AI nelle attrezzature edili: un nuovo modo di costruire

Di solito, quando pensiamo alle attrezzature edili e ai macchinari pesanti, immaginiamo persone alla guida manuale di queste potenti macchine. Tuttavia, con la diffusione dell'AI, molti veicoli da cantiere sono ora automatizzati per ridurre i rischi, migliorare la sicurezza e aumentare l'efficienza. I veicoli autonomi e telecomandati sono sempre più diffusi nel settore delle costruzioni.

Per esempio, Volvo ha sviluppato di recente il TA15, un dumper completamente autonomo progettato appositamente per trasportare materiali pesanti come sabbia, ghiaia e detriti da e verso i cantieri. Secondo il Dipartimento del Lavoro degli Stati Uniti, il settore delle costruzioni ha il terzo tasso più alto di infortuni mortali. Integrando l'AI nelle attività edili, possiamo ridurre significativamente questi decessi e migliorare le misure di sicurezza. In questo articolo esploreremo come l'AI sta migliorando le attrezzature edili, rendendole più intelligenti, sicure ed efficienti e promuovendo al contempo l'innovazione nel settore delle costruzioni.

Capire come viene integrata l'AI nelle attrezzature edili#

Le attrezzature e i veicoli da cantiere possono essere coinvolti in incidenti a causa di ambienti di lavoro imprevedibili e di errori umani. Tuttavia, i sistemi basati sull'AI possono aiutare la dirigenza a gestire efficacemente i rischi sul lavoro e a ridurre questi errori. L'AI può essere usata anche nelle attrezzature edili per ottimizzare il funzionamento, monitorare le prestazioni delle macchine e automatizzare i programmi di manutenzione.

Ecco uno sguardo più da vicino alle tecnologie chiave che rendono possibili queste innovazioni:

• Visione artificiale: Le macchine possono analizzare dati visivi in tempo reale usando modelli avanzati come Ultralytics YOLOv8, aiutando a monitorare i cantieri, tracciare l’inventario, verificare che i lavoratori indossino i dispositivi di protezione e registrare le presenze tramite il riconoscimento facciale.
• Internet delle cose (IoT): l’IoT collega i dispositivi, consentendo loro di condividere dati. I dispositivi indossabili intelligenti monitorano la salute dei lavoratori, mentre i sensori di prossimità e di sicurezza li avvisano dei pericoli e informano la direzione quando un’attrezzatura necessita di manutenzione.
• Analisi predittiva: usando dati storici e machine learning, l'analisi predittiva anticipa eventi futuri, individua potenziali problemi e aiuta a ottimizzare i programmi. Può anche prevedere le condizioni meteorologiche per prevenire interruzioni in cantiere.

Fig. 1 Utilizzo di Ultralytics YOLOv8 e della stima della posa per monitorare i lavoratori.

Applicazioni della visione artificiale nei macchinari pesanti#

La visione artificiale sta cambiando il funzionamento dei macchinari pesanti nei cantieri, offrendo soluzioni nuove e innovative. Scopriamo alcune interessanti applicazioni che mostrano il potenziale dell'analisi di immagini e video nelle attrezzature edili.

AI e pese a ponte automatizzate#

Una pesa a ponte è una bilancia usata per misurare il peso dei veicoli pesanti. È fondamentale nei cantieri per assicurarsi che i veicoli rispettino i limiti di peso previsti per la sicurezza durante il trasporto. Tradizionalmente, il processo si affida a un addetto alla cabina che registra manualmente dettagli come gli orari di ingresso e uscita dei veicoli, i numeri di targa e i pesi del carico. Tuttavia, questo approccio manuale può essere lento, soggetto a errori umani e poco trasparente.

Le pese a ponte automatizzate possono migliorare la precisione, ridurre gli errori umani, velocizzare il processo e offrire monitoraggio in tempo reale e trasparenza per operazioni più sicure ed efficienti. Utilizzano dispositivi integrati con l’AI, come sensori, telecamere, schermi LED e indicazioni vocali automatizzate, per ottimizzare l’intero processo. Quando il camion si avvicina al punto di ingresso, le telecamere dotate di tecnologia di riconoscimento automatico delle targhe (ANPR) rilevano la targa del veicolo e ne verificano l’immatricolazione. Se l’immatricolazione è valida, il sistema consente l’accesso alla pesa.

