Vehículos pesados lideran el camino: La conducción autónoma ya es una realidad

Tecnología autónoma bien establecida en minería, agricultura

El mayor enfoque actual de la industria automotriz son los coches autónomos. Fabricantes establecidos así como empresas tecnológicas como Apple Inc. y Alphabet Inc. (Google) están trabajando para desarrollar coches y camiones ligeros que asistan a conductores humanos o se guíen solos.

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 un desarrollador temprano 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 para tales productos fue la necesidad de reducir costos y aumentar la productividad. Los camiones de minería autónomos, por ejemplo, trabajan más tiempo porque no tienen conductores. Los tractores autónomos pueden plantar semillas y esparcir fertilizante con más precisión, ahorrando dinero al reducir o eliminar solapamientos.

Tales vehículos también viajan por rutas designadas fuera de carretera en minas y campos. Eso es más simple que los coches auto-navegando en 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 del Instituto de Robótica de Carnegie Mellon. El centro ha trabajado con tanto Caterpillar como Deere.

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

«Desde el lado del hardware, hay muchos sensores nuevos que no solo son más capaces, sino también de menor costo, permitiendo un conjunto completamente nuevo de aplicaciones», dijo en una entrevista por correo electrónico. «Desde el lado del software, ha habido muchos avances en algoritmos de IA [inteligencia artificial] que también permiten capacidades mucho mejores».

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

Automatizando operaciones mineras

Los vehículos pesados autónomos se remontan a más de un cuarto de siglo. Caterpillar y Carnegie Mellon comenzaron a trabajar juntos en los años 80 en formas de automatizar equipos de minería a cielo abierto.

A finales de los 90, los dos socios trabajaron juntos en un excavador robótico para carga automática de camiones. Ese sistema usaba buscadores de rango por escaneo para reconocer el camión a cargar y detectar obstáculos en el área de trabajo.

«Hemos demostrado un sistema de carga autónomo para excavadoras capaz de cargar camiones con material blando a la velocidad de operadores humanos expertos», dijo el instituto de robótica en un artículo técnico publicado en 1998. «El sistema modifica tanto sus planes de excavación como de volcado basándose en el asentamiento del suelo detectado por sus sensores». Herman fue parte del equipo que trabajó en el proyecto.

En los 2000, Carnegie Mellon y Caterpillar trabajaron juntos en competiciones de vehículos autónomos de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA). Después de eso, el dúo colaboró en Soluciones de Transporte Autónomo (AHS), o camiones de minería autónomos como el Cat 793F.

Caterpillar comenzó con tres camiones de minería autónomos para pruebas y validación en 2011, según material de fondo suministrado por el fabricante de equipos pesados. Dos años después, Caterpillar desplegó comercialmente seis camiones autónomos. Para finales de este año, el fabricante de equipos pesados espera que 100 de estos camiones estén operando en tres continentes.

Los camiones no tienen operadores humanos. Tienen rutas diseñadas pero pueden seleccionar rutas alternas para alcanzar sus destinos asignados. Se despliegan en sitios mineros remotos y son supervisados por un sistema de control central operado por supervisores humanos. Sensores y tecnología relacionada permiten a los camiones evitar otros vehículos y personal minero. Los camiones se detienen si un objeto o vehículo se interpone. También proporcionan datos de diagnóstico y alertan al centro de control si se necesitan reparaciones.

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

«Hay mucha complejidad y tecnología que entra en esta solución», dijo Herman.

En la granja

Los campos agrícolas también son sitio de vehículos autónomos, incluyendo tractores y cosechadoras. Los vehículos de John Deere no son totalmente autónomos. Los operadores siguen a bordo. Conducen la primera fila curva, en efecto enseñándola 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 vio la tecnología autónoma como una forma para que los clientes reduzcan costos y hagan funcionar el equipo más tiempo.

«Imagina conduciendo en una interestatal y tener que mantener tu neumático en la línea blanca», dijo Terry Pickett, gerente de ingeniería avanzada para Soluciones Integradas de John Deere. «Cada vez que te salías de la línea blanca, te costaba $3. Estarías casi con los ojos saltados».

«Realmente comenzamos un camino enfocado en 1996», continuó Pickett. «Trabajamos con la Universidad de Stanford en guía basada en GPS». A finales de los 90, la compañía trabajó estrechamente con Stanford en un sistema avanzado de guía basado en GPS así como un sistema Deere diseñado para robustez y rentabilidad, dijo Pickett: «Estábamos intentando decidir en ese punto qué tan precisos necesitábamos ser para hacer operaciones en el campo».

A principios de los 2000, Deere introdujo su primer sistema AutoTrac. El objetivo en ese momento era tener precisión dentro de 40 centímetros «y entramos en 25», dijo Pickett.

También durante este tiempo, Deere estableció un acuerdo con el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en receptores GPS.

