Excavadora robótica capaz de trabajar por su cuenta más de 24 horas seguidas

Se ha completado el desarrollo de un espectacular sistema de automatización para excavadoras que integra capacidades de percepción, planificación y control para permitir que la excavadora cargue material por sí misma sin intervención humana, durante un largo periodo de tiempo y logrando un rendimiento casi equivalente al de un operador humano experimentado.

Este avance tecnológico es obra de investigadores de la Universidad de Maryland en Estados Unidos y el Laboratorio de Robótica y Autoconducción de la empresa Baidu Research.

Este singular sistema para robotización de excavadoras, creado por el equipo de Liangjun Zhang, se llama AES (Autonomous Excavator System).

El AES es uno de los primeros sistemas de excavación del mundo sin tripulación que se ha desplegado en escenarios reales y ha funcionado de forma continua durante más de 24 horas.

Las excavadoras son vitales para diversas clases de actividad, como por ejemplo la construcción de infraestructuras, la minería y algunas operaciones de rescate. El tamaño del mercado mundial de excavadoras fue de 44.120 millones de dólares en 2018 y se calcula que crecerá hasta los 63.140 millones de dólares para 2026.

Teniendo en cuenta este aumento pronosticado del mercado, las empresas de construcción de bastantes países se enfrentan a un riesgo creciente de no poder encontrar suficientes operadores cualificados de maquinaria pesada a los que contratar, especialmente de excavadoras. Además, la pandemia de COVID-19 ha agravado la crisis de escasez de mano de obra.

Otro factor que contribuye a la necesidad de disponer de excavadoras robotizadas es la seguridad laboral. Algunos de los lugares en los que una excavadora debe trabajar son de por sí peligrosos. Por ejemplo, un sitio en el que se vertieron sustancias tóxicas que pueden perjudicar la salud humana, o un edificio semiderrumbado que puede venirse abajo en cualquier momento.

Los operarios de excavadoras sufren accidentes en escenarios como los descritos. Solo en Estados Unidos, esos accidentes causan aproximadamente 200 víctimas al año solo en Estados Unidos.

Por esa y otras razones, el desarrollo de sistemas como el AES es una tendencia creciente, junto con la implantación de otros robots, como por ejemplo los coches autoconducidos.

Esquema básico de los sistemas principales de una excavadora robotizada con el sistema AES, que le permiten trabajar sola. De izquierda a derecha y de arriba abajo: sensor de inclinación, sensor de presión, cámara, sistema de rastreo láser de tipo LiDAR (llamado así por las siglas en inglés de "LIght Detection And Ranging") que permite cartografiar tridimensionalmente y con un nivel enorme de detalle el entorno escudriñado, y dispositivo RTK de posicionamiento. (Imagen: Baidu Research)

Mientras que la mayoría de los robots de la industria son comparativamente más pequeños y funcionan en entornos más predecibles, las excavadoras robóticas deben operar en una amplia gama de condiciones ambientales peligrosas. Deben ser capaces de identificar materiales, evitar obstáculos, y seguir funcionando en condiciones meteorológicas adversas.

AES utiliza algoritmos precisos y en tiempo real para la percepción, la planificación y el control, junto con una nueva arquitectura que incorpora estas capacidades para el funcionamiento autónomo. El módulo de percepción integra múltiples sensores para percibir el entorno 3D e identificar los materiales objetivo, junto con algoritmos avanzados para tareas relacionadas con el trabajo principal.

Con este diseño modular, la arquitectura AES puede ser utilizada eficazmente por excavadoras de todos los tamaños (incluyendo excavadoras compactas de 6,5 y 7,5 toneladas, excavadoras estándar de 33,5 toneladas y excavadoras grandes de 49 toneladas métricas) y es adecuada para diversas aplicaciones.

Para evaluar la eficacia y robustez del AES, los investigadores, con la ayuda de una empresa especializada, robotizaron una excavadora y la pusieron a trabajar en un vertedero, un escenario real y pernicioso en el que la automatización está muy solicitada. A pesar de la difícil tarea, la excavadora con el sistema AES fue capaz de funcionar de forma continua durante más de 24 horas sin ninguna intervención humana. (Fuente: NCYT de Amazings)