La automatización no se limita a la inclusión de los robots en las fábricas, sino que abarca cada vez más campos y sectores industriales. El de la construcción es uno de los principales beneficiados por la llegada de tecnologías que permiten realizar tareas repetitivas con muy poca o ninguna intervención humana gracias a avances como Hadrian X, el robot que puede colocar 500 ladrillos por hora para construir una casa al día.

Para dar un paso más allá y poder aprovechar los materiales y recursos de construcción que se encuentren in situ, investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH) han desarrollado la excavadora autónoma HEAP. Este prodigio de la ingeniería y la robótica busca "facilitar la construcción en lugares remotos y, al mismo tiempo, ofrecer una alternativa a las prácticas de construcción habituales que reduzca las emisiones de carbono", según aseguran sus responsables en un artículo publicado en Science Robotics.

En su última demostración, fruto de más de siete años de investigación, HEAP ha sido capaz de construir un muro de piedra seca de 6 metros de alto y más de 65 de largo, utilizando únicamente piedras y escombros encontrados sobre el terreno, en un parque previamente planificado con herramientas digitales.

Excavadora araña 

Detrás de HEAP (siglas en inglés de excavadora hidráulica con objetivos autónomos) está un equipo multidisciplinar formado por el Grupo de Investigación Gramazio Kohler, el Laboratorio de Sistemas Robóticos, el Laboratorio de Visión para la Robótica y la Cátedra de Arquitectura del Paisaje, todos ellos pertenecientes al EHT de Zúrich.

Desde el inicio de la investigación, el objetivo estaba claro: automatizar la máquina móvil más versátil que existe en las obras, la excavadora araña, elegida frente a las excavadoras sobre orugas o ruedas debido a su mayor movilidad. En la decisión fue decisiva la capacidad de este tipo de máquinas de operar en terrenos irregulares, grandes huecos y zonas con diferentes alturas.

La base sobre la que han trabajado los investigadores es una excavadora Menzi Muck M545 de 12 toneladas modificada, equipada con una pala y una pinza, a la que se han añadido múltiples sensores para añadir distintas capacidades autónomas. Entre los añadidos, utiliza tecnología de localización GNSS y sensores LiDAR montados en la cabina y el brazo, lo que le permite realizar modelos en 3D del entorno y le ayuda a percibir cómo son los materiales con los que cuenta, además de la disposición del muro en curso.

Una parte importante de los experimentos y pruebas sobre el terreno que se están llevando a cabo con HEAP tienen que ver con el software basado en inteligencia artificial. "Nuestro sistema aprende de datos reales y simulados para facilitar la detección y segmentación en línea de instancias de piedra en mapas espaciales, lo que permite el agarre robótico y el escaneado 3D texturizado de piedras individuales y elementos de escombros", señalan los investigadores.

Los investigadores han elegido como base de HEAP una excavadora araña EHT Zurich / Marc Schneider Omicrono

Así, como si fuera un robot aspirador, HEAP elabora un mapa de la obra, para tener siempre localizados los bloques y piedras que pueden servir para la construcción, además de adaptarse al terreno y tener en cuenta cualquier desviación inesperada a lo largo del proceso de construcción. 

Las herramientas y los métodos de visión artificial desarrollados por los ingenieros del ETH Zurich permiten a la excavadora escanear y agarrar piedras de grandes dimensiones. Para que nada falle, la excavadora primero registra su peso aproximado y su centro de gravedad, lo que le permite moverlas y soltarlas sin peligro de que se caigan. Otros algoritmos se encargan de hacer los cálculos para que la excavadora 'sepa' cómo deben colocarse para que la estructura sea estable y tenga una forma concreta.

La excavadora HEAP es capaz de levantar de forma autónoma grandes piedras y escombros EHT Zurich / Marc Schneider Omicrono

En su última demostración, HEAP ha sido capaz de construir un muro de piedra independiente (de 10 x 1,7 x 4 metros) y un muro de contención permanente (65,5 x 1,8 x 6 metros). Es un resultado espectacular que, en otras circunstancias, requeriría la participación de abundante mano de obra o un tiempo más prolongado.

"El trabajo ilustra el potencial de los vehículos autónomos de construcción pesada para construir de forma adaptativa con materiales muy irregulares, abundantes y sostenibles que requieren poco o ningún transporte y procesamiento previo", señalan los investigadores suizos en su artículo.

El robot que pone ladrillos

Como decíamos al comienzo, entre las tecnologías más punteras a la hora de contribuir a la automatización en la construcción está Hadrian X, de la compañía australiana FBR. En su última demostración, este robot ha sido capaz de batir su propio récord de velocidad al colocar más de 300 bloques de mampostería en una hora durante su recorrido de prueba y calibración al aire libre.

El robot "se ha diseñado para poder colocar a velocidades de hasta 500 bloques por hora (lo que equivale a unos 120 m2 por hora)". Eso implica un plazo de un día para levantar tanto las paredes exteriores como las interiores de una casa normal de ladrillo doble. 

Una vez en la obra, este gran vehículo con un brazo telescópico de 32 metros se maneja de manera fácil e intuitiva con una tablet. El objetivo es la seguridad y la mínima participación humana: está programado para situar los ladrillos a partir de un plano CAD elaborado previamente.

La única función de los trabajadores, además de la supervisar que todo marcha correctamente, es introducir los palés de los bloques de mampostería en la parte trasera del camión. Allí, varios mecanismos robotizados se encargan de desembalarlos y cortarlos a medida con una sierra circular si es necesario.

Una vez preparados los bloques, el sistema se encarga de envíalos uno detrás de otro por el centro del brazo de la pluma en pequeñas 'lanzaderas'. Antes de colocarlos, se rocían con un adhesivo especial para la construcción (con lo que se evita el uso de cemento) y se colocan en el sitio programado, donde quedan completamente secos y firmes en menos de 45 minutos.

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