Con vehículos pesados, la conducción autónoma es obsoleta

Tecnología autónoma bien establecida en minería, agricultura

El mayor enfoque actual de la industria automotriz son los automóviles autónomos. Los fabricantes de automóviles establecidos, así como las empresas de tecnología como Apple Inc. y Google de Alphabet Inc., están trabajando para desarrollar automóviles y camiones ligeros que ayuden a los conductores humanos o se guíen por sí mismos.

Los fabricantes de vehículos pesados ​​ya lo han logrado. Caterpillar Inc. (Peoria, IL), con la asistencia del Centro Nacional de Ingeniería Robótica de Carnegie Mellon (Pittsburgh), comercializa camiones autónomos para minería y otras aplicaciones. John Deere de Deere &Co. (Moline, IL) fue uno de los primeros desarrolladores de vehículos autónomos, en este caso tractores y otros vehículos agrícolas. A lo largo de los años, ha recibido ayuda de la NASA.

El catalizador de tales productos fue la necesidad de reducir costos y aumentar la productividad. Los camiones mineros autónomos, por ejemplo, trabajan más tiempo porque no tienen conductores. Los tractores autónomos pueden plantar semillas y esparcir fertilizantes con mayor precisión, ahorrando dinero al reducir o eliminar la superposición.

Dichos vehículos también viajan en rutas designadas fuera de carretera en minas y campos. Eso es más simple que los autos que navegan por sí mismos en la carretera abierta.

“La aplicación [vehículos agrícolas y mineros] es definitivamente más restringida, aunque sigue siendo muy compleja”, dijo Herman Herman, director del Centro Nacional de Ingeniería Robótica, parte de Instituto de Robótica de Carnegie Mellon. El centro ha trabajado tanto con Caterpillar como con Deere.

Los recientes avances en tecnología han acelerado el desarrollo continuo de vehículos todoterreno autónomos, dijo Herman.

“Desde el lado del hardware, hay muchos sensores nuevos que no solo son más capaces, sino que también tienen un costo más bajo, lo que permite un conjunto completamente nuevo de aplicaciones”, dijo en un entrevista por correo electrónico. "Desde el lado del software, ha habido muchos avances en los algoritmos de IA [inteligencia artificial] que también permiten capacidades mucho mejores".

Además, Herman dijo:"A medida que diseñamos y construimos más robots, ha habido una mejor comprensión de la perspectiva de la ingeniería de sistemas sobre lo que se necesita para construir sistemas autónomos, como el camión autónomo”.

Automatización de operaciones mineras

Los vehículos pesados ​​autónomos se remontan a más de un cuarto de siglo. Caterpillar y Carnegie Mellon comenzaron a trabajar juntos en la década de 1980 en formas de automatizar los equipos de minería de superficie.

A fines de la década de 1990, los dos socios trabajaron juntos en una excavadora robotizada para la carga automática de camiones. Ese sistema usaba telémetros de escaneo para reconocer el camión que se iba a cargar y detectar obstáculos en el área de trabajo.

“Hemos demostrado un sistema de carga autónomo para excavadoras que es capaz de cargar camiones con material blando a la velocidad de operadores humanos expertos”, dijo el instituto de robótica en un documento técnico publicado en 1998. “El sistema modifica tanto sus planes de excavación como de vertido en función del asentamiento del suelo detectado por sus sensores”. Herman formó parte del equipo que trabajó en el proyecto.

En la década de 2000, Carnegie Mellon y Caterpillar trabajaron juntos en competencias de vehículos autónomos de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA). Después de eso, el dúo colaboró ​​en Autonomous Haulage Solutions (AHS), o camiones mineros autónomos como el Cat 793F.

Caterpillar comenzó con tres camiones mineros autónomos para pruebas y validación en 2011, según el material de antecedentes proporcionado por el fabricante de equipos pesados. Dos años más tarde, Caterpillar implementó comercialmente seis camiones autónomos. Para fines de este año, el fabricante de equipos pesados ​​espera que 100 camiones de este tipo estén operando en tres continentes.