Fig. 2. Una pesa a ponte automatizzata.

I sensori IoT per la pesatura dinamica misurano poi il peso del camion mentre si sposta e, se necessario, invitano il conducente a fermarsi nella posizione corretta per una pesatura precisa. I dati sul peso vengono analizzati e confrontati con limiti predefiniti; se il camion rientra nei limiti, il conducente viene indirizzato al cancello di uscita. All’uscita, il sistema ANPR verifica nuovamente il veicolo per assicurarsi che corrisponda a quello entrato, mentre le telecamere dotate di visione artificiale monitorano il processo alla ricerca di eventuali irregolarità. In caso di problemi, come carichi eccessivi o anomalie del conducente, il sistema avvisa i supervisori e adotta le opportune misure correttive.

Monitoraggio della sonnolenza dei conducenti con l'AI#

Un'indagine del Dipartimento dei trasporti degli Stati Uniti mostra che il trasporto merci avviene più spesso su camion. Gli autisti di camion percorrono spesso lunghe distanze, anche di notte. Lo stesso vale per il settore edile, dove i camion sono indispensabili per trasportare macchinari pesanti e materiali da un cantiere all'altro, a volte su distanze considerevoli. Guidare di notte può causare stanchezza e aumentare il rischio di incidenti. Gli studi indicano che il 21% degli incidenti mortali coinvolge un conducente assonnato.

Per affrontare questo problema, i produttori di camion usano la visione artificiale per monitorare la sonnolenza del conducente. Tecniche di visione artificiale come il riconoscimento facciale, la stima della posa e il rilevamento di oggetti possono monitorare i movimenti degli occhi, la posizione della testa e le espressioni facciali del conducente. Ad esempio, se le palpebre del conducente si chiudono oltre una soglia specifica, il sistema può rilevarlo e attivare un allarme per avvisarlo. I sistemi di rilevamento della sonnolenza del conducente sono ampiamente utilizzati nei camion Tata e da altre aziende automobilistiche.

Fig. 3. Monitoraggio della sonnolenza dei conducenti con la visione artificiale.

Veicoli edili autonomi e AI#

Le condizioni di lavoro nei cantieri possono essere difficili, soprattutto in presenza di temperature estreme. Per esempio, nei siti di scavo, i lavoratori sono spesso esposti a un caldo intenso, che riduce la loro capacità di lavorare in modo efficiente e richiede pause frequenti per bere e riposarsi. Per contribuire a ridurre i tempi di inattività in queste condizioni, i ricercatori stanno sviluppando veicoli edili autonomi, come bulldozer e gru.

Queste macchine autonome sono dotate di telecamere ad alta risoluzione e di tecnologie di visione artificiale che analizzano il terreno e ne valutano le caratteristiche, come pendenza, terreno soffice e irregolarità. Usano il rilevamento di oggetti per riconoscere persone e attrezzature, migliorando la sicurezza grazie all’arresto automatico in caso di ostacoli. Ricercatori dell’Università di Scienza e Tecnologia di Huazhong (HUST), in collaborazione con Shantui, hanno sviluppato di recente un bulldozer autonomo in grado di operare a temperature estreme, fino a -10°C.

Fig. 4. Un esempio di bulldozer autonomo (fonte: constructionworld.in).

Ottimizzazione del consumo di carburante nei macchinari pesanti#

L'ottimizzazione del consumo di carburante è fondamentale per le imprese edili, ma applicare pratiche di efficienza nei consumi può essere difficile. Con i prezzi del carburante soggetti a oscillazioni e più conducenti alla guida dei veicoli da cantiere, gestire manualmente i consumi diventa complesso. I sistemi di gestione del carburante basati sull'IA possono migliorare il processo e ridurre i consumi.

