IA nos equipamentos de construção: uma nova forma de construir

Normalmente, quando pensamos em equipamentos de construção e maquinaria pesada, imaginamos pessoas operando manualmente essas máquinas potentes. No entanto, com o avanço da IA, muitos veículos de construção agora são automatizados para reduzir riscos, aumentar a segurança e melhorar a eficiência. Veículos autônomos e controlados remotamente estão se tornando cada vez mais comuns no setor da construção.

Por exemplo, a Volvo desenvolveu recentemente o TA15, um caminhão basculante totalmente autônomo, projetado especificamente para transportar materiais pesados, como areia, cascalho e entulho, de e para canteiros de obras. De acordo com o Departamento do Trabalho dos EUA, o setor da construção tem a terceira maior taxa de lesões fatais. Ao integrar IA à construção, podemos reduzir significativamente essas fatalidades e melhorar as medidas de segurança. Neste artigo, vamos explorar como a IA está aprimorando os equipamentos de construção, tornando-os mais inteligentes, seguros e eficientes, ao mesmo tempo que impulsiona a inovação em todo o setor da construção.

Entenda como a IA é integrada aos equipamentos de construção#

Equipamentos e veículos de construção podem se envolver em acidentes devido a ambientes de trabalho imprevisíveis e a erros humanos. No entanto, sistemas com IA podem ajudar a gerenciar os riscos no local de trabalho com eficiência e reduzir esses erros. A IA também pode ser usada em equipamentos de construção para otimizar a operação, monitorar o desempenho das máquinas e automatizar os cronogramas de manutenção.

Veja mais de perto as principais tecnologias que possibilitam essas inovações:

• Visão computacional: As máquinas podem analisar dados visuais em tempo real usando modelos avançados como o Ultralytics YOLOv8, ajudando a monitorar canteiros de obras, acompanhar o estoque, garantir que os trabalhadores usem equipamentos de segurança e registrar a presença por meio do reconhecimento facial.
• Internet das Coisas (IoT): A IoT conecta dispositivos e permite que compartilhem dados. Dispositivos vestíveis inteligentes monitoram a saúde dos trabalhadores, enquanto sensores de proximidade e segurança os alertam sobre perigos e notificam a gerência quando um equipamento precisa de manutenção.
• Análise preditiva: usando dados históricos e aprendizado de máquina, a análise preditiva prevê eventos futuros, identifica possíveis problemas e ajuda a otimizar cronogramas. Também pode prever as condições climáticas para evitar interrupções no local da obra.

Fig. 1 Uso do Ultralytics YOLOv8 e da estimativa de pose para monitorar trabalhadores.

Aplicações de visão computacional em maquinaria pesada#

A visão computacional está transformando a operação de maquinaria pesada em canteiros de obras, oferecendo soluções novas e inovadoras. Vamos conhecer algumas aplicações interessantes que mostram o potencial da análise de imagens e vídeos em equipamentos de construção.

IA e balanças rodoviárias sem operador#

Uma balança rodoviária é usada para medir o peso de veículos pesados. Isso é fundamental na construção civil para garantir que os veículos respeitem os limites de peso seguros durante o transporte. Tradicionalmente, esse processo depende de um operador em uma cabine para registrar manualmente informações como horários de entrada e saída dos veículos, números de registro e pesos das cargas. No entanto, essa abordagem manual pode ser lenta, estar sujeita a erros humanos e não ser transparente.

Balanças rodoviárias não tripuladas podem ajudar a melhorar a precisão, reduzir erros humanos, acelerar o processo e oferecer monitoramento e transparência em tempo real para operações mais seguras e eficientes. Elas usam dispositivos integrados à IA, como sensores, câmeras, telas de LED e orientação por voz automatizada, para otimizar todo o processo. Quando o caminhão se aproxima do ponto de entrada, câmeras equipadas com tecnologia de reconhecimento automático de placas (ANPR) detectam a placa do veículo e verificam seu registro. Se o registro for válido, o sistema autoriza o acesso à balança.

Fig. 2. Uma balança rodoviária sem operador.

Em seguida, sensores de pesagem dinâmica habilitados para IoT medem o peso do caminhão enquanto ele se movimenta e, se necessário, orientam o motorista a parar na posição correta para uma pesagem precisa. Os dados de peso são analisados e comparados com limites predefinidos; se o caminhão estiver dentro desses limites, o motorista é direcionado ao portão de saída. Na saída, o sistema ANPR verifica novamente o veículo para garantir que seja o mesmo que entrou, enquanto câmeras com visão computacional monitoram o processo em busca de irregularidades. Em caso de problemas, como cargas acima do peso ou anomalias do motorista, o sistema alerta os supervisores e toma as medidas corretivas adequadas.

Monitoramento da sonolência do motorista com IA#

Uma pesquisa do Departamento de Transportes dos EUA mostra que os caminhões são o meio de transporte de mercadorias mais comum. Motoristas de caminhão costumam percorrer longas distâncias, inclusive em viagens noturnas. Isso também ocorre no setor da construção civil, onde caminhões são essenciais para transportar máquinas pesadas e materiais entre locais de trabalho, às vezes por grandes distâncias. Dirigir à noite pode causar fadiga e aumentar o risco de acidentes. Estudos mostram que 21% dos acidentes fatais envolvem um motorista sonolento.

