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Questo è stato il punto di partenza di un che mira a migliorare la sicurezza dei lavoratori umani, poiché robot e co-bot stanno diventando sempre più comuni nei cantieri edili per ogni genere di attività, tra cui la posa di mattoni, la pavimentazione stradale, l'installazione di cartongesso e la demolizione.

Lo studio statunitense è stato condotto dai ricercatori della Divisione di ricerca sulla sicurezza del National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), Dipartimento di ingegneria civile della Stony Brook University, USA, e da PILZ Automation Safety.

Modello meccanico dell'impatto laterale tra il lavoratore statico e il robot in movimento. (Fonte: Operazioni sicure di robot da costruzione su cantieri collaborativi uomo-robot)

L'organizzazione ha avvertito che i robot e i co-bot possono ferire i lavoratori tramite un contatto imprevisto e che pertanto devono essere utilizzati seguendo specifiche procedure di sicurezza per evitare danni.

I ricercatori hanno osservato che i robot moderni dispongono di strumenti che li aiutano a rilevare le loro controparti umane, tra cui dispositivi di visione artificiale in grado di percepire i movimenti dei lavoratori intorno a loro e di consentire loro di capire come evitarli.

Hanno però aggiunto che queste tecnologie non sono attualmente ben adattate alle attività di costruzione, dove gli ambienti sono meno strutturati e le attività di manipolazione sono complesse.

"Un cantiere aperto come un cantiere edile spesso non è l'ambiente ideale per i robot, che devono avere tutti i sensori necessari per rilevare i movimenti dei lavoratori e i cambiamenti ambientali", hanno affermato.

“Disturbi ambientali, rumori e un numero insufficiente di sensori possono influenzare notevolmente la capacità del robot di rilevare i pericoli circostanti e i movimenti degli oggetti esistenti nello spazio di costruzione.�

I cantieri edili rendono difficile il monitoraggio continuo dei lavoratori

Ciò significa che, mentre i robot possono essere in grado di rilevare la presenza dei lavoratori, potrebbero non essere in grado di monitorarli costantemente da tutte le direzioni in un cantiere aperto. E se non riescono a riconoscere i movimenti del lavoratore, ciò significa che è meno probabile che il robot possa eseguire tutte le operazioni di sicurezza richieste in base alla postura del corpo del lavoratore.

Quindi, se non si può contare sul fatto che i robot evitino i lavoratori in un contesto di costruzione, allora è necessario un approccio diverso. I ricercatori hanno affermato che ciò comporta "regolare il trasferimento di energia tra il lavoratore umano e il robot, o il materiale da costruzione trasportato dal robot", in altre parole, calcolare quanto forte i robot possono urtare gli umani senza causare loro lesioni.

Modello meccanico dell'impatto posteriore tra il lavoratore statico e il robot in movimento. (Fonte: Operazioni sicure di robot da costruzione su cantieri collaborativi uomo-robot)

Lo studio ha preso in considerazione due casi di robot che trasportavano blocchi di muratura e che hanno avuto un impatto inaspettato sui lavoratori: il primo in cui il lavoratore è stato colpito e spinto con forza lontano dalla sua posizione originale ("colpito e spinto") e il secondo in cui il robot ha colpito il lavoratore da dietro e la parte superiore del suo corpo si è piegata in avanti all'altezza della vita, mentre la parte inferiore del corpo è rimasta immobile ("colpito e piegato").

I ricercatori hanno sviluppato una serie di complesse equazioni matematiche per modellare gli impatti tra un lavoro di costruzione eseguito da un essere umano di sesso maschile e dispositivi robotici in un cantiere edile asciutto in ogni scenario.

I risultati simulati hanno mostrato che il carico utile del robot avrebbe dovuto muoversi a velocità inferiori nello scenario "colpito e piegato" per evitare una forza di contatto maggiore rispetto al caso di "colpito e spinto".

Lo studio ha scoperto che la velocità massima di un robot per muratura dovrebbe essere inferiore a 700 millimetri al secondo se il robot trasporta un blocco da 17 chilogrammi e 570 millimetri al secondo se trasporta un blocco da 25 chilogrammi.

Se si viaggia a quella velocità, si è scoperto che il rischio di lesioni può essere "adeguatamente prevenuto".

Sono necessarie linee guida di sicurezza

Ha concluso, "Questo approccio può fornire valori di riferimento per far funzionare in sicurezza i robot nei cantieri edili. In futuro, potrebbero essere sviluppati modelli dinamici per diversi scenari e diversi ambienti operativi, come tempo piovoso e terreno fangoso".

Tali valori di riferimento potrebbero essere utilizzati per informare i futuri standard di sicurezza. Attualmente, mentre sono stati prodotti standard di sicurezza per robot collaborativi e mobili nell'industria manifatturiera, non sono ancora stati sviluppati standard del genere nell'edilizia.

"Se le norme di sicurezza non dettano chiaramente un'operazione specifica, i pezzi trasportati dai robot esistenti potrebbero colpire i lavoratori umani mentre operano in un ambiente aperto", afferma lo studio.

“Il settore edile ha urgente bisogno di linee guida di sicurezza per l’uso di attrezzature robotiche nei cantieri aperti�.

Il paper del NIOSH è stato presentato al 41° International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC) a Lille, Francia, all'inizio di quest'anno.