preskočiť na hlavný obsah

Budú nám domy stavať roboty ?

/up/images/featured/images/roboty_0.jpg

Využívanie automatov a robotov v strojárskej výrobe je už veľa rokov samozrejmosťou. Pohľad na výrobnú halu automobilky, v ktorej ramená robotov vykonávajú zložité pracovné operácie bez prítomnosti ľudí býva častou súčasťou televíznych správ a dnes už nikoho neprekvapuje. Aj o automatizácii a robotizácii v stavebníctve sa rozpráva už niekoľko desaťročí, ale na našich stavbách sa stále používa ručná práca a stavebná mechanizácia ovládaná ľudskou obsluhou. Je to tak aj v ostatnom svete? Kedy namáhavú prácu na stavbách budú vykonávať roboty?

Na tieto a mnohé ďalšie otázky bolo možné najsť odpovede na 27. sympózium Automatizácia a robotizácia v stavebníctve ISARC 2010 (Automation and Robotics in Construction 2010), ktoré sa konalo v dňoch 24. - 27. 6. 2010 v hoteli Crowne Plaza v Bratislave. Na sympóziu sa zúčastnilo viac ako 100 odborníkov z 20 krajín a svoje príspevky prezentovalo počas troch dní v dvoch rokovacích sálach 68 autorov. Dve prednášky prezentovali účastníci zo Slovenska. Zborník z konferencie obsahuje na 730 stranách 77 príspevkov od viac ako 200 autorov a spoluautorov.

Hlavným koordinátorom sympózia bola Medzinárodná asociácia pre automatizáciu a robotizáciu v stavebníctve IAARC (International Association for Automation and Robotics in Construction), založená v roku 1990. Ďalším koordinátorom sympózia bola Medzinárodná rada pre stavebníctvo CIB (Conseil International du Batiment), založená vroku 1953. Organizačným garantom sympózia bola Katedra technológie stavieb Stavebnej fakulty STU v Bratislave a Centrum manažérstva kvality v stavebníctve (CEMAKS) pri Stavebnej fakulte STU. Účastníkov sympózia privítal prof. Jozef Gašparík, predseda organizačného výboru, prof. Dušan Petráš, prorektor STU, prof. Alojz Kopáčik, dekan Stavebnej fakulty STU a Ronie Navon, prezident IAARC. Prvé dve sympóziá ISARC (1984, 1985) sa konali v Pittsburghu (Pennsylvania, USA), ďalšie v Marseille (Francúzsko) a potom postupne každý rok vždy v inom meste v Ázii, Európe a USA.

Tohtoročné rokovanie sympózia bolo rozdelené do 6 sekcií:

•    Aplikácia robotizácie a automatizácie,
•    Technológie robotov,
•    Automatizovaný zber dát a monitorovanie,
•    Informačné a počítačové technológie,
•    Manažérske a sociálne problémy,
•    História robotizácie.

Mnohé informácie, ktoré odzneli na sympóziu, sú pre našich odborníkov známe z časopisov, odbornej literatúry, návštev veľtrhov a podobne. Niektoré zprezentovaných technológií sa už na Slovensku používajú, ale viaceré príspevky informovali o najnovších výsledkoch výskumu a vývoja, ktoré ešte neboli v takýchto podrobnostiach publikované.

Čo teda z oblasti automatizácie arobotizácie už stavebná prax využíva? Ktoré problémy sú v štádiu výskumu? Aká je perspektíva využitia automatov arobotov v stavebnej výrobe a s ňou súvisiacich činnostiach v blízkej a vzdialenejšej budúcnosti?

Ak rozčleníme problematiku diskutovanú na sympóziu podľa štruktúry činností, ktoré sú súčasťou výstavbového procesu, potom bolo možné najsť v príspevkoch príklady využitia automatizácie a robotizácie vo fázach projektovej istavebnotechnologickej prípravy stavby, pri riadení výstavbového procesu, pri samotnej stavebnej činnosti, diagnostike stavu konštrukcií, ale aj pri prevádzke stavieb.

