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Robô Construtor?

 O pipeline de construção robótico, como é chamado o robô construtor, traz a proposta de construção robótica e sustentável usando materiais locais.

HEAP é uma escavadeira ambulante modificada de 12 toneladas equipada com vários sensores e câmeras LiDAR montados na cabine e no braço, facilitando a construção do muro de contenção de 65 m de comprimento retratado e da paisagem em terraço a partir de materiais locais não modificados. ( A ) Sensor Livox Mid-70 montado no braço, ( B ) caixa de percepção no telhado com vários sensores LiDAR e câmera e ( C ) câmera na cabine inferior.
HEAP é uma escavadeira autônoma para construção com recursos in loco. Imagem: Marc Schneider/ETH Zurich

Imagina um tipo de robô que pode ajudar a construir paredes e estruturas usando pedras locais, que podem ser encontradas perto do local de construção. O legal desse robô é que ele usa tecnologia especial para escavar e colocar as pedras de forma que não prejudique muito o ambiente. Isso é importante porque queremos cuidar da natureza enquanto construímos coisas. Ele também é inteligente, aprende com exemplos reais e com simulações, o que o ajuda a reconhecer e separar as pedras no lugar onde vai construir. Assim, ele pode construir de forma mais precisa e se adaptar melhor ao terreno. Além disso, o robô tem uma espécie de catálogo com diferentes tipos de pedras que foram digitalizadas (transformadas em informações no computador). Ele usa esse catálogo para planejar como vai colocar as pedras de forma que a estrutura que está construindo seja forte e fique bem definida. O robô também pode lidar com coisas complicadas, como terrenos irregulares, e construir estruturas personalizadas de forma rápida e eficiente.


O trator robótico examina cada pedra e escolhe aquela mais adequada para a posição.

O pipeline de segmentação de pedras foi treinado com uma combinação de pilhas de pedras rotuladas automaticamente geradas na simulação ( A ) e imagens reais rotuladas manualmente ( B ). Imagens de entrada RGB ( C ) foram mascaradas com instâncias de pedra identificadas ( D ). O mapa LiDAR foi então projetado no quadro da imagem e segmentado usando as máscaras RGB ( E e F ). O planejador de compreensão determinou uma compreensão viável na nuvem segmentada ( G ) que foi então executada pelo HEAP ( H ).
Segmentação de pedras e planejamento de compreensão.Imagem: Marc Schneider/ETH Zurich

A tecnologia apresentada pelo Instituto Federal Suíço de Tecnologia é verdadeiramente impressionante! O trator autônomo HEAP (Pipeline) mostra como a automação e a robótica podem revolucionar a construção, especialmente em projetos que envolvem trabalhos pesados e detalhados, como a construção de muros de pedra.

O fato de o trator ser capaz de escavar a base do muro e posicionar as pedras de forma autônoma, adaptando-se às especificações do projeto, é uma conquista significativa. Além disso, a capacidade de os sensores permitirem que a escavadeira localize o canteiro de obras, os blocos e as pedras disponíveis demonstra uma integração eficaz de tecnologias de detecção e mapeamento.

A utilização de ferramentas especificamente projetadas e abordagens de visão por computador para escanear e selecionar as pedras adequadas para o preenchimento do muro com alta precisão é outro avanço notável. O fato de dispensar a fase de acabamento do muro, que requer intervenção manual, mostra não apenas a eficiência da tecnologia, mas também seu potencial para reduzir custos e aumentar a produtividade.

Essa inovação não apenas simplifica o processo de construção de muros de pedra, mas também melhora a qualidade e a durabilidade das estruturas resultantes. É um excelente exemplo de como a tecnologia pode ser aplicada de forma prática e benéfica em setores tradicionalmente manuais, como a construção civil.


O Pipeline faz todo o trabalho, desde a fundação até o término do muro.




