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Cosa succederebbe se potessi dare a un escavatore un set di disegni CAD e lasciarlo semplicemente lavorare, sapendo che seguirebbe le istruzioni con una precisione di un millimetro? Riesci a immaginare il tempo, i soldi e la manodopera che si potrebbero risparmiare?

La società svizzera Gravis Robotics sta sviluppando un modulo da installare su singoli escavatori, che consentirà loro di spostarsi nei cantieri e di lavorare secondo necessità, il tutto senza la presenza di un operatore umano.

Tecnologie di questo tipo sono sempre più diffuse e i concetti di macchine senza conducente vengono presentati in molti degli eventi più importanti del settore edile, come Bauma, Conexpo e Intermat.

Neil Woodfin, responsabile dello sviluppo aziendale presso Gravis Robotics.

Neil Woodfin, responsabile dello sviluppo commerciale di Gravis Robotics, ha partecipato di recente alla convention della European Rental Association (ERA) a Lisbona, in Portogallo, dove ha parlato dei piani dell'azienda per portare la precisione, la sicurezza e l'efficienza dei robot nei cantieri odierni.

Nato da 'cani'

Gravis Robotics è uno spin-off del laboratorio di robotica dell'ETH University di Zurigo, in Svizzera, gestito dal professor Marco Hutter, che ha lavorato con 25 dei suoi studenti di dottorato per sviluppare un software di intelligenza artificiale inizialmente pensato per "cani" robotici a quattro zampe. Questi "quadrupedi" esplorano gli ambienti e tornano con una mappa 3D. (Pensa a "Spot" di Boston Dynamics.)

"Marco ha deciso di prendere quel software e adattarlo agli escavatori", afferma Woodfin. "Quello che abbiamo è un modulo robotico che si adatta al tetto della cabina. All'interno del modulo robotico c'è una CPU dotata di telecamere per dargli una visuale a 360 gradi e un LIDAR".

I sensori sugli escavatori consentono alla macchina di comprendere la posizione del braccio, del braccio di sollevamento e del dipper. Il LIDAR fornisce la misurazione della posizione della macchina sul sito, mentre un sensore GNSS fornisce il riferimento GPS alla macchina. Di conseguenza, la macchina è in grado di orientarsi autonomamente nel sito tra le sue attività di lavoro.

"Il modulo robotico impara a usare l'escavatore e cerca sempre di raggiungere il 100% di riempimento della benna quando scava", spiega Woodfin. "È in grado di utilizzare il software AI per adattarsi all'ambiente eterogeneo che incontra durante lo scavo".

Aggiunge: "Siamo molto, molto bravi a scavare. Ciò che stiamo cercando di fare, dopo tutto questo lavoro di sviluppo, è mettere gli escavatori robotizzati nei cantieri entro luglio. Allora potremo davvero capire i vantaggi che possiamo ottenere, che sono anche nell'area della produttività, della sicurezza, della sostenibilità e della prevedibilità".

Dirigere lo scavo

Come fa l'escavatore a sapere cosa fare?

Woodfin spiega che una volta installato il modulo robotico sull'escavatore, questo inizia a imparare a usare la macchina. "Quindi puoi caricare disegni CAD del lavoro di scavo che deve essere fatto", dice. "Ti diamo anche un tablet touch-screen, che si trova nella cabina, e puoi letteralmente disegnare usando il dito dove vuoi sul sito, dove deve essere scavata la trincea. Puoi digitare la profondità e la larghezza della trincea, e poi l'escavatore le userà e andrà a scavare quella trincea".

Woodfin spiega che è anche possibile semplicemente abbassare la benna sul terreno ed estrapolare le misurazioni per l'area da scavare.

"Ad esempio, se stessi ampliando una casa, potresti abbassare la benna sul terreno e dire: 'Voglio che tutto, da dove la benna tocca il terreno, sia 250 millimetri più basso. E poi quello che accadrebbe è che l'escavatore ti mostrerebbe una griglia di tutto ciò che era 250 millimetri più basso e tutto ciò che era più alto o più basso di quello. L'escavatore scaverebbe quindi per raggiungere il livello che avresti impostato semplicemente appoggiando la benna sul terreno.'"

L'unico prerequisito per l'utilizzo del modulo Gravis è l'elettroidraulica.

"Se non ha l'elettroidraulica, mettiamo una valvola di controllo elettroidraulica sull'escavatore", dice Woodfin. "Quindi colleghiamo il modulo al sistema CAN bus. Quindi deve avere un sistema elettronico moderno, a cui poi lo collegheremmo".

Aggiunge: "Se non ha sensori IMU, li metteremmo sull'escavatore. A parte questo, il resto è fornito nel kit di controllo dell'automazione sul tetto che mettiamo sull'escavatore".

Gravis sta attualmente collaborando con sei OEM, uno dei quali è Hyundai/Develon, nell'ambito di una partnership annunciata al CES 2024 di Las Vegas a gennaio.

"Stiamo lavorando con loro per automatizzare i loro escavatori. Tra gli altri produttori abbiamo un escavatore da 10 tonnellate, ma la maggior parte su cui stiamo lavorando è da 20 tonnellate, perché è la categoria di escavatori più popolare nel settore", afferma Woodfin.

