Veículos Pesados Lideram o Caminho: Direção Autônoma Já é Realidade

Tecnologia autônoma bem estabelecida em mineração, agricultura

O maior foco atual da indústria automotiva são carros autônomos. Montadoras estabelecidas, bem como empresas de tecnologia como Apple Inc. e Google da Alphabet Inc., estão trabalhando para desenvolver carros e caminhões leves que auxiliem motoristas humanos ou se guiem sozinhos.

Fabricantes de veículos pesados já conseguiram isso. A Caterpillar Inc. (Peoria, IL), com assistência do National Robotics Engineering Center (Pittsburgh) da Carnegie Mellon, comercializa caminhões autônomos para mineração e outras aplicações. A Deere & Co.'s John Deere (Moline, IL) foi uma desenvolvedora precoce de veículos autônomos, no caso tratores e outros veículos agrícolas. Ao longo dos anos, obteve 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. Tratores autônomos podem plantar sementes e espalhar fertilizante mais precisamente, economizando dinheiro ao reduzir ou eliminar sobreposição.

Tais veículos também viajam rotas designadas fora de rodovias em minas e campos. Isso é mais simples do que carros se auto-navegando em estradas abertas.

"A aplicação [veículos agrícolas e de mineração] é definitivamente mais restrita, mesmo que ainda seja muito complexa", disse Herman Herman, diretor do National Robotics Engineering Center, parte do Robotics Institute da Carnegie Mellon. O centro trabalhou com tanto Caterpillar quanto Deere.

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

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

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

Automatizando Operações de Mineração

Veículos pesados autônomos remontam a mais de um quarto de século. Caterpillar e Carnegie Mellon começaram a trabalhar juntos nos anos 1980 em formas de automatizar equipamentos de mineração de superfície.

No final dos anos 1990, os dois parceiros trabalharam juntos em um escavador robótico para carregamento automático de caminhões. Esse sistema usava localizadores de alcance por 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 especialistas", disse o instituto de robótica em um artigo técnico publicado em 1998. "O sistema modifica tanto seus planos de escavação quanto de descarga com base no assentamento do solo detectado por seus sensores." Herman fez parte da equipe que trabalhou no projeto.

Nos anos 2000, Carnegie Mellon e Caterpillar trabalharam juntos em competições de veículos autônomos da Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Depois disso, a dupla colaborou em Soluções de Transporte Autônomo (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, segundo material de fundo fornecido pelo fabricante de equipamentos pesados. Dois anos depois, a Caterpillar implantou comercialmente seis caminhões autônomos. Até o final deste ano, o fabricante de equipamentos pesados espera que 100 tais caminhões estejam operando em três continentes.

Os caminhões não têm operadores humanos. Eles têm rotas projetadas mas podem selecionar rotas alternativas para alcançar seus destinos designados. São implantados em locais de mineração remotos e supervisionados por um sistema de controle central operado 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 entra no caminho. Eles também fornecem dados de diagnóstico e alertam o centro de controle se reparos são necessários.

A Caterpillar continua "ativamente trabalhando" com o centro de robótica da Carnegie Mellon, disse Joe Forcash, supervisor de engenharia no Pittsburgh Automation Center da empresa, em e-mail.

"Há muita complexidade e tecnologia que entram nesta solução", disse Herman.

Lá na Fazenda

Campos agrícolas também são locais de veículos autônomos, incluindo tratores e colheitadeiras. Os veículos da John Deere não são totalmente autônomos. Operadores ainda estão a bordo. Eles dirigem a primeira fileira curva, efetivamente ensinando-a ao sistema de orientação do trator. Depois disso, o sistema faz a maior parte da direção e o operador pode tirar as mãos do volante.

A Deere olhou para tecnologia autônoma como forma de clientes reduzirem custos e rodarem equipamentos por mais tempo.

"Imagine dirigindo em uma interestadual e tendo que manter seu pneu na linha branca", disse Terry Pickett, gerente de engenharia avançada para John Deere Integrated Solutions. "Toda vez que você saía da linha branca, custava $3. Você ficaria quase com os olhos esbugalhados."

"Realmente começamos um caminho focado em 1996", continuou Pickett. "Trabalhamos com a Universidade de Stanford em orientação baseada em GPS." No final dos anos 1990, a empresa trabalhou de perto com Stanford em um sistema avançado de orientação baseada em GPS, bem como um sistema Deere projetado para robustez e custo-efetividade, disse Pickett: "Estávamos tentando decidir naquele ponto quão precisos precisávamos ser para fazer operações no campo."

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

Também durante este tempo, a Deere estabeleceu um acordo com o Jet Propulsion Laboratory da NASA em receptores GPS.