O Pipeline prepara o solo adequando o espaço para posicionamento das pedras.
Pipeline Preparando o terreno. Imagem: Marc Schneider/ETH Zurich

A modificação da escavadeira Menzi Muck M545 para criar o trator autônomo HEAP representa um avanço importante na automação e robotização de equipamentos pesados, com potencial para transformar a maneira como o trabalho é realizado em diversos setores industriais.


Selecionando pedras


O algoritmo de planejamento paralelizado descrito é uma parte fundamental dessa inovação, pois permite que o Pipeline posicione as pedras de forma eficiente e precisa, construindo o mapa digital necessário para guiar a colocação das pedras no local desejado.



A combinação de diferentes técnicas, como semeadura de candidatos baseada em recursos, ou seja uma técnica onde envolve a aprendizagem de soluções considerando o formato, tamanho e peso das pedras disponíveis, bem como a topografia do local de construção, ou seja, as especificações detalhadas  do terreno. Uma heurística adaptada de métodos tradicionais de alvenaria, registro restrito, simulação de corpo rígido e classificadores aprendidos, demonstra uma abordagem abrangente para resolver os desafios envolvidos na construção automatizada de muros de pedra. 

A capacidade do robô autônomo de colocar de 20 a 30 pedras em um único envio, com uma média de uma pedra colocada a cada 12 minutos, é impressionante e mostra a eficiência do sistema em comparação com um operador humano treinado em uma máquina de operação manual.

A integração dessas técnicas em uma interface de software personalizada permite que o sistema selecione e posicione as pedras do inventário de objetos digitalizados, alinhando-as com a superfície alvo especificada pelo projetista. Isso não só garante a precisão na construção, mas também permite uma adaptação flexível às especificações do projeto.


Esse desenvolvimento representa um avanço significativo na automação da construção de muros de pedra, combinando tecnologias avançadas de planejamento, detecção e manipulação de objetos para alcançar resultados eficientes e de alta qualidade.



O sistema planeja o muro e o robô executa o trabalho pesado, capturando as pedras corretas e colocando-as na melhor posição.






Navegação


A integração de GPS e sensores LIDAR na escavadeira autônoma HEAP (Pipeline) é crucial para fornecer informações precisas sobre o ambiente circundante, incluindo o terreno local, as pedras disponíveis e a parede em construção. Essa capacidade permite que o sistema se adapte dinamicamente a qualquer variação no terreno e tome decisões inteligentes ao longo do processo de construção, levando em consideração assentamentos e desvios inesperados.

Embora o Pipeline não possua a mesma capacidade de navegação autônoma de um carro autônomo, a necessidade de ser guiado por um operador humano de um ponto do canteiro de obras para outro é compreensível, especialmente em ambientes onde há a presença de outros veículos ou trabalhadores. Essa abordagem garante a segurança e coordenação adequadas durante a operação do Pipeline.

A capacidade de carga útil, alcance e manobrabilidade da escavadeira autônoma HEAP a tornam ideal para a produção de diversas estruturas de grande porte. Sua capacidade de manipular pedregulhos de até 1000 kg e construir paredes de até 6 metros de altura é impressionante e demonstra o potencial do robô para lidar com projetos desafiadores e de escala significativa.

Esta combinação de tecnologias avançadas de sensoriamento e automação com a supervisão humana adequada torna o robô autônomo HEAP uma ferramenta poderosa para a construção de estruturas complexas e de grande porte de forma eficiente e segura.


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Artigo: A framework for robotic excavation and dry stone construction using on-site materials

Autores: Ryan Luke Johns, Martin Wermelinger, Ruben Mascaro, Dominic Jud, Ilmar Hurkxkens, Lauren Vasey, Margarita Chli, Fabio Gramazio, Matthias Kohler, Marco Hutter

Revista: Science Robotics

Vol.: 8, Issue 84

DOI: 10.1126/9758

SITE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Trator robótico constrói muro de pedra sozinho, sem tratorista. Disponivel em: www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=trator-autonomo-constroi-muro-pedra-6-metros-altura.


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