IA en equipos de construcción: Una nueva forma de construir

Normalmente, al pensar en maquinaria de construcción y vehículos pesados, imaginamos a personas operando manualmente estas potentes máquinas. Sin embargo, con el auge de la IA, muchos vehículos de construcción están ahora automatizados para reducir riesgos, mejorar la seguridad y aumentar la eficiencia. Los vehículos autónomos y controlados a distancia son cada vez más comunes en la industria de la construcción.

Por ejemplo, Volvo desarrolló recientemente el TA15, un volquete totalmente autónomo diseñado específicamente para transportar materiales pesados, como arena, grava y escombros, hacia y desde las obras. Según el Departamento de Trabajo de EE. UU., la industria de la construcción tiene la tercera tasa más alta de lesiones mortales. Al integrar la IA en la construcción, podemos reducir significativamente estas muertes y mejorar las medidas de seguridad. En este artículo, exploraremos cómo la IA está mejorando la maquinaria de construcción al hacerla más inteligente, segura y eficiente, impulsando al mismo tiempo la innovación en todo el sector.

Link to this sectionCómo entender la integración de la IA en la maquinaria de construcción#

La maquinaria y los vehículos de construcción pueden sufrir accidentes debido a entornos de trabajo impredecibles y a errores humanos. Sin embargo, los sistemas basados en IA pueden ayudar a la dirección a abordar eficazmente los riesgos laborales y reducir estos errores. La IA también puede utilizarse en maquinaria de construcción para optimizar su funcionamiento, monitorizar el rendimiento de las máquinas y automatizar los programas de mantenimiento.

Aquí tienes un análisis más detallado de las tecnologías clave que hacen posibles estas innovaciones:

• Computer Vision: las máquinas pueden analizar datos visuales en tiempo real utilizando modelos avanzados como Ultralytics YOLOv8, lo que ayuda a supervisar las obras, controlar el inventario, garantizar que los trabajadores utilicen equipos de seguridad y registrar la asistencia mediante reconocimiento facial.
• Internet de las cosas (IoT): El IoT conecta dispositivos, permitiéndoles compartir datos. Los dispositivos portátiles inteligentes monitorizan la salud de los trabajadores, mientras que los sensores de proximidad y seguridad alertan a los trabajadores sobre posibles peligros y notifican a la dirección cuándo el equipo requiere mantenimiento.
• Análisis predictivo: Mediante el uso de datos históricos y aprendizaje automático, el análisis predictivo prevé eventos futuros, identifica posibles problemas y ayuda a optimizar los horarios. También puede predecir condiciones meteorológicas para evitar interrupciones en la obra.

Fig 1. Uso de YOLOv8 y estimación de pose para supervisar a los trabajadores.

Link to this sectionAplicaciones de la visión artificial en maquinaria pesada#

La visión artificial está cambiando la forma en que funciona la maquinaria pesada en las obras de construcción, ofreciendo soluciones nuevas e innovadoras. Vamos a repasar algunas aplicaciones interesantes que demuestran el potencial del análisis de imágenes y vídeo en equipos de construcción.

Link to this sectionIA y básculas puente no tripuladas#

Una báscula puente es una báscula utilizada para medir el peso de vehículos pesados. Esto es crucial en la construcción para garantizar que los vehículos cumplen los límites de peso de seguridad durante el transporte. Tradicionalmente, este proceso depende de un operador en una caseta que registre manualmente detalles como los tiempos de entrada y salida del vehículo, números de registro y pesos de carga. Sin embargo, este método manual puede ser lento, propenso al error humano y carecer de transparencia.

Las básculas puente automatizadas pueden ayudar a mejorar la precisión, reducir el error humano, acelerar el proceso y proporcionar monitorización y transparencia en tiempo real para unas operaciones más seguras y eficientes. Utilizan dispositivos integrados con IA como sensores, cámaras, pantallas LED y guía de voz automatizada para agilizar todo el proceso. A medida que el camión se acerca al punto de entrada, las cámaras equipadas con tecnología de Reconocimiento Automático de Matrículas (ANPR) detectan la matrícula del vehículo y verifican su registro. Si el registro es válido, el sistema concede el acceso a la báscula.

