El desarrollo de las tecnologías ha traído consigo una nueva industria que es capaz de aportar rapidez, seguridad y reducción de costos a otras industrias como la construcción. Se trata de la robótica, que está incursionando cada vez más en aspectos de la edificación, desde la elaboración y extracción de materias primas hasta la construcción propiamente dicha y la de los acabados. Esto ha significado, para las empresas constructoras de países desarrollados, mejoras económicas importantes.
Los robots, como tales, comenzaron a ser usados en la manufactura industrial desde la pasada década del 60, con el innovador modelo Unimate. Desde entonces han demostrado que su precisión y velocidad es una ventaja en un mundo cada vez más competitivo. Así lo reafirmaron en industrias como la automovilística desde los 70´s, cuando el número de robots presentes en fábricas de todos los rubros comenzó a incrementarse de forma geométrica. Se estima que actualmente en todo el mundo operan alrededor de 800,000 robots.
Desde la aparición de Unimate, en los años 60, los robots han evolucionado e incursionado en cientos de actividades productivas como la construcción.
En las últimas décadas los robots han evolucionado gracias a los avances informáticos, tanto de hardware como de software, con mejoras en los sistemas de sensores, de materiales, y de inteligencia artificial. Aunque los avances fueron importantes, durante mucho tiempo su uso estuvo restringido a la interacción con piezas o herramientas dentro de un ambiente controlado y automatizado. Estas condiciones aportaron ventajas al uso de los robots, que principalmente son la rapidez, precisión, no se cansan y pueden ser programadas para trabajar coordinadamente con otros robots.
Con el avance de las investigaciones, comenzaron a reemplazar a los humanos en tareas riesgosas o en las que el humano está limitado por su fuerza o precisión. Este tipo de robots se desenvuelven en entornos cambiantes y tienen una importante interacción con las personas. Sus aplicaciones más exitosas en ambientes controlados fueron en la medicina, la agricultura y la construcción, siendo esta última donde está presente la mayoría de unidades.
En los últimos años, el diseño de robots para la construcción ha apuntado a su aplicación en la infraestructura civil y la construcción de viviendas.
EN LA CONSTRUCCIÓN
La construcción es una de las actividades más importantes en cualquier economía. Se estima que entre el 10% y el 20% de las inversiones de un país están destinadas a obras civiles y construcción de edificios. Pero a pesar de su importancia en países en vías de desarrollo, como el nuestro, se hace cada vez más difícil y costoso encontrar mano de obra calificada, especialmente para trabajos de riesgo.
Un ejemplo claro es Japón en donde esta actividad no es atractiva para los jóvenes y muy pocos se incorporan al mercado laboral en especialidades relacionadas a la construcción. Por ello, no es de extrañar que el país oriental sea el que más robots tiene en el rubro de la edificación.
Aunque los ambientes son cambiantes, se han podido incluir el uso de robots en numerosos procedimientos constructivos. En el país del sol naciente se usan robots para alrededor de 100 funciones como la soldadura de vigas y estructuras de acero, remachado, inspección ultrasónica de la soldadura, proyección de cemento en suelos, proyección de materiales de acabado interior, proyección de material aislante, manipulación y colocación de paneles de acabado interior, proyección de cemento en túneles, pintado, inspección de exteriores de edificios, excavación y movimiento de tierras, y la colocación de piezas o estructuras exteriores de construcción.
APLICACIONES
En obras civiles de infraestructura, como carreteras, el desarrollo de robots se centró en pavimentadoras y compactadoras de asfalto semi autónomas, como el proyecto de la Unión Europea (UE), CIRC y el proyecto Osyris. Estos se basaron en la tecnología GPS y los datos de láser para la orientación de las máquinas y el control de calidad de los adoquines y la velocidad del rodillo, además de la temperatura, el espesor de la capa, la distancia recorrida y otros parámetros.
El país a la vanguardia en el uso de robots en la construcción es Japón, donde se han desarrollado sistemas para diversas aplicaciones como la soldadura. Pero en la Unión Europea también se desarrollaron sistemas para la operación de maquinaria. Actualmente, se está experimentando con diseños como Robotops.
