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ULC Robotics, SGN per sviluppare un robot di scavo completamente elettrico

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Il progetto prevede un sistema di scavo stradale autonomo per proteggere i lavoratori, i residenti durante i lavori di ammodernamento e manutenzione delle condutture del gas.

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Una collaborazione tra ULC Robotics e SGN, una delle più grandi società di rete del gas del Regno Unito, ha raggiunto la metà di un progetto che mira a creare un sistema robotico autonomo che possa essere utilizzato per progetti di scavo di strade nel settore delle utilities.

Il progetto Robotic Roadworks and Excavation System (RRES), iniziato all'inizio del 2018, combina un potente robot industriale, un sistema di trazione cingolata completamente elettrico, sensori di localizzazione sotto terra, intelligenza artificiale, visione artificiale e nuovi metodi di scavo sotto vuoto per progetti di lavori stradali autonomi più sicuri e veloci. Il progetto, finanziato attraverso il regolatore energetico britannico Ofgem (Office of Gas and Electricity Markets), ha incorporato robotica avanzata, intelligenza artificiale e componenti sostenibili nel tentativo di migliorare l'efficienza, la sicurezza e ridurre l'impatto ambientale e i costi degli scavi per le utility.

"Siamo a metà del progetto e in collaborazione con SGN siamo stati in grado di creare il primo robot di scavo autonomo completamente elettrico al mondo", ha detto Ali Asmari, Ph.D., program manager della ULC Robotics. "C'è ancora molto lavoro da fare, compreso lo sviluppo di ulteriori strumenti e attrezzature di supporto, oltre a testare e convalidare il funzionamento del robot in diversi ambienti, ma abbiamo un team eccezionale e siamo sicuri che il robot sarà pronto a lavorare nel 2021"

La RRES sta attualmente conducendo operazioni autonome, tra cui il taglio del manto stradale e l'esecuzione di un metodo di scavo sottovuoto brevettato. Le prime prove sul campo di RRES sono previste per la fine di quest'anno sulla rete SGN, hanno detto le società.

"Poiché gestiamo 76.000 km di condotte sotterranee nel Regno Unito e scaviamo migliaia di scavi ogni anno, riconosciamo la necessità di lavori stradali più intelligenti", ha dichiarato John Richardson, responsabile dell'innovazione di SGN. "Stiamo guidando lo sforzo di cambiare lo scavo delle utility investendo nello sviluppo di tecnologie per affrontare questo problema globale"

Richardson ha detto che lo sviluppo, gli insegnamenti e i risultati del progetto "sono andati oltre le nostre aspettative". Vediamo RRES come una piattaforma in grado di espandersi per soddisfare le esigenze del settore delle utilities e dell'edilizia a livello mondiale"

Il team ha inizialmente iniziato il progetto attraverso la progettazione al computer, la simulazione e il test, con lo sviluppo di prototipi e il test in scenari di laboratorio. Il progetto è iniziato attraverso il Network Innovation Competition di Ofgem, che ha accettato di finanziare il progetto triennale.

Uno dei fattori principali del progetto è la riduzione dei danni di terzi, che a volte si verifica quando i lavoratori danneggiano le linee della metropolitana di proprietà della società di servizi, o di un'altra società di servizi, durante il progetto di scavo. La riduzione dell'impronta di carbonio è un altro driver, motivo per cui il sistema è stato progettato per essere un veicolo elettrico, alimentato da batterie e senza fili. "In questo momento, grandi retroescavatori, dumper e altre attrezzature vengono utilizzati durante il normale corso di manutenzione e riparazione per i servizi di pubblica utilità", ha detto Robert Kodadek, presidente e CTO della ULC Robotics.

Come funzionerà il sistema

L'idea alla base del RRES è che gli operai porteranno la macchina sul posto, e si allontanerà dal retro di un camion a pianale piatto o da un rimorchio. Gli operai gli diranno essenzialmente dove scavare, e il sistema scannerizzerà il terreno usando i suoi sensori per determinare se c'è qualche infrastruttura sepolta all'interno del primo strato di asfalto e cemento. Poi il sistema praticerà un foro nella carreggiata e rimuoverà il nucleo creato dal taglio. Il sistema effettuerà poi una nuova scansione del terreno per vedere se c'è qualcosa sepolto all'interno dello strato di sporco successivo.

Lo chiamiamo scavo "soft touch", dove si scava fino a uno strato che è stato determinato essere chiaro attraverso il rilevamento", ha detto Kodadek. "Ci dà maggiore sicurezza intorno al nostro scavo e ci permette di muoverci il più rapidamente possibile. Quindi scaviamo a strati e scansioniamo fino ai beni sepolti"

Il team ha detto che mentre il focus di questo progetto è sulle linee del gas naturale, potrebbe essere utilizzato per scavare fino alle linee elettriche, linee di telecomunicazione, fognature o tubi dell'acqua, con l'obiettivo finale di poter fare lavori di riparazione e manutenzione su questi sistemi.