Fig 2. Una báscula puente no tripulada.

Los sensores de pesaje en movimiento habilitados por IoT miden entonces el peso del camión a medida que avanza y, si es necesario, avisan al conductor para que se detenga en la posición correcta para un pesaje preciso. Los datos de peso se analizan y se comparan con límites predefinidos; si el camión se encuentra dentro de esos límites, se dirige al conductor hacia la puerta de salida. En la salida, el sistema ANPR vuelve a verificar el vehículo para asegurarse de que coincide con el que entró, mientras que las cámaras con visión artificial monitorizan el proceso en busca de cualquier irregularidad. El sistema avisa a los supervisores y toma las medidas correctoras oportunas en caso de problemas como cargas excesivas o anomalías en el conductor.

Link to this sectionMonitorización de la somnolencia del conductor con IA#

Una encuesta del Departamento de Transporte de EE. UU. muestra que los camiones son el medio más común para el transporte de mercancías. Los conductores de camiones suelen recorrer largas distancias, incluidos viajes nocturnos. Esto también es cierto en el sector de la construcción, donde los camiones son esenciales para mover maquinaria pesada y materiales entre obras, a veces a grandes distancias. Conducir de noche puede provocar fatiga y aumentar el riesgo de accidentes. Los estudios demuestran que el 21% de los accidentes mortales están causados por la somnolencia del conductor.

Para solucionar este problema, los fabricantes de camiones utilizan visión artificial para monitorizar la somnolencia del conductor. Técnicas de visión artificial como el reconocimiento facial, la estimación de pose y la detección de objetos pueden utilizarse para monitorizar el movimiento de los ojos del conductor, la posición de la cabeza y las expresiones faciales. Por ejemplo, si los párpados del conductor se cierran más allá de un rango determinado, el sistema puede detectarlo y hacer sonar la alarma para avisarle. Los sistemas de detección de somnolencia del conductor se utilizan ampliamente en camiones Tata y otras empresas automovilísticas.

Fig 3. Monitorización de la somnolencia del conductor con visión artificial.

Link to this sectionVehículos de construcción autónomos e IA#

Las condiciones de trabajo en las obras pueden ser duras, especialmente con temperaturas extremas. Por ejemplo, en las zonas de excavación, los trabajadores suelen enfrentarse a un calor intenso, lo que afecta a su capacidad para trabajar con eficacia y requiere descansos frecuentes para hidratarse y descansar. Para ayudar a reducir el tiempo de inactividad en estas condiciones, los investigadores están desarrollando vehículos de construcción autónomos, como excavadoras y grúas.

Estas máquinas autónomas están equipadas con cámaras de alta resolución y tecnología de visión artificial que analizan el terreno y evalúan factores como la pendiente, el suelo blando y las zonas irregulares. Utilizan la detección de objetos para reconocer personas y equipos, mejorando la seguridad al detenerse automáticamente cuando se detecta un obstáculo. Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong (HUST), en colaboración con Shantui, han desarrollado recientemente una excavadora autónoma que puede operar a temperaturas extremas de hasta -10°C.

Fig 4. Un ejemplo de excavadora autónoma (fuente: constructionworld.in).

Link to this sectionOptimización del combustible en maquinaria pesada#

La optimización del combustible es vital para las empresas constructoras, pero poner en práctica medidas de eficiencia de combustible puede ser un reto. Con la fluctuación de los precios de los combustibles y los múltiples conductores que manejan los vehículos de construcción, gestionar el consumo de combustible manualmente resulta complejo. Los sistemas de gestión de combustible basados en IA pueden utilizarse para mejorar el proceso y reducir el consumo.

