Так называемая "Автономная экскаваторная система" (AES), созданная специалистами из США И Китая, позволяет превратить практически любой экскаватор в беспилотник. Он сможет заниматься погрузкой материала в течение длительного времени и в самых разных условиях без какого-либо вмешательства со стороны человека. При этом производительность AES сравнима с производительностью опытного экскаваторщика.
Воспринимать окружающую среду экскаватор-беспилотник сможет при помощи лидаров (дальномеров), камер и так называемых проприоцептивных датчиков. Последние дают знать системе, каково внутреннее состояние автономного экскаватора. Это позволяет машине более точно "понимать" свои движения и оценивать их последствия.
AES – одна из первых в мире землеройных систем, работающих реально автономно. Она может функционировать непрерывно и круглосуточно. Для владельца машины это экономически выгодно, а также повышает безопасность работы с точки зрения жизни и здоровья рабочих.
Исследователи описали методологию своей разработки в научной статье. Ее опубликовал 30 июня журнал Science Robotics.
"Разработка представляет собой эффективную, надежную и общую автономную системную архитектуру, которая позволяет экскаваторам различных размеров выполнять задачи загрузки материалов в реальном мире автономно", – поясняет один из авторов разработки доктор Лянцзюнь Чжан (Liangjun Zhang), руководитель Лаборатории робототехники и автоматического движения компании Baidu (Research Robotics and Auto-Driving Lab).
Экскаваторы жизненно важны для строительства инфраструктуры, добычи полезных ископаемых и спасательных работ. Объем мирового рынка экскаваторов в 2018 году составил $44,12 млрд (325 миллиардов российских рублей), а к 2026 году обещает вырасти до $63,14 млрд (4,6 триллиона рублей).
Строительные компании всего мира сегодня сталкиваются с нехваткой квалифицированных операторов тяжелой техники, особенно экскаваторов. Да и COVID-19 усугубляет кризис нехватки рабочей силы.
Другой фактор, затрудняющий набор кадров на эту не самую простую работу, – часто токсичная рабочая среда, влияющая на здоровье людей.
Кроме того, автономную технику создают, чтобы люди не погибали при неожиданных обвалах грунта и других несчастных случаях, которые приводят примерно к 200 жертвам в год только в США.
Чтобы строительные компании могли преодолеть описанные выше трудности, им нужны роботы-экскаваторы, которые умели бы работать в широком диапазоне условий неконтролируемой окружающей среды.
Такие роботы должны различать материалы, с которыми работают, должны уметь обходить препятствия. Также их работу не должны останавливать сложные погодные условия.
Руководствуясь всеми этими требованиями к технике, китайская IT-компания Baidu создала в сотрудничестве с ведущей компанией строительной техники автономные экскаваторы.
Их оснастили набором датчиков разного типа, чтобы робот мог правильно ощущать трехмерную среду вокруг себя и "на ощупь" различать материалы, с которми работает. Уточнять свои "ощущения" ему помогает нейронная сеть.
Благодаря модульной конструкции, AES можно установить на экскаваторы всех размеров— от небольших массой 6,5 и 7,5 тонн, стандартных массой 33,5 т до больших массой 49 т.
Чтобы проверить надежность и эффективность системы AES, экскаваторы заставили проработать сутки без человеческой помощи на месте захоронения токсичных отходов. Испытали их и в зимних условиях, чтобы проверить, как влияют испарение и конденсат на работу лидара.
Объем выкопанных во время испытаний материалов, как во влажном, так и в сухом виде, составил 67,1 кубометра в час для небольшого экскаватора. Это соответствует производительности традиционного человека-оператора.
"AES работает стабильно надежно в течение длительного времени. А работу человека-оператора не всегда можно назвать надежной", – утверждает доктор Чжан.
Поскольку инженеры пока описывают работу своего изобретения лишь на протяжении суток, трудно сказать, сколь долго оно сможет работать без аварий в реальных ситуациях. Также пока не ясно, как именно запускается в действие автоматический экскаватор, как ему выдаётся задание и где у него кнопка аварийного выключения.
Нет информации и том, как эта техника взаимодействует с людьми, пока ещё присутствующими на стройплощадке. Например, с водителями автомобилей, которые увозят или привозят материалы для погрузки.
Авторы публикации сообщают, что специалисты Baidu Research RAL планируют в будущем доработать основные модули AES, а также проверить возможности техники в разных экстремальных погодных и экологических условиях.
Ранее мы сообщали о создании робота-строителя, который может забивать гвозди, таскать тяжести и передвигаться на двух ногах, а также о машине, способной аккуратно и быстро собирать плоды в садах. Кроме того, мы писали о том, как в России запускают беспилотные грузовые перевозки и как "взбесился" беспилотный вертолет на Марсе.
Больше передовых новостей из мира науки и техники вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".