Inoltre, il team ha sottolineato che l'obiettivo del sistema non è quello di togliere il lavoro alle persone, ma piuttosto di fornire loro strumenti migliori e un ambiente più sicuro per fare questa operazione in modo efficace. "È un'operazione che non passa", ha detto Asmari. "Lo scavo deve essere fatto finche' abbiamo i servizi di pubblica utilita' sepolti sotto terra. Si tratta solo di mettere le nostre persone in pericolo di essere esposte a questi ambienti pericolosi, o di creare strumenti migliori da utilizzare"

Sviluppo di sensori integrati

Invece di scegliere un sensore specifico per il compito di scansione, il team di progetto ha cercato tutti i tipi di sensori disponibili per determinare il tipo migliore per il sistema. "Abbiamo chiamato e portato qui ogni sensore, fornitore e produttore, ogni prodotto che avesse una pretesa potenzialmente utile per il rilevamento di servizi di pubblica utilità sotterranei", ha detto Asmari. "Li abbiamo testati e valutati tutti e abbiamo elaborato un modello di integrazione che prevede non solo l'utilizzo di un sensore specifico, ma una suite di sensori basati su diverse tecnologie, come quelle elettriche, magnetiche, acustiche, e quello che stiamo facendo ora è integrare il meglio di questi mondi insieme in un'unica piattaforma"

Inoltre, i sensori sono integrati con la piattaforma robotizzata per dare al sistema informazioni di localizzazione molto accurate. Mentre i sensori disponibili sul mercato possono essere acquistati fuori commercio, essi finiscono per essere impiegati manualmente dagli operatori, e la localizzazione e l'elaborazione dei dati è meno accurata a causa di potenziali errori commessi dagli operatori durante la raccolta e l'elaborazione dei dati.

"Il problema è che i sensori che potrebbero avere successo in un ambiente di laboratorio possono avere meno successo sul posto, perché un operatore medio potrebbe non prestare molta attenzione ai dettagli che un sistema robotico non mancherebbe", ha detto Asmari.

Anche l'elaborazione avanzata dei dati è in fase di sviluppo con il RRES per accelerare i tempi di decisione su quando e dove scavare. Attualmente, la raccolta dei dati viene effettuata in loco e poi inviata ad esperti fuori sede che li esaminano e ne danno un senso, creando una mappa centrale. Con il RRES, il team utilizza l'IA, l'apprendimento automatico e altre tecniche di elaborazione dati per esaminare i dati in loco e prendere decisioni in loco senza bisogno di avere un esperto prontamente disponibile o a disposizione. Si stanno esplorando anche i progressi nelle comunicazioni e nelle tecnologie AI all'avanguardia, ha detto Kodadek.

Nuovi modi di scavare

Nello sviluppo di un metodo di scavo più efficiente, il team sta utilizzando una combinazione di metodi ad aria compressa e sottovuoto, insieme ad attrezzature personalizzate che possono essere controllate dal robot per scavare rapidamente il terreno.

"Una delle cose su cui abbiamo lavorato molto nelle simulazioni è l'ottimizzazione dell'uso di diversi ugelli supersonici per creare la più potente esplosione di aria compressa per frantumare il terreno", ha detto Kodadek. "Abbiamo passato molto tempo a fare analisi e simulazioni agli elementi finiti, ma poi anche a costruire prototipi di questi ugelli, e sentiamo di avere qualcosa di veramente, veramente speciale"

Test, poi distribuzione

Alla fine del progetto, il team prevede di eseguire lo scavo dal vivo con il sistema nel Regno Unito attraverso la collaborazione con SGN. Nel corso del progetto, le aziende di servizi pubblici di tutto il mondo, compresi gli Stati Uniti, hanno espresso interesse a sviluppare particolari componenti del sistema per i loro progetti, ha detto Kodadek.

"Ci sono componenti specifici del progetto che potrebbero finire per essere espansi nelle loro reti prima che l'intero sistema sia pronto", ha detto. "Alcune delle tecnologie di scavo, per esempio, possono essere sviluppate, e alcuni degli sviluppi che Ali e il suo team hanno fatto sono talmente rilevanti per il lavoro [le utility] che sono interessati a prendere quel singolo componente e a svilupparlo ulteriormente per le loro applicazioni"

Ha aggiunto che spera che la gente capisca quanto sia innovativo, per gioco di parole, questo progetto.

"Prendiamo la tecnologia che viene utilizzata in una fabbrica e la mettiamo sul campo per poter eseguire la robotica come servizio e rendere le tecniche tradizionali più sicure, più veloci, meno costose e con un'impronta di carbonio inferiore rispetto a quanto è stato fatto in precedenza", ha detto Kodadek. "Quindi sarebbe bello se la gente la guardasse e dicesse: 'Wow, questi ragazzi stanno facendo un lavoro straordinario a beneficio della società' “

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