Ma è possibile noleggiarne uno?

La domanda successiva che sorge spontanea è se questi escavatori controllati da robot siano disponibili per l'affitto.

"Stiamo lavorando a stretto contatto con aziende edili e società di noleggio", afferma Woodfins. "Come produttori, produciamo macchine generiche. Ciò che le rende macchine specialistiche è l'operatore. Mentre portiamo la robotica nel settore, siamo condannati a diventare specialisti perché dobbiamo capire cosa sta facendo l'operatore.

"Una delle cose che abbiamo scoperto è che le grandi aziende edili dicono: 'beh, se potessi automatizzare questo compito... invece di usare un subappaltatore, potremmo noleggiare una macchina automatizzata per svolgere quel compito e poi far intervenire il subappaltatore per fare tutto il lavoro che non è stato ancora automatizzato'".

Woodfin continua, "Per loro il noleggio è visto come una grande opportunità e stiamo sviluppando il numero di attività che possiamo automatizzare. Oggi ci stiamo concentrando sullo scavo di trincee e sui lavori di scavo in grandi quantità e sul carico di camion. Poi andremo avanti e aggiungeremo sempre più attività a quel portafoglio di attività che possiamo automatizzare".

Gravis sta attualmente lavorando con Morgan Sindall e Vinci ed è in trattative con le aziende britanniche Flannery e Lynch, nonché con Vesco in Svizzera. "Abbiamo lavorato con l'esercito svizzero e

La Gravis Robotics, con sede in Svizzera, sta sviluppando un modulo da installare su singoli escavatori, che consentirà loro di spostarsi nei cantieri e di lavorare secondo necessità, il tutto senza la presenza di un operatore umano. (Foto: LinkedIn)

anche le ferrovie svizzere", afferma Woodfin. "Abbiamo avuto molti buoni contatti con gli utenti finali e le società di noleggio, ma vogliamo farli crescere".

Alla domanda se un modulo possa essere trasferito da una macchina all'altra in un contesto di noleggio, Woodfin risponde che questo è l'obiettivo a lungo termine.

"Questo è il piano. Non era qualcosa a cui avevamo pensato inizialmente, ma è una delle cose che le società di noleggio hanno richiesto. Non c'è motivo per cui non sarà possibile", afferma.

"L'unica cosa che dovresti fare è assicurarti che il framework per il modulo sia già installato su ciascuno degli escavatori. Il modulo robotico impiega un po' di tempo per imparare a usare ogni escavatore. Una volta che ha imparato a usare l'escavatore, allora va bene, ma il software AI deve far funzionare tutto per capire come reagisce ai vari controlli diversi."

In arrivo a luglio

"A luglio, vogliamo mettere il nostro modulo in ambienti reali e poi cercheremo di convincere i partner a salire a bordo per portare gli escavatori automatizzati in loco. Abbiamo 25 esperti di robotica in un team operativo per vedere come integrare la robotica nelle attività quotidiane. Lavoreremo a stretto contatto con queste persone per garantire che quando hanno bisogno di supporto tecnico, siamo lì per fornirlo e poi potremo sviluppare insieme questi modelli operativi che ci consentiranno di integrarlo".

Attualmente concentrata sul mercato europeo, Gravis ha in programma di espandersi anche nelle Americhe e in Australia.

Il prezzo del modulo dovrebbe essere di Є80.000-90.000, a seconda dell'hardware di cui è dotato l'escavatore. "Parte di ciò è un costo software ricorrente", afferma Woodfin. "Abbiamo cercato di mantenere il costo il più basso possibile.

"Riconosciamo che dobbiamo generare valore da quel modulo robotico, quindi abbiamo un calcolatore di valore, che dimostriamo attraverso tempi di ciclo aumentati tramite tassi di riempimento dei secchi, tassi di utilizzo migliorati ed eliminazione di una certa manodopera in loco. Possiamo ottenere il recupero di quei costi tecnologici su base settimanale".

Per raggiungere i suoi obiettivi, Gravis Robotics sta collaborando con diversi partner, tra cui Moog Construction, l'azienda dietro molte delle tecnologie autonome utilizzate oggi nelle attrezzature edili. Secondo Moog Construction, sta "aumentando la sua competenza nel controllo di movimento di precisione, nella sicurezza funzionale e nella progettazione di sistemi integrati sviluppando funzionalità automatizzate per il settore edile, mentre Gravis Robotics applica la sua competenza nella fusione di sensori, nella percezione dell'ambiente, nella teleoperazione avanzata, nelle immagini di realtà aumentata e nella navigazione autonoma per trasformare grandi macchine edili in robot mobili autonomi".

Al Bauma 2022, Moog Construction e Gravis Robotics hanno equipaggiato insieme un escavatore mobile Menzi Muck con la capacità di scavare trincee in modo robotico in base agli input forniti da un operatore da una postazione remota. L'operatore poteva impostare la lunghezza della trincea, l'inclinazione, ecc. e l'escavatore avrebbe completato il compito.

I partner ritengono che queste e altre funzionalità porteranno la prossima generazione di macchine edili a nuovi livelli di connettività, produttività e sicurezza.