Assistentes robôs podem ajudar a reinventar a indústria da construção

Prevê-se que os robôs tornem a indústria de construção global mais segura e mais atraente para os trabalhadores, diminuindo a escassez de trabalhadores nos Estados Unidos.

Com o objetivo de permitir que robôs aprendam com parceiros humanos em canteiros de obras, a National Science Foundation está fornecendo US $ 2 milhões para uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Michigan.

Por décadas, a construção foi um dos empreendimentos humanos mais perigosos e menos eficientes. Está muito atrás de outras partes da economia em produtividade e luta para atrair trabalhadores para empregos que muitas vezes são vistos como exaustivos. Em colaboração com a University of Florida e a Washington State University, pesquisadores da Faculdade de Engenharia e da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo A. Alfred Taubman esperam mudar isso.

Carol Menassa, investigadora principal da equipe de pesquisa e professora associada de engenharia civil e ambiental na Faculdade de Engenharia, disse que o uso de automação e robótica em canteiros de obras é fundamental para que a construção se beneficie dos ganhos de produtividade que remodelaram outras indústrias , como fabricação.

“A construção é muito mais dinâmica e imprevisível do que um ambiente como uma fábrica, por isso estamos trabalhando para redefinir o equilíbrio entre trabalhadores humanos e robôs”, disse ela. “Humanos e robôs precisam coexistir, e essa é a premissa do que estamos fazendo agora.”

O projeto de três anos irá emparelhar humanos com “assistentes robóticos interativos” que podem aprender com os humanos observando e ouvindo – da mesma forma que os aprendizes humanos fariam. Os robôs podem eventualmente tornar o trabalho de construção menos perigoso e extenuante para os humanos, ao mesmo tempo que nos permite tomar as decisões e resolver problemas.

Ao final do projeto, a equipe planeja entregar um sistema de aprendizado de máquina que permitirá esse aprendizado por meio da interação natural, bem como uma série de ferramentas educacionais disponíveis gratuitamente que irão treinar trabalhadores humanos para usar esses sistemas de forma eficaz. O projeto também inclui o alcance de escolas K-12 para criar consciência e interesse nas novas oportunidades apresentadas por um campo de construção renovado.

Nesta visão para o futuro, os robôs fariam tarefas fisicamente extenuantes, como levantar tijolos ou mover placas de drywall, por exemplo, enquanto os humanos poderiam descobrir a melhor maneira de fazer uma tarefa específica ou fazer ajustes quando a estrutura construída precisa se desviar de o plano original. A equipe de pesquisa já desenvolveu um sistema experimental que permite que humanos e robôs colaborem em tarefas simples, como a colocação de painéis de drywall e placas de teto.

“Além dos benefícios diretos para a indústria da construção, esta pesquisa tem o potencial de ter um impacto mais amplo em nosso ambiente construído”, disse Arash Adel, co-investigador principal do projeto e professor assistente de arquitetura e planejamento urbano no Taubman Escola Superior.

“Ao aproveitar as capacidades dos robôs, como sua precisão para executar tarefas de construção de acordo com o projeto digital do edifício, e sua capacidade de executar procedimentos de montagem não padronizados, esta pesquisa pode abrir oportunidades para a construção viável de novas arquiteturas de qualidade que são muito caras ou não totalmente viáveis ​​com as práticas de construção atuais. ”

O sistema usa uma cópia de realidade virtual do local de trabalho e do robô (chamado de Digital Twin em tempo real, nível de processo), por meio da qual o operador humano interage com um fone de ouvido de RV estilo Oculus, vendo um clone semelhante a um videogame de o espaço de trabalho.

Usando um controlador tipo joystick e um ponteiro, o ser humano mostra ao sistema o que precisa ser feito, por exemplo, pegar uma folha de drywall e alinhá-la na parede cravejada. Com base nessas instruções, o robô concebe a maneira mais eficiente de fazer isso acontecer e desenvolve uma sequência de ações chamada plano de movimento. Em seguida, ele demonstra seu plano para o operador na tela da cópia virtual do canteiro de obras.

Neste ponto, cabe ao ser humano determinar se o plano proposto fará o trabalho. Eles podem aprovar o plano no estado em que se encontra, fazer alterações ou exigir um plano completamente novo. Quando o plano é acordado, o humano diz ao robô para fazê-lo acontecer e, em seguida, observa em tempo quase real enquanto o robô faz o trabalho. O componente de aprendizado de máquina permitirá que o robô se lembre das correções feitas pelo parceiro humano para que o próximo painel de drywall suba mais rápido.

A equipe está colaborando com parceiros da indústria, incluindo a empresa de Michigan Barton Malow. Barton Malow já usa robôs simples que argamassa e colocam tijolos nas paredes externas de grandes edifícios.

Daniel Stone, diretor de inovação de Barton Malow, tem esperança de que o maior uso da tecnologia possa ajudar a conter uma longa escassez de mão de obra, causada pelo envelhecimento dos baby boomers e pela reputação da indústria de suja e perigosa.

“Um trabalho em que você vai estourar os ombros em poucos anos levantando blocos de alvenaria é difícil de vender”, disse ele. “Estamos tentando atrair uma gama maior de pessoas para os negócios, pessoas interessadas em tecnologia. Quando você assume o fardo de afastar pessoas, podemos atrair novos trabalhadores e também permitir que nossos trabalhadores atuais estendam suas carreiras. ”

Para o componente de educação, a equipe de Menassa está trabalhando com sindicatos de construção, faculdades comunitárias e outros para desenvolver cursos de treinamento que podem ensinar os trabalhadores a trabalhar com assistentes robóticos.

“O futuro do trabalho de construção, em particular, é vantajoso para as duas partes, apenas se for uma parceria e colaboração frutífera de robôs humanos avançando”, disse Vineet Kamat, co-investigador principal do projeto e professor de engenharia civil e ambiental na Faculdade de Engenharia.

“Portanto, estamos trabalhando para adaptar os métodos de treinamento atuais, que usam uma combinação de treinamento em sala de aula e treinamento no local de trabalho com um mestre da construção civil que oferece treinamento prático.”

Kamat disse que o novo treinamento pode incluir o treinamento em sala de aula, no local de trabalho e em um laboratório, onde humanos podem interagir com robôs em um ambiente de realidade virtual. A experiência de realidade virtual é fundamental, pois, no futuro, trabalhadores humanos e robôs nem sempre estarão no mesmo espaço físico. Ao combinar o treinamento local e virtual, os funcionários podem aprender como seus comandos virtuais se traduzem em ação física e como trabalhar com um assistente robótico para improvisar quando as coisas não saem como planejado.

A pesquisa é financiada pelo programa Future of Work at Human-Technology Frontier da National Science Foundation. Outros co-principais investigadores do projeto são Joyce Chai, professora de engenharia elétrica e ciência da computação, e Wes McGee, professor associado de arquitetura e desempenho de materiais.

Outros pesquisadores do projeto incluem Honglak Lee, professor associado de engenharia elétrica e ciência da computação; Jessie Yang, professora assistente de engenharia industrial e de operações; Curt Wolf, diretor administrativo do Urban Collaboratory no Departamento de Engenharia Civil e Ambiental; Denise Simmons na University of Florida e Olusola Adesope na Washington State University.