Príprava stavieb

Pri príprave stavieb sa v ostatnom čase v mnohých štátoch vyvíjajú a aplikujú automatizované informačno - komunikačné systémy, ktoré zabezpečujú počas tohto štádia pružnú spoluprácu stavebníka s projektantom a prípravárom stavby. Každý z týchto subjektov je počas celej prípravy cez sieť informovaný o priebehu prípravy a jej aktuálnom stave v štruktúre údajov, ktoré sú pre jeho záujmy relevantné. Môže teda pružne reagovať na vývoj prípravy tak, aby sa zabránilo v jej pokračovaní nesprávnym smerom. Koncept takýchto systémov bol vytvorený už v roku 1970, v praxi sa začali používať v roku 2001 (USA, Finsko) a postupne sa rozširovali do ďalších štátov.

Dnes sú najviac rozšírené a rozvíjané dva systémy: systém BIM (Building Information Modeling) a systém CIC (Computer Intergrated Construction). Oba systémy obsahujú 3D informácie oprojekte a tiež rozsiahle podporné databázy, ktoré umožňujú ich používateľom kvalifikovane hodnotiť spracovávané informácie (Youngsoo Jung). V ostatnom čase sa tieto systémy rozširujú aj o súčasti, ktoré slúžia účastníkom výstavby počas realizácie stavby (Anoop Sattineni). Stavebník a projektant môžu získavať aktuálne údaje o priebehu prác na stavbe z informácii zadávaných zhotoviteľom, ale aj z kamier rozmiestnených na stavenisku. VUSA sa tieto systémy využívajú aj na získavanie dát pre environmentálnu certifikáciu budovy LEED (Leadreship in Energy and Environmental Design) (Salman Azhar).

Riadenie procesu výstavby

Pri realizácii stavby sa vo viacerých štátoch používa celý rad nových technológií a zariadení, alebo ich kombinácií. Veľmi široké uplatnenie v ostatnom čase nachádzajú systémy využívajúce technológiu RFID (Radio Frequency Identifikation). Rýchly rozvoj pasívnych a aktívnych RFID identifikátorov, najmä zväčšovanie ich dosahu a objemu zaznamenávaných dát, možnosti ich kombinácií so senzormi a nízka cena vytvorili podmienky pre ich uplatnenie v oblasti identifikácie zásob na stavenisku (Yan-Chyuan Shiau), vrátane automatickej identifikácie miesta zabudovania výrobkov a komponentov stavby.

Pri kombinácii technológie RFID stechnológiou GPS je možná identifikácia pohybu stavebných strojov, ale aj robotníkov a ostatného personálu na stavenisku. Pri integrácii so systémom BIM môže stavbyvedúci v reálnom čase identifikovať (zobraziť v 3D na monitore) polohu osoby, predmetov alebo zariadení, ktoré sú vybavené RFID tagom. Počítač môže súčasne vyhodnotiť, či sa napr. robotník nachádza v tej časti stavby, kde má vykonávať svoju činnosť. (Anoop Sattineni, Shigeomi Nishigaki).

Kombinácia RFID a GPS sa využíva aj v systémoch varovania pred nebezpečenstvom úrazu, ktorý hrozí osobám pohybujúcim sa po stavenisku od pohybujúcich sa telies. Každá osoba je vybavená indifikátorom pohybu, ktorý je v bezdrôtovom spojení so základňou. Snímačmi pohybu a polohy sú vybavené aj stroje a iné potenciálne prekážky, napr. bremená, ktoré budú prepravované žeriavom a pod. Pri nebezpečnom priblížení stroja alebo telesa ohrozenú osobu upozorňuje akustický signál zo slúchadla v prilbe (Alessandro Carbonari).

Kombinácia identifikátorov RFID so senzormi umožňuje automaticky monitorovať fyzické zaťaženie pracovnej sily počas práce na stavenisku pomocou systému PDMS (Physical Demand Monitoring System). Systém sleduje u každého člena vybranej skupiny ľudí tep, dýchanie, teplotu a pohyb. Tak možno identifikovať nadmernú únavu pracovníka apredchádzať poškodeniu zdravia alebo úrazom. (Umberto C. Gatti).

Viacero príspevkov sa zaoberalo systémami a technológiami pre priebežné monitorovanie aktuálneho stavu konštrukcií. V tejto oblasti sa vyvíjajú najmä systémy založené na kombinácií viacerých monitorovacích technológií. Je to napr. systém, ktorý pozostáva zdvoch snímacích zariadení - laserového skenera priestoru a videokamery, ktorá dopĺňa informácie o priestorovej polohe každého bodu sledovaného povrchu získaného laserovým skenovaním o informácie o jeho farbe a textúre. Oba druhy informácií sú potom spracované počítačom a zlúčené do 3D obrazu (Hyojoo Son).