En 2004, Deere modificó sus receptores GPS StarFire, permitiéndoles acceder a la red de estaciones terrestres de la NASA y usar software de la NASA para corregir señales GPS. La licencia de Deere con la NASA terminó en 2015 después de que Deere desarrollara su propio sistema.

El pacto con 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 25 centímetros [precisión] a un sistema de 7 u 8 centímetros», dijo. «Ahora es precisión de 3 centímetros».

Además de asistir operadores, los sistemas Deere ayudan a guiar implementos para labranza, siembra y fertilización. Los sistemas Deere ayudan a un tractor e implemento a seguir la misma ruta precisa. Un tractor tirando de un carro de grano puede colocarse en el lugar correcto para cargar grano de una cosechadora, por ejemplo.

Deere ha construido prototipos para vehículos agrícolas totalmente autónomos pero no espera que tales vehículos se desplieguen pronto, dijo Pickett. «No es tanto la tecnología en sí», dijo. «Es cómo haces el trabajo completo».

Prototipos autónomos

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

«El equipo agrícola ahora no puede ser sin conductor», dijo Matt Nielsen, director de marketing para Autonomous Solutions, que es socio tecnológico de CNH. «Hay algunas tecnologías que ayudan con giros, pero nada verdaderamente sin conductor».

Al mismo tiempo, «Esa es la dirección hacia la que va», dijo. «Es muy fácil emocionarse con esta tecnología. Es un salto magnífico. Pero todavía hay mucho más que hacer».

Los prototipos están equipados con cámaras, radar y LIDAR, que usa láseres para detectar objetos. «Eso es lo que da al vehículo sus ojos», dijo Nielsen. Los operadores pueden programar rutas y monitorear el vehículo con una laptop o tablet. «Aún no tenemos capacidad de smartphone; eso será en el futuro», dijo.

La tecnología en los prototipos de tractores autónomos ha sido ayudada por el trabajo de desarrollo para coches autónomos, que ha bajado el costo de sensores, dijo Nielsen.

«Estamos muy agradecidos a los GM, Ford y Google del mundo», dijo. «Las cantidades de dinero que se vierten en la tecnología [han] ciertamente ayudado».

No se sabe cuándo tractores completamente autónomos se desplegarán comercialmente. Como con coches autónomos, probablemente habrá problemas de responsabilidad legal que resolver. Y está la cuestión del costo.

«La tecnología en su estado joven es muy cara», dijo. «Los primeros adoptantes serán tus granjas a gran escala».

Semirremolques con auto-estacionamiento

Otra área para vehículos pesados autónomos es justo fuera de la carretera —en muelles de carga y otras instalaciones.

Eaton Corp. (Dublín, Irlanda), una empresa de gestión de energía, está desarrollando dispositivos de auto-estacionamiento para camiones comerciales pesados. La compañía se refiere a ello como Sistema Avanzado de Asistencia al Conductor (ADAS).

Hay dos formas de ADAS. Con Dock Assist, un conductor retrocede un camión lo más cerca posible de un muelle de carga. El conductor entonces aplica el freno de servicio, deteniendo el vehículo en marcha. Se acciona un interruptor en el dispositivo y el camión comienza a moverse lentamente en reversa. Dock Assist engancha controles de transmisión.

La transmisión detecta el muelle basándose en el par aplicado al empujar contra el muelle. El camión se detiene y está estacionado. Dock Assist es conocido como un sistema «Nivel 2» y no puede operarse sin alguien en el asiento del conductor.

El Auto-Estacionamiento Autónomo es más elaborado. Incluye GPS y encuentra el muelle donde el camión está programado para estacionar. El sistema envía comandos a la transmisión, que ajusta 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 global de estrategia de producto para el grupo de tren motriz comercial de Eaton. «Es seguro decir que dentro de un par de años verás alguna tecnología de nosotros para ayudar a estacionar un camión».

Impulsando el desarrollo está el costo. Los camiones a menudo se dañan en percances de estacionamiento. «Puedes dañar embragues, infraestructuras, remolques», dijo. También, «Uno de los mayores desafíos que tenemos en la industria es conductores. Hay una gran escasez».

«Hemos estado jugueteando con esto por 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 auge de interés, estamos empezando a intensificar nuestros esfuerzos».

No son solo los vehículos pesados volviéndose autónomos en entornos industriales. Seegrid (Coraopolis, PA) está introduciendo su camión de pallets autónomo GP8 Serie 6 para cargar y descargar pallets. Es del tamaño de una carretilla elevadora y usa cinco conjuntos de cámaras de video.

Herman Herman de Carnegie Mellon espera que los sistemas de conducción autónoma aceleren en entornos fuera de carretera.

«Espero que la adopción de tecnología autónoma aumente en muchas aplicaciones industriales antes de que sea generalizada en uso de consumidor/público», dijo. «Nos encantaría desarrollar soluciones similares para otras industrias».