ULC Robotics, SGN desarrollará un robot de excavación totalmente eléctrico

El proyecto examina el sistema autónomo de excavación de carreteras para proteger a los trabajadores y residentes durante las mejoras y el mantenimiento de las tuberías de gas.

La colaboración entre ULC Robotics y SGN, una de las mayores empresas de redes de gas del Reino Unido, ha llegado a la mitad de un proyecto que busca crear un sistema robótico autónomo que pueda utilizarse para proyectos de excavación de carreteras dentro del sector de los servicios públicos.

El proyecto del Sistema Robótico de Obras y Excavación de Carreteras (RRES), que comenzó a principios de 2018, combina un potente robot industrial, un sistema de tracción de vía totalmente eléctrico, sensores de localización bajo tierra, inteligencia artificial, visión artificial y nuevos métodos de excavación en vacío para proyectos de obras viales autónomas más seguros y rápidos. El proyecto, financiado por el regulador de energía del Reino Unido, Ofgem (Oficina de Mercados de Gas y Electricidad), ha incorporado robótica avanzada, inteligencia artificial y componentes sostenibles en un esfuerzo por mejorar la eficiencia, la seguridad y reducir el impacto ambiental y el costo de las excavaciones de los servicios públicos.

"Estamos en la mitad del proyecto y en asociación con SGN hemos sido capaces de crear el primer robot de excavación autónomo totalmente eléctrico y funcional del mundo", dijo el Dr. Ali Asmari, director de programa de ULC Robotics. "Queda una cantidad significativa de trabajo, incluyendo el desarrollo de herramientas adicionales y equipo de apoyo, así como la prueba y validación de la operación robótica en diferentes entornos, pero tenemos un equipo excepcional y estamos seguros de que el robot estará listo para trabajar en el 2021"

La RRES está actualmente llevando a cabo operaciones autónomas, incluyendo el corte de la superficie de la carretera y la realización de un método patentado de excavación al vacío. Las pruebas de campo iniciales de RRES están programadas para finales de este año en la red SGN, dijeron las compañías.

"Debido a que operamos 76.000 km de tuberías subterráneas en el Reino Unido, y cavamos miles de excavaciones cada año, reconocemos la necesidad de obras de carretera más inteligentes", dijo John Richardson, jefe de innovación de SGN. "Estamos liderando el esfuerzo para cambiar la excavación de servicios públicos invirtiendo en el desarrollo de la tecnología para hacer frente a este problema mundial"

Richardson dijo que el desarrollo, los aprendizajes y los resultados del proyecto "han ido más allá de nuestras expectativas". Vemos la RRES como una plataforma que puede expandirse para satisfacer las necesidades de las industrias globales de servicios y construcción"

El equipo comenzó el proyecto inicialmente a través del diseño, simulación y pruebas por ordenador, con el desarrollo de prototipos y pruebas en escenarios de laboratorio. El proyecto comenzó a través del Concurso de Innovación de Redes de Ofgem, que acordó financiar el proyecto de tres años.

Una de las principales motivaciones del proyecto es reducir los daños a terceros, lo que ocurre a veces cuando los trabajadores dañan las líneas subterráneas propiedad de la empresa de servicios públicos, o de otra empresa de servicios públicos, durante el proyecto de excavación. La reducción de la huella de carbono es otra de las razones por las que el sistema está diseñado para ser un vehículo eléctrico, alimentado por baterías y sin cables. "En este momento, grandes retroexcavadoras, volquetes y otros equipos se utilizan durante el curso normal de las operaciones de mantenimiento y reparación de los servicios públicos", dijo Robert Kodadek, presidente y CTO de ULC Robotics.

Cómo funcionará el sistema

La idea de la RRES es que los trabajadores lleven la máquina a la obra, y la conduzcan desde la parte trasera de un camión de plataforma o desde un remolque. Los trabajadores le dirán esencialmente dónde excavar, y el sistema escaneará el suelo usando sus sensores para determinar si hay alguna infraestructura enterrada dentro de la primera capa de asfalto y hormigón. Entonces el sistema hará un agujero en la carretera y quitará el núcleo creado por el corte. El sistema volverá a escanear el suelo para ver si hay algo enterrado en la siguiente capa de suciedad.

"Lo llamamos excavación de tacto suave, donde excavará hasta una capa que se determinó que era clara a través de la detección", dijo Kodadek. "Nos da mayor seguridad en nuestra excavación y nos permite movernos lo más rápido posible. Así que excavamos en capas y escaneamos hasta los bienes enterrados"

El equipo dijo que aunque el foco de este proyecto son las líneas de gas natural, podría eventualmente ser usado para excavar hasta las líneas eléctricas, líneas de telecomunicaciones, alcantarillado o tuberías de agua, con el objetivo eventual de poder hacer tareas de reparación y mantenimiento en esos sistemas.