Iný prezentovaný systém, umožňujúci 3D zobrazenie stavu výkopov v reálnom čase, kombinuje GPS a presné, ale relatívne pomalé laserové skenovanie so snímaním výkopu pomocou stereo videokamery, ktoré je rýchle, ale málo presné. Záznamy spracováva počítač (Seok-joon You).

Stavebné práce

Systémy, ktoré spoľahlivo a presne zobrazujú v reálnom čase stav konštrukcie, sa využívajú pri diaľkovom ovládaní stavebných strojov, ktoré je veľmi užitočné najmä v situáciách, kde by mohlo dôjsť k ohrozeniu bezpečnosti obsluhy (búracie práce, práce s kontaminovaným materiálom a pod.). Pre presné diaľkové ovládanie strojov boli v ostatnom čase vyvinuté viaceré ovládacie zariadenia novej generácie. Jedným z nich je tzv. haptic remote - nový druh joysticku, ktorý umožňuje veľmi citlivo ovládať napr. pohyby ramena a lyžice rýpadla jednou rukou, pretože obsluha cíti (haptic - hmatový) reakciu - odpor zariadenia úmerný záťaži stroja (Dong-nam Kim).

Geodézia a diagnostika

Aj do geodetických meraní, ktoré sa na stavbách dlhé roky realizovali najmä s použitím optických zariadení, prenikajú v ostatnom čase stále rýchlejšie nové technológie, ktoré umožňujú merania automatizovať alebo robotizovať. Príklady použitia takýchto postupov boli na sympóziu vo viacerých príspevkoch. V príspevku zo Slovenska (Peter Kyrinovič, Alojz Kopáčik) bol prezentovaný automatizovaný merací systém pre meranie geometrie koľajníc mostovej žeriavovej dráhy. Systém pozostáva z geodetickej robotickej stanice a elektronického meracieho zariadenia. Zariadenie je vedené po koľajnici tak, aby sledovalo jej horizontálnu a vertikálnu polohu. Polohu tohto zariadenia sníma robotická stanica. Obe súčasti systému sú napojené na notebook. Fungovanie systému bolo overované na mostovej žeriavovej dráhe haly v elektrárni Gabčíkovo.

Iný príspevok (Jose Llamas) popisuje automatizované spracovanie 3D projektovej dokumentácie skutočného stavu historických stavieb pomocou kombinácie fotogrametrie a skenovania budovy laserovou skenovacou technológiou, ktorá zaznamenáva tzv. mračno bodov. Navrhnutý spôsob umožňuje vypracovať tzv. "stone-by-stone plans" . O každom zobrazenom kameni je v dokumentácii informácia o jeho rozmeroch, tvare afarbe. Autori ďalšieho príspevku prezentujú nové geodetické technológie, ktoré sa používajú pri prieskume technického stavu mostov pomocou laserového skenovania ich povrchov. Príspevok popisuje a hodnotí štyri spôsoby 3D zobrazenia povrchov a možnosti interpretácie získaných výsledkov. Táto technika podstatne zefektívňuje (spresňuje a urýchľuje) prieskum, ktorý sa musí v USA vykonávať v dvojročných intervaloch na cca 600 000 mostoch (Guzide Atasoy).

Zaujímavé boli aj viaceré prezentácie noviniek, týkajúcich sa automatizácie niektorých diagnostických činností. Výsledkom výskumu a vývoja dvoch pracovísk v Španielsku je zariadenie na automatickú kontrolu stavu povrchu komunikácií, ktoré zaznamenáva trhliny a záznam analyzuje. Zariadenie je namontované na automobile. Záznam sa získa špeciálnym digitálnym fotoaparátom (trhliny sú zvýraznené Gaborovými filtrami), ktorého snímanie je riadené pomocou impulzov z kolesa automobilu. Snímaný povrch je intenzívne osvetlovaný laserom. Miesto záberu sa veľmi presne lokalizuje pomocou DGPS (Differential Global Positioning System).

