Com veículos pesados, dirigir sozinho é velho

Tecnologia autônoma bem estabelecida em mineração, agricultura

O maior foco atual da indústria automobilística são os carros autônomos. Fabricantes de automóveis estabelecidos, bem como empresas de tecnologia como Apple Inc. e Alphabet Inc., Google, estão trabalhando para desenvolver carros e caminhões leves que auxiliam motoristas humanos ou orientam a si mesmos.

Os fabricantes de veículos pesados ​​já conseguiram isso. A Caterpillar Inc. (Peoria, IL), com a assistência do National Robotics Engineering Center da Carnegie Mellon (Pittsburgh), comercializa caminhões autônomos para mineração e outras aplicações. John Deere da Deere &Co. (Moline, IL) foi um dos primeiros desenvolvedores de veículos autônomos, neste caso tratores e outros veículos agrícolas. Ao longo dos anos, ele recebeu ajuda da NASA.

O catalisador para tais produtos foi a necessidade de reduzir custos e aumentar a produtividade. Caminhões de mineração autônomos, por exemplo, trabalham mais porque não têm motoristas. Os tratores autônomos podem plantar sementes e espalhar fertilizantes com mais precisão, economizando dinheiro reduzindo ou eliminando a sobreposição.

Tais veículos também percorrem rotas fora de estrada designadas em minas e campos. Isso é mais simples do que carros que navegam sozinhos na estrada aberta.

"A aplicação [veículos agrícolas e de mineração] é definitivamente mais restrita, embora ainda seja muito complexa", disse Herman Herman, diretor do National Robotics Engineering Center, parte do Instituto de Robótica Carnegie Mellon. O centro trabalhou com a Caterpillar e a Deere.

Avanços recentes na tecnologia aceleraram o desenvolvimento contínuo de veículos autônomos fora de estrada, disse Herman.

"Do lado do hardware, existem muitos novos sensores que não são apenas mais capazes, mas também de menor custo, permitindo um novo conjunto de aplicativos", disse ele em um entrevista por e-mail. “Do lado do software, houve muitos avanços nos algoritmos de IA [inteligência artificial] que também permitem recursos muito melhores.”

Além disso, Herman disse:“À medida que projetamos e construímos mais robôs, houve uma compreensão muito melhor da perspectiva de engenharia de sistemas sobre o que é necessário para construir sistemas autônomos, como o caminhão autônomo”.

Automatizando Operações de Mineração

Os veículos pesados ​​autônomos remontam a mais de um quarto de século. A Caterpillar e a Carnegie Mellon começaram a trabalhar juntas na década de 1980 em maneiras de automatizar equipamentos de mineração de superfície.

No final da década de 1990, os dois parceiros trabalharam juntos em uma escavadeira robótica para carregamento automático de caminhões. Esse sistema usava telêmetros de varredura para reconhecer o caminhão a ser carregado e detectar obstáculos na área de trabalho.

"Demonstramos um sistema de carregamento autônomo para escavadeiras capaz de carregar caminhões com material macio na velocidade de operadores humanos especializados", disse o instituto de robótica em um artigo técnico publicado em 1998. “O sistema modifica seus planos de escavação e despejo com base no assentamento do solo conforme detectado por seus sensores”. Herman fez parte da equipe que trabalhou no projeto.

Nos anos 2000, Carnegie Mellon e Caterpillar trabalharam juntas em competições de veículos autônomos da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA). Depois disso, a dupla colaborou em Autonomous Haulage Solutions (AHS), ou caminhões de mineração autônomos, como o Cat 793F.

A Caterpillar começou com três caminhões de mineração autônomos para teste e validação em 2011, de acordo com o material de referência fornecido pelo fabricante de equipamentos pesados. Dois anos depois, a Caterpillar implantou comercialmente seis caminhões autônomos. Até o final deste ano, a fabricante de equipamentos pesados ​​espera que 100 desses caminhões estejam operando em três continentes.