Questi sistemi di gestione del carburante basati sull'IA vengono addestrati su grandi insiemi di dati per ottimizzare i consumi generando più opzioni di percorso e consigliando quello più efficiente. Inoltre, possono essere integrati con la centralina elettronica del motore (ECU) del veicolo per fornire consigli in tempo reale sul cambio di marcia. Seguendo queste raccomandazioni basate sull'IA, è possibile ottimizzare lo stile di guida dei diversi conducenti, migliorando l'efficienza nei consumi.

Fig. 5. Rifornimento di un camion.

Vantaggi e svantaggi dell'IA nelle attrezzature per l'edilizia#

Le attrezzature per l'edilizia integrate con l'IA offrono numerosi vantaggi, dalle decisioni basate sui dati al monitoraggio in tempo reale. Ecco alcuni dei principali benefici:

• Maggiore durata delle attrezzature: il monitoraggio regolare e la manutenzione tempestiva aumentano la longevità dei macchinari.
• Riduzione dei tempi di inattività: i processi automatizzati e la manutenzione predittiva riducono al minimo i tempi di inattività delle attrezzature.
• Decisioni migliori: fornisce informazioni basate sui dati, consentendo una gestione più efficace delle risorse e delle operazioni.

Tuttavia, nonostante la crescente diffusione dell'IA nel settore edile, ci sono ancora alcune difficoltà da considerare:

• Elevato investimento iniziale: sebbene l’AI possa generare risparmi a lungo termine, i costi iniziali per implementare questi sistemi sono considerevoli e possono costituire un ostacolo per le aziende più piccole.
• Problemi di privacy: poiché l’AI si basa in larga misura sui dati, è fondamentale garantire che queste informazioni siano archiviate in modo sicuro e protette per evitare accessi non autorizzati.
• Manodopera qualificata: integrare l'IA nelle attrezzature per l'edilizia richiede una formazione specialistica. Insegnare ai lavoratori a usare queste tecnologie può essere una sfida notevole, soprattutto con orari di lavoro impegnativi.

L'impatto dei veicoli da cantiere basati sull'IA#

Il settore edile sta adottando rapidamente l'IA, con aziende come Caterpillar e Daimler in prima linea nello sviluppo di camion a guida autonoma. Nel 2019, Daimler ha presentato un prototipo funzionante del suo camion autonomo, il cui arrivo sul mercato è previsto per il 2027. Il camion da trasporto autonomo 797F di Caterpillar rende già più efficienti le operazioni minerarie. Grandi aziende come BHP Group, Rio Tinto e Barrick Gold utilizzano il 797F ininterrottamente e riferiscono di non aver registrato infortuni sul lavoro. Analogamente, TuSimple, un'azienda che sviluppa camion a guida autonoma, dichiara che i suoi camion consumano il 11% in meno di carburante rispetto a quelli guidati manualmente. Nel giugno 2023, TuSimple ha completato con successo un percorso di 39 miglia senza conducente su una strada pubblica aperta in Cina.

Con il loro impatto positivo sul settore edile, si prevede che il mercato dei camion autonomi crescerà a un tasso annuo composto (CAGR) del 10%. Grazie alle attrezzature per l'edilizia basate sull'IA, che migliorano la sicurezza e l'efficienza nei consumi, le aziende si stanno orientando verso ambienti di lavoro più sicuri e sostenibili.

Il futuro dell'IA nei veicoli da cantiere#

L’AI rende i macchinari pesanti del settore delle costruzioni più intelligenti, sicuri ed efficienti. Dai veicoli a guida autonoma ai sistemi di AI che ottimizzano il consumo di carburante e monitorano i cantieri in tempo reale, queste tecnologie aiutano a ridurre gli errori e a risparmiare. Le sfide non mancano, come i costi di implementazione dell’AI e la formazione dei lavoratori, ma i vantaggi sono considerevoli. Grazie all’innovazione trainata dall’AI, il futuro delle costruzioni sarà più produttivo e sostenibile.

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