Los camiones no tienen operadores humanos. Han diseñado rutas pero pueden seleccionar rutas alternativas para llegar a sus destinos asignados. Se implementan en sitios mineros remotos y son supervisados ​​por un sistema de control central a cargo de supervisores humanos. Los sensores y la tecnología relacionada permiten que los camiones eviten otros vehículos y personal minero. Los camiones se detienen si un objeto o vehículo se interpone en el camino. También proporcionan datos de diagnóstico y alertan al centro de control si se necesitan reparaciones.

Caterpillar continúa "trabajando activamente" con el centro de robótica Carnegie Mellon, dijo Joe Forcash, supervisor de ingeniería en el Centro de Automatización de Pittsburgh de la compañía, en un correo electrónico.

“Hay mucha complejidad y tecnología en esta solución”, dijo Herman.

Abajo en la Granja

Los campos de cultivo también son el sitio de vehículos autónomos, incluidos tractores y cosechadoras. Los vehículos de John Deere no son completamente autónomos. Los operadores todavía están a bordo. Conducen la primera fila curva, enseñándola de hecho al sistema de guía del tractor. Después de eso, el sistema hace la mayor parte de la conducción y el operador puede quitar las manos del volante.

Deere consideró la tecnología de conducción autónoma como una forma para que los clientes reduzcan costos y operen el equipo por más tiempo.

“Imagínese conducir por una interestatal y tener que mantener su neumático en la línea blanca”, dijo Terry Pickett, gerente de ingeniería avanzada de John Deere Integrated Solutions. “Cada vez que te salías de la línea blanca, te costaba $3. Estarías casi con los ojos saltones.

“Realmente comenzamos un camino enfocado en 1996”, continuó Pickett. “Trabajamos con la Universidad de Stanford en orientación basada en GPS”. A fines de la década de 1990, la compañía trabajó en estrecha colaboración con Stanford en un sistema de guía avanzado basado en GPS, así como en un sistema de Deere diseñado para brindar solidez y rentabilidad, dijo Pickett:“Estábamos tratando de decidir en ese momento cuán precisos debíamos ser. para hacer operaciones en el campo.”

A principios de la década de 2000, Deere presentó su primer sistema AutoTrac. El objetivo en ese momento era tener una precisión de 40 centímetros "y llegamos a 25", dijo Pickett.

También durante este tiempo, Deere estableció un acuerdo con el Jet Propulsion Laboratory de la NASA sobre receptores GPS.

En 2004, Deere modificó sus receptores GPS StarFire, lo que les permitió acceder a la red de estaciones terrestres de la NASA y utilizar el software de la NASA para corregir las señales GPS. La licencia de la empresa con la NASA finalizó en 2015 después de que Deere desarrollara su propio sistema.

El pacto de la NASA “nos llevó al mercado tres o cuatro años antes”, dijo Pickett. “Nos permitió hacer un proceso de pensamiento más enfocado y profundo” mientras desarrollaba su propio sistema, dijo.

“Nos llevó de un sistema de [precisión] de 25 centímetros a un sistema de 7 u 8 centímetros”, dijo. "Ahora tiene una precisión de 3 centímetros".

Además de ayudar a los operadores, los sistemas Deere ayudan a guiar los implementos para labrar, plantar y fertilizar. Los sistemas Deere ayudan a que un tractor y un implemento sigan el mismo camino preciso. Un tractor que tira de un carro de granos puede llegar al lugar correcto para cargar granos de una cosechadora, por ejemplo.

Deere ha construido prototipos de vehículos agrícolas totalmente autónomos, pero no espera que dichos vehículos se implementen pronto, dijo Pickett. “No es tanto la tecnología en sí misma”, dijo. “Así es como haces todo el trabajo”.

Prototipos autónomos

Otras empresas están buscando tractores totalmente autónomos. CNH Industrial (Londres), que vende equipos agrícolas bajo las marcas Case y New Holland, y Autonomous Solutions Inc. (Logan, UT), presentaron el año pasado dos prototipos en el Farm Progress Show 2016 en Boone, IA.

“Los equipos agrícolas en este momento no pueden funcionar sin conductor ”, dijo Matt Nielsen, director de marketing de Autonomous Solutions, que es el socio tecnológico de CNH. "Existen algunas tecnologías que ayudan con los giros, pero nada realmente sin conductor".