Os caminhões não têm operadores humanos. Eles projetaram rotas, mas podem selecionar rotas alternativas para chegar aos destinos atribuídos. Eles são implantados em locais de mineração remotos e supervisionados por um sistema de controle central comandado por supervisores humanos. Sensores e tecnologia relacionada permitem que caminhões evitem outros veículos e pessoal de mineração. Os caminhões param se um objeto ou veículo atrapalhar. Eles também fornecem dados de diagnóstico e alertam o centro de controle se forem necessários reparos.

A Caterpillar continua “trabalhando ativamente” com o centro de robótica Carnegie Mellon, disse Joe Forcash, supervisor de engenharia do Pittsburgh Automation Center da empresa, por e-mail.

"Existe muita complexidade e tecnologia nessa solução", disse Herman.

Na Fazenda

Os campos agrícolas também são o local de veículos autônomos, incluindo tratores e colheitadeiras. Os veículos da John Deere não são totalmente autônomos. Os operadores ainda estão a bordo. Eles dirigem a primeira linha curva, na verdade ensinando-a ao sistema de orientação do trator. Depois disso, o sistema faz a maior parte da condução e o operador pode tirar as mãos do volante.

A Deere olhou para a tecnologia de direção autônoma como um caminho para os clientes reduzirem custos e operarem os equipamentos por mais tempo.

“Imagine dirigir em uma interestadual e ter que manter o pneu na linha branca”, disse Terry Pickett, gerente de engenharia avançada da John Deere Integrated Solutions. “Toda vez que você saía da linha branca, custava US$ 3. Você ficaria quase com os olhos esbugalhados.

"Nós realmente começamos um caminho focado em 1996", continuou Pickett. “Trabalhamos com a Universidade de Stanford em orientação baseada em GPS.” No final da década de 1990, a empresa trabalhou em estreita colaboração com Stanford em um sistema avançado de orientação baseado em GPS, bem como em um sistema Deere projetado para robustez e custo-benefício, disse Pickett:“Estávamos tentando decidir naquele ponto quão precisos precisávamos ser para fazer as operações no campo”.

No início dos anos 2000, a Deere lançou seu primeiro sistema AutoTrac. O objetivo na época era ter precisão de 40 centímetros “e chegamos a 25”, disse Pickett.

Também durante esse período, a Deere estabeleceu um acordo com o Jet Propulsion Laboratory da NASA sobre receptores GPS.

Em 2004, a Deere modificou seus receptores de GPS StarFire, permitindo que eles acessassem a rede de estações terrestres da NASA e usassem o software da NASA para corrigir os sinais de GPS. A licença da empresa com a NASA terminou em 2015 depois que a Deere desenvolveu seu próprio sistema.

O pacto da NASA “nos levou ao mercado três ou quatro anos antes”, disse Pickett. “Isso nos permitiu fazer um processo de pensamento mais focado e profundo” enquanto desenvolvia seu próprio sistema, disse ele.

"Isso nos levou de um sistema de [precisão] de 25 centímetros para um sistema de 7 ou 8 centímetros", disse ele. “Agora é uma precisão de 3 centímetros.”

Além de auxiliar os operadores, os sistemas Deere ajudam a orientar os implementos para lavoura, plantio e fertilização. Os sistemas Deere ajudam um trator e implemento a seguir o mesmo caminho preciso. Um trator puxando um carrinho de grãos pode entrar no local certo para carregar grãos de uma colheitadeira, por exemplo.

A Deere construiu protótipos para veículos agrícolas totalmente autônomos, mas não espera que esses veículos sejam implantados em breve, disse Pickett. “Não é tanto a tecnologia em si”, disse ele. “É como você faz todo o trabalho.”

Protótipos autônomos

Outras empresas estão procurando tratores totalmente autônomos. A CNH Industrial (Londres), que vende equipamentos agrícolas sob as marcas Case e New Holland, e a Autonomous Solutions Inc. (Logan, UT), revelaram no ano passado dois protótipos no Farm Progress Show 2016 em Boone, IA.

“Equipamentos agrícolas agora não podem ficar sem motorista ”, disse Matt Nielsen, diretor de marketing da Autonomous Solutions, parceira de tecnologia da CNH. “Existem algumas tecnologias que ajudam nas curvas, mas nada realmente sem motorista.”