Estos sistemas de gestión de combustible con IA están entrenados con grandes conjuntos de datos para optimizar el uso del combustible generando múltiples opciones de rutas y recomendando la más eficiente. Además, pueden integrarse con la unidad de control del motor (ECU) del vehículo para proporcionar recomendaciones de cambio de marcha en tiempo real. Al seguir estas recomendaciones basadas en IA, se pueden optimizar los patrones de conducción de los distintos conductores, lo que se traduce en una mayor eficiencia del combustible.

Fig 5. Repostaje de un camión.

Link to this sectionPros y contras de la IA en la maquinaria de construcción#

La maquinaria de construcción con IA integrada ofrece una serie de ventajas, desde la toma de decisiones basada en datos hasta la supervisión en tiempo real. Aquí tienes algunas de las principales ventajas:

• Prolongación de la vida útil del equipo: La supervisión regular y el mantenimiento oportuno aumentan la longevidad de la maquinaria.
• Reducción de los tiempos de inactividad: Los procesos automatizados y el mantenimiento predictivo minimizan el tiempo de inactividad de los equipos.
• Mejor toma de decisiones: Proporciona información basada en datos, lo que permite una gestión más inteligente de los recursos y las operaciones.

Sin embargo, a pesar de la creciente adopción de la IA en la construcción, todavía hay algunos retos a tener en cuenta:

• Elevada inversión inicial: Aunque la IA puede suponer un ahorro a largo plazo, el coste inicial de implementación de estos sistemas es considerable, lo que puede ser un obstáculo para las empresas más pequeñas.
• Preocupaciones por la privacidad: Dado que la IA depende en gran medida de los datos, garantizar el almacenamiento seguro y la protección de esta información es fundamental para evitar accesos no autorizados.
• Mano de obra cualificada: La integración de la IA en la maquinaria de construcción requiere una formación especializada, y enseñar a los trabajadores a utilizar estas tecnologías puede ser un reto importante, sobre todo con los exigentes horarios de trabajo.

Link to this sectionEl impacto de los vehículos de construcción dirigidos por IA#

El sector de la construcción está adoptando rápidamente la IA, con empresas como Caterpillar y Daimler a la cabeza en el desarrollo de camiones autónomos. En 2019, Daimler presentó un prototipo funcional de su camión autónomo, que se espera que salga al mercado en 2027. El camión de transporte autónomo de Caterpillar, el 797F, ya está haciendo que las operaciones mineras sean más eficientes. Grandes empresas como BHP Group, Rio Tinto y Barrick Gold utilizan el 797F las 24 horas del día, reportando cero accidentes laborales. Del mismo modo, TuSimple, una empresa china de camiones autónomos, afirma que sus camiones son un 11% más eficientes en cuanto a consumo de combustible que los conducidos manualmente. En junio de 2023, TuSimple completó con éxito un recorrido de 39 millas sin conductor en una carretera pública abierta en China.

A medida que los camiones autónomos sigan influyendo positivamente en el sector de la construcción, se espera que el mercado crezca a una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) del 10%. Con la maquinaria de construcción basada en IA mejorando la seguridad y la eficiencia del combustible, las empresas avanzan hacia entornos de trabajo más seguros y sostenibles.

Link to this sectionEl camino por recorrer para la IA en los vehículos de construcción#

La IA es un punto de inflexión en el sector de la construcción y está haciendo que la maquinaria pesada sea más inteligente, segura y eficiente. Desde vehículos autónomos hasta sistemas de IA que optimizan el uso del combustible y supervisan las obras en tiempo real, estas tecnologías están ayudando a reducir errores y ahorrar dinero. Aunque existen retos, como el coste de implementación de la IA y la formación de los trabajadores, los beneficios son considerables. Con la IA impulsando la innovación, el futuro de la construcción será más productivo, sostenible e innovador que nunca.

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