Para lidar com esse problema, fabricantes de caminhões estão usando visão computacional para monitorar a sonolência dos motoristas. Técnicas de visão computacional, como reconhecimento facial, estimativa de pose e detecção de objetos, podem ser usadas para monitorar o movimento dos olhos, a posição da cabeça e as expressões faciais do motorista. Por exemplo, se as pálpebras do motorista se fecharem além de um limite especificado, o sistema poderá detectar isso e emitir um alarme para alertá-lo. Sistemas de detecção de sonolência do motorista são amplamente usados em caminhões Tata e por outras empresas automotivas.

Fig. 3. Monitoramento da sonolência do motorista com visão computacional.

Veículos de construção autônomos e IA#

As condições de trabalho em canteiros de obras podem ser difíceis, especialmente sob temperaturas extremas. Por exemplo, em locais de escavação, os trabalhadores muitas vezes enfrentam calor intenso, que afeta a capacidade de trabalhar com eficiência e exige pausas frequentes para se hidratar e descansar. Para ajudar a reduzir o tempo de inatividade nessas condições, pesquisadores estão desenvolvendo veículos de construção autônomos, como tratores de esteira e guindastes.

Essas máquinas autônomas são equipadas com câmeras de alta resolução e tecnologia de visão computacional, que analisam o terreno e avaliam fatores como inclinação, solo macio e áreas irregulares. Elas usam a detecção de objetos para reconhecer pessoas e equipamentos, aumentando a segurança ao parar automaticamente quando um obstáculo é detectado. Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong (HUST), em colaboração com a Shantui, desenvolveram recentemente um trator de esteiras autônomo capaz de operar em temperaturas extremas de até -10°C.

Fig. 4. Exemplo de um trator de esteira autônomo (fonte: constructionworld.in).

Otimização do consumo de combustível em maquinaria pesada#

A otimização do consumo de combustível é vital para empresas de construção, mas implementar práticas de eficiência de combustível pode ser um desafio. Com a flutuação dos preços dos combustíveis e vários motoristas operando veículos de construção, gerenciar manualmente o consumo de combustível se torna complexo. Sistemas de gestão de combustível com IA podem ser usados para aprimorar o processo e reduzir o consumo de combustível.

Esses sistemas de gestão de combustível com IA são treinados com grandes conjuntos de dados para otimizar o uso de combustível, gerando várias opções de rota e recomendando a rota mais eficiente. Além disso, podem ser integrados à unidade de controle do motor (ECU) do veículo para fornecer recomendações de troca de marcha em tempo real. Seguindo essas recomendações baseadas em IA, é possível otimizar os padrões de condução de diferentes motoristas, melhorando a eficiência de combustível.

Fig. 5. Abastecendo um caminhão.

Vantagens e desvantagens da IA em equipamentos de construção#

Equipamentos de construção integrados à IA oferecem diversas vantagens, desde a tomada de decisões baseada em dados até o monitoramento em tempo real. Veja alguns dos principais benefícios:

• Maior vida útil dos equipamentos: O monitoramento regular e a manutenção feita no momento certo aumentam a vida útil das máquinas.
• Menos tempo de inatividade: Processos automatizados e manutenção preditiva minimizam o tempo de inatividade dos equipamentos.
• Melhor tomada de decisões: Fornece insights baseados em dados, permitindo uma gestão mais inteligente dos recursos e das operações.

No entanto, apesar da crescente adoção da IA na construção, ainda há alguns desafios a considerar:

• Alto investimento inicial: Embora a IA possa gerar economias a longo prazo, o custo inicial da implementação desses sistemas é substancial e pode ser uma barreira para empresas menores.
• Preocupações com a privacidade: Como a IA depende muito de dados, é fundamental garantir o armazenamento seguro e a proteção dessas informações para evitar o acesso não autorizado.
• Mão de obra qualificada: Integrar IA aos equipamentos de construção exige treinamento especializado, e ensinar os trabalhadores a usar essas tecnologias pode ser um desafio significativo, especialmente com cronogramas exigentes.

O impacto dos veículos de construção movidos por IA#

O setor da construção civil está adotando a IA rapidamente, com empresas como Caterpillar e Daimler na liderança do desenvolvimento de caminhões autônomos. Em 2019, a Daimler apresentou um protótipo funcional de seu caminhão autônomo, que deve chegar ao mercado até 2027. O caminhão autônomo de transporte 797F da Caterpillar já está tornando as operações de mineração mais eficientes. Grandes empresas como BHP Group, Rio Tinto e Barrick Gold usam o 797F continuamente e relatam zero lesões no local de trabalho. Da mesma forma, a TuSimple, uma empresa de transporte autônomo por caminhões, afirma que seus caminhões consomem 11% menos combustível do que os conduzidos manualmente. Em junho de 2023, a TuSimple concluiu com sucesso uma viagem autônoma de 39 milhas em uma estrada pública aberta na China.

À medida que os caminhões autônomos continuam impactando positivamente o setor da construção, espera-se que o mercado cresça a uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 10%. Com os equipamentos de construção movidos por IA melhorando a segurança e a eficiência de combustível, as empresas estão avançando para ambientes de trabalho mais seguros e sustentáveis.

O futuro da IA nos veículos de construção#

A IA está tornando as máquinas pesadas do setor da construção civil mais inteligentes, seguras e eficientes. De veículos autônomos a sistemas de IA que otimizam o consumo de combustível e monitoram canteiros de obras em tempo real, essas tecnologias ajudam a reduzir erros e economizar dinheiro. Embora existam desafios, como o custo de implementação da IA e o treinamento dos trabalhadores, os benefícios são substanciais. Com a IA impulsionando a inovação, o futuro da construção civil promete ser mais produtivo e sustentável.

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