraines profondes

Dans la tendance actuelle d'exploitation transformant les « ressources stérilisées » en « minerai riche », la précision du forage et le contrôle de l'angle de foration des boulons d'ancrage deviennent des facteurs clés limitant le taux de récupération des ressources minérales et la qualité du creusement des galeries en une seule passe. Le mécanisme de perception visuelle dynamique de cette technologie peut efficacement doter les robots intelligents de forage minier d'une capacité à détecter les micro-déplacements causés par les changements de lithologie pendant la coupe du trépan. Grâce à l'ajustement adaptatif en temps réel de l'effecteur terminal, cela permet d'éviter la défaillance des boulons et le gaspillage de densité de soutènement dus à la déviation du forage. Parallèlement, l'idée de guidage en temps réel pour l'application de points, basée sur l'imagerie tridimensionnelle, peut être étendue au « guidage de la position de l'agent de scellement » ou à « l'indication de la profondeur de forage », réalisant ainsi un processus complet de forage-boulonnage-soutènement sans personnel ou avec un minimum de personnel.

3. Travail collaboratif sur les fronts de taille sous-marins/en puits profonds

Dans les espaces souterrains confinés, l'interférence entre les grands équipements d'excavation et les équipes de travail manuel a toujours été une difficulté pour la sécurité minière. La méthode en boucle fermée de « communication homme-robot » proposée par l'équipe de Princeton offre une solution d'ingénierie à haute stabilité pour la collaboration multi-équipements dans les mines souterraines. Sa stratégie de contrôle sous-jacente peut être directement convertie en un centre de coordination pour les flottes de robots miniers, garantissant fondamentalement la précision opérationnelle et les limites de sécurité de l'ensemble du front de creusement dans des environnements extrêmement hostiles.

L'avènement de cette technologie n'est pas seulement un indicateur majeur de l'ère de la Construction 4.0, mais aussi une pierre angulaire essentielle pour que le secteur minier et géologique progresse vers de véritables usines sans personnel. À mesure que ce concept de « collaboration adaptative » s'étendra aux robots lourds spécialisés pour l'industrie minière, les opérations minières passeront rapidement de la « substitution mécanisée de l'homme » à une nouvelle ère de « remplacement de l'homme par des robots adaptatifs », ce qui entraînera un bond révolutionnaire dans le niveau de sécurité intrinsèque et l'efficacité de l'utilisation intégrée des ressources pour les mines du monde entier.