Además, el equipo subrayó que el objetivo del sistema no es sacar a las personas de sus puestos de trabajo, sino más bien proporcionarles mejores herramientas y un entorno más seguro para realizar esta operación con eficacia. "Es una operación que no desaparece", dijo Asmari. "La excavación tiene que hacerse mientras tengamos los servicios enterrados bajo tierra. Es sólo una cuestión de si ponemos a nuestra gente en peligro de exponerse a estos ambientes peligrosos, o de crear mejores herramientas para que ellos las usen."

Desarrollando sensores integrados

En lugar de elegir un sensor específico para la tarea de escaneo, el equipo del proyecto investigó todos los tipos de sensores disponibles para determinar el mejor tipo para el sistema. "Llamamos y trajimos cada sensor, vendedor y fabricante, cada producto que tenía un reclamo que sería potencialmente útil en la detección de servicios subterráneos", dijo Asmari. "Probamos y evaluamos todos ellos y llegamos a un modelo de integración de no sólo usar un sensor específico, sino un conjunto de sensores basados en diferentes tecnologías, como la eléctrica, las ondas magnéticas, la acústica, y lo que estamos haciendo ahora es integrar lo mejor de estos mundos juntos en una plataforma"

Además, los sensores se integran con la plataforma robótica para dar al sistema una información de localización muy precisa. Si bien los sensores disponibles en el mercado pueden adquirirse en el mercado, terminan siendo desplegados manualmente por los operadores, y la localización y el procesamiento de los datos son menos precisos debido a los posibles errores cometidos por los operadores durante la reunión y el procesamiento de los datos.

"El problema es que los sensores que podrían tener éxito en un entorno de laboratorio pueden tener menos éxito en el sitio, porque un operador promedio podría no estar prestando mucha atención a los detalles que un sistema robótico no pasaría por alto", dijo Asmari.

También se está desarrollando un procesamiento avanzado de datos con el RRES para acelerar el tiempo de decisión sobre cuándo y dónde excavar. Actualmente, la recolección de datos se hace en el sitio y luego se envía a expertos fuera del sitio que miran los datos y le dan sentido, creando un mapa central. Con el RRES, el equipo está utilizando la IA, el aprendizaje automático y otras técnicas de procesamiento de datos para observar los datos in situ y tomar decisiones in situ sin necesidad de tener un experto disponible o de guardia. También se están explorando los avances en las comunicaciones y las tecnologías de vanguardia de la IA, dijo Kodadek.

Nuevas formas de excavar

Para desarrollar un método de excavación más eficiente, el equipo está utilizando una combinación de aire comprimido y métodos de vacío, junto con herramientas personalizadas que pueden ser controladas como un efector final por el robot para excavar rápidamente el suelo.

"Una de las cosas en las que hemos trabajado mucho en las simulaciones es en optimizar el uso de diferentes boquillas supersónicas para crear la más potente ráfaga de aire comprimido para romper el suelo", dijo Kodadek. "Hemos pasado mucho tiempo haciendo análisis y simulación de elementos finitos, pero también construyendo prototipos de estas boquillas, y sentimos que tenemos algo que es muy, muy especial."

Prueba, luego despliegue

Al final del proyecto, el equipo planea realizar una excavación en vivo con el sistema en el Reino Unido a través de su colaboración con SGN. A lo largo del proyecto, las empresas de servicios públicos de todo el mundo, incluidos los EE.UU., han expresado su interés en desarrollar componentes particulares del sistema para sus propios proyectos, dijo Kodadek.

"Hay componentes específicos del proyecto que pueden terminar siendo expandidos en sus redes antes de que todo el sistema esté listo", dijo. "Parte de la tecnología de excavación, por ejemplo, se puede romper, y parte del desarrollo que Ali y su equipo han hecho es tan relevante para el trabajo que [las empresas de servicios públicos] hacen cada día, que están interesados en tomar ese componente individual y desarrollarlo más para sus aplicaciones"

Añadió que espera que la gente entienda lo innovador, con un juego de palabras, que es este proyecto.

"Estamos tomando la tecnología que se está utilizando en un entorno de fábrica, y poniéndola en el campo para poder realizar la robótica como un servicio y hacer que las técnicas tradicionales sean más seguras, más rápidas, más baratas, y con una huella de carbono más baja de lo que se ha hecho antes", dijo Kodadek. "Así que sería genial si la gente lo mirara y dijera: 'Vaya, estos tipos están haciendo un trabajo increíble en beneficio de la sociedad' “