Ao mesmo tempo, “Essa é a direção que está indo”, disse ele. “É muito fácil ficar empolgado com essa tecnologia. É um salto magnífico. Mas ainda há muito o que fazer.”

Os protótipos são equipados com câmeras, radar e LIDAR, que utiliza lasers para detectar objetos. “É isso que dá ao veículo seus olhos”, disse Nielsen. Os operadores podem programar rotas e monitorar o veículo com um laptop ou tablet. “Ainda não temos capacidade para smartphones; isso será no futuro”, disse.

A tecnologia nos protótipos de tratores autônomos foi ajudada pelo trabalho de desenvolvimento de carros autônomos, que reduziu o custo dos sensores, disse Nielsen.

“Somos muito gratos aos GMs, Fords e Googles do mundo”, disse ele. “As quantias de dinheiro que estão sendo despejadas na tecnologia certamente nos ajudaram.”

Não se sabe quando tratores totalmente autônomos serão implantados comercialmente. Tal como acontece com os carros autônomos, provavelmente haverá problemas de responsabilidade legal a serem resolvidos. E há a questão do custo.

"A tecnologia em seu estado jovem é muito cara", disse ele. “Os primeiros a adotar serão suas fazendas de grande escala.”

Semi-Estacionamento Automático

Outra área para veículos pesados ​​autônomos fica ao lado da rodovia – nas docas de carga e outras instalações.

A Eaton Corp. (Dublin, Irlanda), uma empresa de gerenciamento de energia, está desenvolvendo dispositivos de estacionamento automático para caminhões comerciais pesados. A empresa se refere a ele como Advanced Driver Assist System (ADAS).

Existem duas formas de ADAS. Com o Dock Assist, um motorista dá ré em um caminhão o mais próximo possível de uma doca de carga. O motorista então aplica o freio de serviço, parando o veículo em movimento. Um interruptor no dispositivo é acionado e o caminhão começa lentamente a se mover em marcha à ré. O Dock Assist aciona os controles de transmissão.

A transmissão detecta o encaixe com base no torque aplicado enquanto empurra contra a doca. O caminhão para e está estacionado. O Dock Assist é conhecido como um sistema de “Nível 2” e não pode ser operado sem alguém no banco do motorista.

Autonomous Self Docking é mais elaborado. Inclui GPS e localiza a doca onde o caminhão está programado para estacionar. O sistema envia comandos para a transmissão, que ajusta a velocidade e aciona a embreagem. O sistema controla o volante sem que o motorista o toque.

"Não temos uma data de lançamento definida", disse Chris Nielsen, gerente global de estratégia de produto do grupo de powertrain comercial da Eaton. “É seguro dizer que dentro de alguns anos você verá alguma tecnologia nossa para ajudar a atracar um caminhão.”

Conduzir o desenvolvimento tem um custo. Caminhões muitas vezes são danificados em contratempos de atracação. “Você pode causar danos às embreagens, às infraestruturas, aos trailers”, disse ele. Além disso, “Um dos maiores desafios que temos em todo o setor são os motoristas. Há uma grande carência por aí.

"Estamos brincando com ele há três a quatro anos para desenvolver o que temos", continuou Nielsen. “É um pouco de esperar que a indústria se recupere. Com o aumento do interesse, estamos começando a aumentar nossos esforços.”

Não são apenas os veículos pesados ​​que se tornam autônomos em ambientes industriais. A Seegrid (Coraopolis, PA) apresenta seu porta-paletes autônomo GP8 Série 6 para carga e descarga de paletes. É do tamanho de uma empilhadeira e usa cinco conjuntos de câmeras de vídeo.

Herman Herman, da Carnegie Mellon, espera que os sistemas de direção autônoma ganhem velocidade em ambientes fora de estrada.

“Espero que a adoção da tecnologia de direção autônoma aumente em muitas aplicações industriais antes de ser difundida no consumidor/uso público”, disse ele. “Adoraríamos desenvolver soluções semelhantes para outras indústrias.”