Jeszcze kilka lat temu autonomiczne maszyny budowlane pozostawały głównie tematem konferencji i eksperymentalnych projektów badawczych. Podczas Develon Demo Days odwiedzający mogli jednak zobaczyć rozwiązanie, które już dziś pracuje na placach budowy w siedmiu krajach. Mowa o systemie REAL-X opracowanym przez szwajcarską firmę Gravis Robotics i zintegrowanym z koparkami Develon.

Autonomiczna koparka - to już rzeczywistość

Najbardziej zaskakujące jest to, że operator nie programuje maszyny za pomocą skomplikowanego oprogramowania. W trakcie pokazu wystarczyło określić miejsce odkładu urobku, zaakceptować komunikat bezpieczeństwa i nacisnąć przycisk „Start”. Następnie koparka samodzielnie rozpoczęła realizację zadania.

System został opracowany przez Gravis Robotics, firmę wywodzącą się z renomowanego szwajcarskiego uniwersytetu ETH Zürich. Jak podkreślali przedstawiciele przedsiębiorstwa podczas prezentacji, rozwój oprogramowania wykorzystującego sztuczną inteligencję trwał przez 13 lat. Sama firma funkcjonuje jako niezależny podmiot od około trzech i pół roku, zatrudnia obecnie około 50 specjalistów i wdraża swoje rozwiązania na budowach w siedmiu krajach.

Podstawą systemu jest tzw. Autonomous Control Kit montowany na dachu koparki. Moduł zawiera komputery odpowiedzialne za pracę algorytmów sztucznej inteligencji, a także kamery i czujniki LiDAR. Dodatkowo na tylnej części maszyny instalowane są dwa maszty sensoryczne wyposażone w kolejne lidary, kamery, anteny oraz odbiorniki GNSS.

Łącznie system korzysta z pięciu kamer i trzech skanerów LiDAR, które zapewniają pełny, 360-stopniowy obraz otoczenia maszyny. Dane są dodatkowo uzupełniane informacjami z czujników położenia wysięgnika, ramienia i łyżki oraz z czujników ciśnienia hydraulicznego. Dzięki temu system nie tylko wie, gdzie znajduje się osprzęt roboczy, ale również rozpoznaje opory gruntu napotykane podczas kopania.

To właśnie połączenie danych z wielu źródeł stanowi fundament działania autonomii. Algorytmy analizują jednocześnie pozycję maszyny, geometrię wykopu, ruch materiału, parametry hydrauliki oraz przeszkody znajdujące się w otoczeniu.

Co istotne, rozwiązanie nie wymaga specjalnie przebudowanych maszyn. System przeznaczony jest dla koparek Develon wyposażonych w technologię drive-by-wire, czyli elektroniczne sterowanie funkcjami roboczymi. Obecnie autonomię mogą obsługiwać modele o masie od 20 do 40 ton. Według Gravis Robotics takie podejście znacząco obniża koszty wdrożenia technologii, ponieważ nie wymaga głębokiej ingerencji w konstrukcję maszyny.

Projekt rysowany palcem

Jednym z najciekawszych elementów prezentacji był sposób definiowania zadania. Operator może załadować projekt geodezyjny oparty na danych GPS i zaznaczyć obszar przeznaczony do wykonania robót. Możliwe jest również narysowanie obszaru roboczego bezpośrednio na ekranie dotykowym lub wyznaczenie granic wykopu za pomocą samej łyżki koparki. Wystarczy wskazać początek i koniec wykopu oraz zadaną głębokość.

Po uruchomieniu zadania sztuczna inteligencja przejmuje kontrolę nad procesem roboczym. System sam planuje kolejne ruchy maszyny, wybiera miejsce odkładu materiału oraz kontroluje postęp prac.

Interfejs operatora przypomina bardziej zaawansowaną grę komputerową niż klasyczny system sterowania maszyną budowlaną. Na ekranie wyświetlany jest trójwymiarowy model terenu. Obszary znajdujące się powyżej projektowanej niwelety oznaczane są kolorem niebieskim. Miejsca osiągające docelowy poziom stają się zielone, natomiast strefy wymagające dosypania materiału wyświetlane są na czerwono lub żółto. Obraz aktualizowany jest w czasie rzeczywistym wraz z postępem prac.

Twórcy systemu zwracają uwagę, że rozwiązanie znajduje zastosowanie nie tylko w pełnej autonomii. W trybie „co-pilot” operator nadal steruje maszyną samodzielnie, ale otrzymuje rozbudowane wskazówki dotyczące geometrii wykopu oraz aktualnego stanu robót ziemnych.

Szczególnie interesującą funkcją jest możliwość integracji danych z georadarów i systemów lokalizacji infrastruktury podziemnej. Po wykonaniu skanowania operator widzi na ekranie rozszerzonej rzeczywistości przebieg rur, przewodów i innych instalacji znajdujących się pod powierzchnią gruntu. System wskazuje strefy wymagające zachowania szczególnej ostrożności, a operator może przełączyć się z trybu autonomicznego na sterowanie ręczne podczas prac prowadzonych w pobliżu infrastruktury.

Choć podczas pokazu największe wrażenie robiła koparka samodzielnie wykonująca wykop, prawdziwe znaczenie technologii może okazać się znacznie szersze. Branża budowlana od kilku lat zmaga się z niedoborem wykwalifikowanych operatorów. Jednocześnie inwestorzy oczekują coraz większej dokładności wykonania robót ziemnych i pełnej dokumentacji cyfrowej procesu budowy.

Autonomiczne systemy takie jak REAL-X mogą w przyszłości przejąć najbardziej powtarzalne zadania związane z wykonywaniem wykopów, niwelacją terenu czy załadunkiem materiałów. Oznaczałoby to jedną z największych zmian technologicznych w branży budowlanej od czasu upowszechnienia systemów sterowania maszyn 3D.