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

O pacto com a NASA "nos levou ao mercado três ou quatro anos antes", disse Pickett. "Permitiu-nos fazer um processo de pensamento mais focado e profundo" enquanto desenvolvia seu próprio sistema, disse ele.

"Nos levou de um sistema de 25 centímetros [precisão] para um sistema de 7 ou 8 centímetros", disse ele. "Agora é precisão de 3 centímetros."

Além de auxiliar operadores, sistemas Deere ajudam a guiar implementos para lavoura, plantio e fertilização. Sistemas Deere ajudam um trator e implemento a seguir o mesmo caminho preciso. Um trator puxando um carro 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 tais veículos sejam implantados em breve, disse Pickett. "Não é tanto a tecnologia em si", disse ele. "É como você faz o trabalho todo."

Protótipos Autônomos

Outras empresas estão olhando para 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), no ano passado revelaram dois protótipos no Farm Progress Show 2016 em Boone, IA.

"Equipamentos agrícolas agora não podem ir sem motorista", disse Matt Nielsen, diretor de marketing da Autonomous Solutions, que é parceira tecnológica da CNH. "Há algumas tecnologias que ajudam com curvas, mas nada verdadeiramente sem motorista."

Ao mesmo tempo, "Essa é a direção para onde vai", disse ele. "É muito fácil se entusiasmar com esta tecnologia. É um salto magnífico. Mas ainda há muito mais a fazer."

Os protótipos são equipados com câmeras, radar e LIDAR, que usa lasers para detectar objetos. "Isso é o que dá os olhos ao veículo", disse Nielsen. Operadores podem programar rotas e monitorar o veículo com laptop ou tablet. "Não temos capacidade de smartphone ainda; isso será no futuro", disse ele.

Tecnologia nos protótipos de tratores autônomos foi ajudada por trabalho de desenvolvimento para carros autônomos, que reduziu o custo de sensores, disse Nielsen.

"Somos muito gratos aos GMs, Fords e Googles do mundo", disse ele. "As quantias de dinheiro sendo investidas na tecnologia [certamente] nos ajudaram."

Não se sabe quando tratores completamente autônomos serão implantados comercialmente. Como com carros autônomos, provavelmente haverá questões de responsabilidade legal a resolver. E há a questão do custo.

"Tecnologia em seu estado jovem é muito cara", disse ele. "Os primeiros adotantes serão suas fazendas de grande escala."

Caminhões com Autoestacionamento

Outra área para veículos pesados autônomos é apenas fora da rodovia — em docas de carregamento e outras instalações.

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

Há duas formas de ADAS. Com Dock Assist, um motorista dá ré com um caminhão o mais perto possível de uma doca de carregamento. O motorista então aplica o freio de serviço, parando o veículo em drive. Uma chave no dispositivo é acionada e o caminhão começa a mover-se lentamente em ré. O Dock Assist engata controles de transmissão.

A transmissão detecta a doca baseada no torque aplicado ao empurrar contra a doca. O caminhão para e está estacionado. O Dock Assist é conhecido como sistema "Nível 2" e não pode ser operado sem alguém no assento do motorista.

Autoestacionamento Autônomo é mais elaborado. Inclui GPS e encontra a doca onde o caminhão está programado para estacionar. O sistema envia comandos para a transmissão, que ajusta velocidade e aplica a embreagem. O sistema controla o volante sem o motorista tocá-lo.

"Não temos data de lançamento firme", disse Chris Nielsen, gerente de estratégia de produto global para o grupo de trem de força comercial da Eaton. "É seguro dizer que dentro de alguns anos você verá alguma tecnologia nossa para ajudar a estacionar um caminhão."

Impulsionando o desenvolvimento está o custo. Caminhões frequentemente são danificados em acidentes de doca. "Você pode danificar embreagens, infraestruturas, reboques", disse ele. Também, "Um dos maiores desafios que temos em toda a indústria é motoristas. Há uma grande escassez por aí.

"Estamos brincando com isso há três ou quatro anos agora para desenvolver o que temos", continuou Nielsen. "É um pouco de esperar a indústria alcançar. Com o surto de interesse, estamos começando a intensificar nossos esforços."

Não são apenas veículos pesados indo autônomos em ambientes industriais. A Seegrid (Coraopolis, PA) está introduzindo seu caminhão paleteiro autônomo GP8 Series 6 para carregar e descarregar paletes. É do tamanho de uma empilhadeira e usa cinco conjuntos de câmeras de vídeo.

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

"Espero que a adoção de tecnologia autônoma aumente em muitas aplicações industriais antes de ser generalizada em uso de consumidor/público", disse ele. "Gostaríamos de desenvolver soluções similares para outras indústrias."