Záznamové zariadenie umožňuje snímať povrch komunikácie s rozlíšením 1 mm na pixel. Šírka snímaného pásu je 4,0 ma rýchlosť pohybu automobilu, na ktorom je zariadenie namontované, môže byť pri snímaní až do 100 km/h! Získaný záznam sa spracováva pomocou počítača (Roberto Medina).

Autori iného príspevku predstavili zariadenie na monitorovanie stavu konštrukcie pomocou senzorov napájaných batériou, vysielajúcich bezdrôtovo signály o nameraných hodnotách. Zariadenie umožňuje sledovať statické poruchy nových aj historických stavieb. Prototyp používa ako senzory inklinometre schopné zaznamenať zmenu uhlu prvku konštrukcie s presnosťou 0,0003°. Vysielané dáta sú spracovávané počítačom, ktorý vyhodnocuje stav konštrukcie a v prípade nebezpečenstva spustí poplach (Berardo Naticchia).

Vývoj robotov

Všeobecná predstava robota ako umelého tvora podobného človeku s rukami, nohami a hlavou má od robota používaného v priemysle dosť ďaleko. Predstaviť si, ako sa takéto zariadenie pohybuje po stavenisku, stavia debnenie alebo muruje stenu, je dosť ťažké. Treba však povedať, že aj roboty murujúce steny boli už vyvinuté (aj keď sa na človeka nepodobajú) a roboty sa používajú tiež pri výrobe debnenia alebo iných stavebných materiálov. Prehľad rôznych druhov robotov používaných v stavebnej výrobe bol zosumarizovaný v poslednom článku zborníka zo sympózia (Pavel Svoboda).

Jedným zo známych príkladov významného využitia robotov pri výstavbe je stavba mnohopodlažných budov pomocou systému ABCS (Automatical Building Construction System), ktorý vyvinula ešte na začiatku 90. rokov minulého storočia Japonská firma Obayashi. Pomocou tohto systému sa postavila vTokiu hrubá stavba viacerých výškových budov. Celú konštrukciu hrubej stavby (včítane obvodového plášťa) montovali roboty riadené počítačom. Sústava robotov - manipulátorov, zváracích robotov - bola namontovaná na spodnej časti montážnej nadstavby vytvorenej nad základovou konštrukciou, ktorá sa zdvíhala pomocou hydraulických valcov tak, aby po montáži jedného podlažia vznikol priestor pre montáž ďalšieho.

Podľa jednej z definícií je robot počítačom riadený integrovaný systém, schopný autonómnej, cieľovo orientovanej interakcie s prostredím, podľa inštrukcií človeka. Interakcia spočíva vo vnímaní prostredia, jeho rozpoznávaní, v manipulácii s predmetmi alebo v pohybe v prostredí.

Podmienkou interakcie s prostredím je tzv. senzorika, ktorá u robota nahrádza zmysly človeka. Jeden z príspevkov informoval o vývoji čipu, ktorý robotovi umožní lepšiu orientáciu v priestore ako doposiaľ používané riešenia. Čip zahŕňa a spracováva senzormi zistené vzdialenosti od stacionárnych prekážok, ako aj od pohybujúcich sa prekážok, vyhodnocuje trasu jeho pohybu atď. (Ying-Hao Yu).

Prekážkou rýchlejšieho vývoja a zavádzania robotov do stavebnej výroby je rôznorodosť (nekompatibilita) používaných komponentov. Tento problém bol diskutovaný v ďalšom príspevku, ktorý analyzoval súčasný stav vo vývoji robotov a zdôvodňoval potrebu (a výhody) unifikácie modulov robotov (napr. modul pre orientáciu robota v priestore a pod.) tak, aby mohli pracovať s využívaním všetkých bežných operačných systémov počítačov. Okrem výroby by sa tak zjednodušila a zefektívnila aj údržba a obsluha robotov (Kenichi Ohara).

Prevádzka stavieb

Využívanie automatov a robotov pri zabezpečovaní prevádzky stavieb je známe najmä v tzv. inteligentných stavbách, obsahujúcich systémy reagujúce na meniace sa okrajové podmienky, tak, aby bola minimalizovaná energetická náročnosť budovy, vytvárané optimálne podmienky pre pobyt osôb atď.