Al mismo tiempo, "esa es la dirección que va", dijo. “Es muy fácil emocionarse con esta tecnología. Es un salto magnífico. Pero aún queda mucho por hacer”.

Los prototipos están equipados con cámaras, radar y LIDAR, que utiliza láseres para detectar objetos. “Eso es lo que le da al vehículo sus ojos”, dijo Nielsen. Los operadores pueden programar rutas y monitorear el vehículo con una computadora portátil o tableta. “Todavía no tenemos capacidad para teléfonos inteligentes; eso será en el futuro”, dijo.

La tecnología en los prototipos de tractores autónomos se ha visto favorecida por el trabajo de desarrollo de automóviles autónomos, que ha reducido el costo de los sensores, dijo Nielsen.

“Estamos muy agradecidos con los GM, Ford y Google del mundo”, dijo. "Las cantidades de dinero que se invierten en la tecnología ciertamente nos han ayudado".

No se sabe cuándo se implementarán comercialmente los tractores completamente autónomos. Al igual que con los autos autónomos, es probable que haya problemas de responsabilidad legal que resolver. Y está la cuestión del costo.

“La tecnología en su estado joven es muy costosa”, dijo. "Los primeros en adoptar serán sus granjas a gran escala".

Semiestaciones automáticas

Otra área para vehículos pesados ​​autónomos es justo al lado de la autopista, en los muelles de carga y otras instalaciones.

Eaton Corp. (Dublín, Irlanda), una empresa de administración de energía, está desarrollando dispositivos de estacionamiento automático para camiones comerciales pesados. La empresa se refiere a él como Sistema Avanzado de Asistencia al Conductor (ADAS).

Hay dos formas de ADAS. Con Dock Assist, un conductor hace retroceder un camión lo más cerca posible de un muelle de carga. Luego, el conductor aplica el freno de servicio, deteniendo el vehículo en marcha. Se activa un interruptor en el dispositivo y el camión comienza a moverse lentamente en reversa. Dock Assist activa los controles de transmisión.

La transmisión detecta el acoplamiento en función del par que se aplica mientras empuja contra el muelle. El camión se detiene y se estaciona. Dock Assist se conoce como un sistema de "Nivel 2" y no se puede operar sin alguien en el asiento del conductor.

Autonomous Self Docking es más elaborado. Incluye GPS y localiza el muelle donde está previsto que estacione el camión. El sistema envía comandos a la transmisión, que ajusta la velocidad y aplica el embrague. El sistema controla el volante sin que el conductor lo toque.

“No tenemos una fecha de lanzamiento firme”, dijo Chris Nielsen, gerente de estrategia de producto global del grupo de tren motriz comercial de Eaton. "Es seguro decir que dentro de un par de años verá nuestra tecnología para ayudar a atracar un camión".

Impulsar el desarrollo es un costo. Los camiones a menudo se dañan en percances de atraque. “Puedes dañar los embragues, las infraestructuras, los remolques”, dijo. Además, “Uno de los mayores desafíos que tenemos en toda la industria son los conductores. Hay una gran escasez por ahí.

“Hemos estado jugando con él durante tres o cuatro años para desarrollar lo que tenemos”, continuó Nielsen. “Es un poco esperar a que la industria se ponga al día. Con el aumento del interés, estamos comenzando a aumentar nuestros esfuerzos”.

No solo los vehículos pesados ​​se vuelven autónomos en entornos industriales. Seegrid (Coraopolis, PA) presenta su transpaleta automática GP8 Serie 6 para cargar y descargar paletas. Es del tamaño de una carretilla elevadora y utiliza cinco juegos de cámaras de video.

Herman Herman de Carnegie Mellon espera que los sistemas de conducción autónomos aumenten la velocidad en entornos fuera de carretera.

“Espero que la adopción de la tecnología de conducción autónoma aumente en muchas aplicaciones industriales antes de que se generalice en el uso público/consumidor”, dijo. "Nos encantaría desarrollar soluciones similares para otras industrias".