Під поверхнею океанів прихована величезна кількість критично важливої інфраструктури: підводні автомобільні й залізничні тунелі, нафтогазові трубопроводи, енергетичні та інтернет-кабелі між країнами, наукові станції, дамби й гідроелектростанції. Усе це будують і обслуговують у надзвичайно складних умовах — під тиском води, в агресивному середовищі та часто у важкодоступних місцях. Кожен такий проєкт потребує колосальних витрат часу, грошей і людських ресурсів.
А що, як усе це можна було б… просто надрукувати під водою?
Саме таке запитання поставило собі Агентство перспективних оборонних дослідницьких проєктів США (DARPA). У 2024 році воно оголосило конкурс на розробку технології підводного 3D-друку з бетону. Умови були амбітні: матеріал має тверднути у воді та водночас використовувати донні відкладення морського дна, щоб мінімізувати потребу доставляти будматеріали з суші.
Головна проблема — бетон і вода
Підводне будівництво має давню проблему: цемент у воді погано «схоплюється». Частинки не встигають з’єднатися між собою, і конструкція втрачає міцність. Зазвичай це вирішують спеціальними хімічними добавками, але вони роблять бетон настільки густим, що його неможливо прокачати через 3D-принтер.
Команда інженерів із Корнелльського університету запропонувала нестандартне рішення. Замість того щоб змішувати добавки одразу з бетоном, вони подають їх безпосередньо в сопло принтера — у момент друку. У результаті бетон легко подається через систему, а вже на виході швидко твердне у воді.
Такий «двоступеневий» підхід дозволяє точно контролювати процес навіть за змінної температури, різної швидкості друку чи товщини шарів. Інженери зазначають, що саме це зробило підводний 3D-друк стабільним і передбачуваним.
Робот, який сам себе контролює
Ще одна складність підводних робіт — обмежена видимість. Донні відкладення легко підіймаються у воду, перетворюючи її на каламутну суспензію. Камери в таких умовах майже не допомагають.
Тому дослідники вбудували в роботизовану руку спеціальний блок керування з датчиками. Вони в реальному часі аналізують, як лягають шари бетону, і одразу коригують параметри друку. Фактично принтер сам «відчуває», чи все йде за планом.
У лабораторії Корнелла технологію вже випробували в великому резервуарі з водою. Інженери надрукували десятки бетонних арок і перевірили їхню форму, текстуру та міцність. За словами керівника проєкту, достатньо було адаптувати суміш до постійного контакту з водою — і друк запрацював.
Крок до майбутнього морського будівництва
На дослідження команда отримала грант у 1,4 мільйона доларів, і тепер готується до фінального етапу конкурсу DARPA. Уже найближчим часом кілька команд зійдуться у прямому випробуванні: кожна надрукує під водою бетонну арку, і журі визначить, чия технологія виявиться найкращою.
Якщо підводний 3D-друк доведе свою ефективність у реальних умовах, це може радикально змінити морське будівництво. Менше суден із матеріалами, швидше зведення конструкцій, нижчі витрати та нові можливості для інфраструктури на шельфі й у відкритому океані.
Схоже, майбутнє морських проєктів може народжуватися не на верфях, а прямо на дні океану — шар за шаром, надруковане роботом.