Ďalšou, stále širšou oblasťou využitia automatov a robotov je ich asistencia pri rôznych činnostiach najmä zdravotne postihnutých a starých ľudí. Vývojom takýchto zariadení sa zaoberá celý rad pracovísk. Na sympóziu sa zúčastnili zástupcovia viacerých z nich. Príspevky, ktoré prezentovali, sa zaoberali napr. problematikou výstavby domov pre starých ľudí, ktorí nechcú ísť do starobincov, ale chcú byť monitorovaní, aby mohli dostať rýchlo pomoc a chcú tiež, aby ich dom bol prispôsobený potrebám ľudí vo vysokom veku (Remy D. van der Viles) a problematikou využitia robotov v domácnosti (Thomas Bock).

Roboty môžu byť stabilné (robotické steny alebo nábytok), mobilné, slúžiace pre uľahčenie pohybu imobilných osôb, asistujúce pri kúpaní a pod, alebo samostatné mobilné vykonávajúce samostatne rôzne činnosti a práce v domácnosti alebo aj vo vonkajšom prostredí (robot - nosič nákupu, strihajúci trávnik a pod.). Posledná skupina robotov má zvyčajne aj vzhľad podobný ľuďom.

Budúcnosť automatizácie a robotizácie v stavebníctve

Mnohí zo skoršie narodených si pamätajú na články z populárno - vedeckých časopisov, v ktorých sa predpovedal vývoj vedy a techniky v najbližších desaťročiach. Tak napríklad podľa článkov zo 60. a 70. rokov minulého storočia sme sa už na začiatku tohto tisícročia mali v mestách prepravovať pomocou individuálnych lietajúcich strojov. Nestalo sa. Na druhej strane sme sa dočkali v mnohých oblastiach takého prudkého rozvoja, o akom sa nám v oných rokoch ani nesnívalo. Ťažko je byť prorokom, ale isté je, že ani v oblasti automatizácie a robotizácie sa vývoj nezastaví. Len je ťažké odhadnúť, akým smerom sa bude uberať a čo sú slepé uličky.

Možno je budúcnosť realizácie stavieb v smerovaní, ktoré naznačil príspevok (Nano-to-meter-scale automated building), prezentujúci výskum na Stanfordskej univerzite, Michiganskej univerzite a Mariborskej univerzite, ktorého cieľ je vyvinúť metódu automatizovanej stavby budov založenú na využití bionanorobotov a na obdobnom princípe výroby konštrukcie ako sa používa pri tlači 3D (Danijel Rebolj). Stavebný materiál - uhlíkové vlákna - majú produkovať nanoroboty z CO2 obsiahnutého vo vzduchu a to priamo v práve "tlačenej" vrstve stavby. Nanoroboty majú byť riadené a zásobované energiou pomocou svetla rôznej vlnovej dĺžky a majú vyrábať 3D uhlíkové vlákna (trubice) s rôznymi vlastnosťami (rôzna pevnosť, vodivosť, farba, priesvitnosť atď.). Celá činnosť nanorobotov bude riadená počítačom cez projektor inštalovaný nad staveniskom.

Zo záverečnej diskusie účastníkov sympózia vyplynulo, že odpoveď na otázku v nadpise tohto článku je jasná: roboty nám domy stavať budú, ba dokonca už aj stavajú a pomáhajú nám aj v iných činnostiach. Medzi ich prednosti patrí, že sú disciplínované, neúnavné, zastúpia nás v nepriaznivom prostredí, neštrajkujú a nebudú potrebovať dôchodok. Máme teda veľa dôvodov, aby sme takýchto pomocníkov stále zdokonaľovali. Len musíme dúfať, že jedného dňa nebudú také dokonalé, že sa zaobídu aj bez nás.

Doc. Ing. Ivan Juríček, PhD., Stavebná fakulta STU Bratislava
Ilustračné foto: D. Lalíková

zdroj: VYDAVATEĽSTVO EUROSTAV, spol. s r.o.

Obsah textu nie je možné bez súhlasu autora / autorov ďalej šíriť a publikovať

Páčil sa vám článok?

áno: 133     nie: 98

Odporúč

pošli na vybrali.sme.sk

 

Odporúč známemu


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všetky práva vyhradené. Ochrana údajov –  Podmienky poskytnutia služby