En el campo de movimiento de tierra, la investigación se centra en la introducción de nuevos sistemas de control a distancia de las máquinas existentes, como excavadoras, retroexcavadoras, bulldozers, etc. Entre los principales exponentes de esta área de investigación se encuentra la empresa Csiro, que ha desarrollado sistemas para el control de maquinaria para la construcción. Uno de estos sistemas se montó en una grúa de 100 m de altura utilizada en minería de carbón a cielo abierto. El sistema mejoró la eficiencia de la máquina, tomando en cuenta que el cubo (pala) pesa unas 40 toneladas cuando está vacío y hasta 120 toneladas cuando está lleno. Actúa como un péndulo grande y requiere la habilidad del operador para el control del pozo. Esta misma empresa ha desarrollado una línea de sistemas de control robotizado para maquinaria que es capaz de reconocer su entorno y moverse en él, ejecutando las funciones programadas.
La inspección periódica y el mantenimiento de la infraestructura civil fue otra importante actividad para la investigación. La inspección de los esqueletos de edificios, techos complejos, plataformas off-shore, puentes, etc, representan un campo extenso y valioso trabajo. Se estima que en la UE hay más de 42,000 puentes de acero con un costo de reemplazo de 350 millones de Euros. Para ello se diseñó la familia de robots trepadores Roma, capaces de transitar en un entorno 3D complejo para llevar a cabo inspecciones mediante sensores, como el telémetro láser y cámaras a color, con el fin de transmitir datos a sus operadores.
En cuanto a la construcción de viviendas, las investigaciones se centraron en las operaciones de acabado de interiores en edificios, ya que requieren de mucho tiempo y altos grados de precisión. Hay varios manipuladores móviles capaces de realizar diversas operaciones como extender, compactar y controlar el espesor del concreto del piso, la pintura y protección contra incendios de las columnas de acero, la pulverización, el montaje de paredes y techos interiores, etc… La mayoría de estos robots son teloperados realizan operaciones simples y son de procedencia japonesa. Un ejemplo es “Mighty Hand”, de la marca Kajima, que sostiene elementos pesados en la construcción de muros de concreto. Otro es SurfRobo, de la empresa Takenaka, que de forma automática compacta el suelo de concreto mediante el uso de dos tipos de flotadores giratorios. Es capaz de ejecutar hasta 300 m2/h de doble acabado de pavimentos. Estos robots ya se emplean en varias obras donde se logró la liberación de los trabajadores de miles de operaciones.
El uso de robots en la construcción de edificios con el sistema de albañilería o bloques también fue investigado. Por ejemplo el proyecto ROCCO, de la UE, fue desarrollado para lograr un alcance de 10 m y una capacidad de carga de hasta 500 kgs mediante motores hidráulicos. El robot está equipado con un telémetro láser autotracking en la punta con el fin de realizar la colocación de los ladrillos. El robot lleva a cabo la secuencia de montaje entregada mediante un software de planificación y necesita un proceso de inicialización con el fin de conocer la posición de los ladrillos.
La construcción también demanda equipos portátiles y maniobrables para operaciones manuales. Para ello, se desarrollaron exoesqueletos, que en un primer momento tuvieron fines militares. Estos robots incrementan la capacidad de carga de un operario para manejar cargas pesadas y les permite trabajar con menores niveles de agotamiento físico. La limitación de estos equipos es la fuente de energía, que tiene un corto periodo de servicio antes de que sea necesario recargarla.
En trabajos riesgosos como excavaciones, los robots pueden brindar seguridad a los humanos al reemplazarlos en la operación de maquinaria pesada a través de control remoto o con equipos para demolición en espacios pequeños dirigidos por personal capacitado.
Este es el caso del sistema de teleoperación de maquinaria en lugares riesgosos desarrollado por la empresa japonesa Fujita. Este es controlado por operadores humanos a distancias de hasta 2 km manteniendo a salvo al equipo de personas e ingenieros a cargo de la obra. Los operadores reciben en tiempo real las imágenes de video a través de un sistema inalámbrico y devuelven instrucciones. Este sistema puede ser instalado en prácticamente cualquier retroexcavadora. Por su peso de 100 kg necesita de solo 2 o 3 técnicos que pueden ponerlo en operaciones en una hora.
Robots teleoperados son ofrecidos actualmente para actividades de demolición de estructuras en espacios reducidos. LaBounty Stanley, unidad de negocio de Stanley Herramientas Hidráulicas, presentó su último robot para demolición controlada, el F16. Es el más ligero y con la más alta relación potencia-peso, mayor rango de trabajo, y la tecnología más propia y las características estándar que cualquier equipo en su clase. El robot de accionamiento eléctrico está diseñado para desmontaje selectivo de las losas de concreto, escaleras, paredes y otras estructuras internas. Tiene la capacidad de cambiar la herramienta de martillo percutor a cizalla en pocos segundos y sin la necesidad de la ayuda manual de su operador.
Similar es el robot de demolición Husqvarna DXR 140, el menor de sus hermanos mayores DXR 310 y DXR 250. Es posible utilizar la máquina en sitios de construcción demasiado peligrosos para los trabajadores. Es un poderoso aliado ideal para trabajos de demolición en zonas restringidas. La anchura de la máquina de 960 kg es solo 77 cm, permitiendo que el robot de demolición pueda pasar por casi todas las puertas y en los ascensores o en un remolque. A pesar de su tamaño compacto tiene un alcance de 3.7 m y una potencia de 11 kW o 15 kW.
Para espacios reducidos y potencia de carga es que la empresa japonesa Tadano está desarrollando su grúa Robotops. Un robot de cuatro patas y dos brazos que integra las tecnologías estructurales, hidráulicos y electrónicos de control que la empresa desarrolló para otras grúas. Emplea un sistema de control de movimiento que la hace capaz de caminar. Esta máquina encarna las posibilidades que ofrecen las grúas del futuro. Aunque actualmente no hay planes para comercializar el diseño, se dice que es la base para el desarrollo de futuros productos de Tadano.
Algunas empresas desarrollaron los sistemas integrados automatizados para la construcción. De la misma forma para la construcción con elementos prefabricados.
El desarrollo de sistemas automatizados y robóticos alcanzó sus mayores dimensiones con los proyectos Big Canopy y ABCS de la japonesa Obayashi Corporation. Por su parte Shimizy Corporation desarrolló SMART y New SMART. Estos cuatro desarrollos son sistemas integrados automatizados para la construcción. Es decir que son entornos con sistemas automatizados para diferentes tareas y actividades al servicio del proceso constructivo, como grúas, áreas de soldadura y otras. Estos entornos se ubican en la cima de la estructura y edifican piso por piso usando sistemas constructivos con piezas prefabricadas o más convencionales. Algunos de estos sistemas se ubican sobre cuatro soportes de grúas torre para incrementar su altura conforme avanza la obra, otros son sistemas trepantes.
Entre las operaciones que estos sistemas pueden realizar se encuentran montaje y soldadura de estructuras de acero, colocación de placas prefabricadas de concreto del piso, exterior e interior; y la instalación de varias unidades prefabricadas. Las ventajas de estos sistemas son la reducción de tiempos en la construcción hasta en un 30%, reducción de mano de obra y, por lo tanto, de costos.
ABCS
Uno de los sistemas considerados más exitosos es el sistema ABCS, que permite continuar con la edificación independientemente de las condiciones climáticas en el exterior de un ambiente controlado. Cuenta con sistemas de transporte vertical y horizontal de material y componentes estructurales. Asimismo, soporta grúas y puede almacenar acero estructural. Es una especie de caja que es capaz de albergar toneladas de material y proveer a la obra sin inconvenientes.
Tiene un mecanismo trepante que se apoya en las columnas del edificio. Cuando la construcción de la estructura y los exteriores de dos pisos está completa, el ABCS se eleva de forma automática. Todo el sistema incluyendo las grúas y el montacargas pesa aproximadamente 2,200 toneladas.
El entorno Big Canopy, de la misma empresa que desarrolló el ABCS, es otro sistema automatizado para construcción. Está diseñado para la construcción con elementos prefabricados. Cuenta con transporte automatizado, aire acondicionado y otros sistemas destinados a brindar soporte a las actividades de la construcción. Este sistema, a diferencia de la ABCS, se apoya en grúas torre.
EL FUTURO CERCANO
El mercado está demandando robots humanoides que puedan ayudar a los humanos en la ejecución de tareas variadas y complejas. Por ello, la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología Industrial y el Ministerio de Comercio Internacional e Industria del país oriental iniciaron en 1998 un periodo de cinco años de investigación en robótica humanoide. El resultado es el avanzado robot de Honda Investigation y Desarrollo Ltd. Las empresas Fujitsu, Hitachi y la Universidad de Tokio también han desarrollado un robot humanoide virtual. Las posibles aplicaciones en la construcción incluyen operación de la planta, soldadura, manejo de materiales, recuperación de desastres, operaciones de la industria nuclear y los servicios de seguridad. Sin embargo, se puede argumentar que los complejos movimientos bípedos pueden ser innecesarios para muchas aplicaciones de la construcción.
