El Centro Nacional de Ingeniería Robótica ( NREC ) es una unidad operativa dentro del Instituto de Robótica (RI) de la Universidad Carnegie Mellon . El NREC trabaja en estrecha colaboración con clientes gubernamentales e industriales para aplicar tecnologías robóticas a procesos y productos del mundo real, incluido el diseño de vehículos y plataformas no tripulados, la autonomía , la detección y el procesamiento de imágenes, el aprendizaje automático , la manipulación y la interacción entre humanos y robots .
NREC aplica tecnologías robóticas para construir sistemas prototipo funcionales desde el concepto hasta la comercialización . [1] Un proyecto típico de NREC incluye una demostración rápida de prueba de concepto seguida de una fase de desarrollo y prueba en profundidad que produce un prototipo sólido con propiedad intelectual para licencia y comercialización. A lo largo de este proceso, NREC aplica las mejores prácticas para el desarrollo de software , la integración de sistemas y las pruebas de campo. Los patrocinadores y socios incluyen empresas industriales, nuevas empresas tecnológicas y agencias federales como DARPA , el Departamento de Transporte , la NASA , el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea y el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU .
El modelo de investigación del NREC se basa en
En 1994, los científicos del Centro de Robótica de Campo Carnegie Mellon se dieron cuenta de que el campo de la robótica móvil estaba lo suficientemente maduro para su aplicación comercial en la agricultura, la construcción, la minería, los servicios públicos y otros mercados. En consecuencia, se creó el Consorcio Nacional de Ingeniería Robótica (NREC) con la misión de desarrollar y hacer la transición de la tecnología robótica a la industria y las agencias federales. La financiación original del centro incluía 2,5 millones de dólares de financiación inicial de la NASA . [1]
En 1996, la organización se trasladó a sus instalaciones actuales en el barrio de Lawrenceville , en Pittsburgh , y pasó a llamarse Centro Nacional de Ingeniería Robótica. El NREC está ubicado en un edificio de fundición de 9.200 metros cuadrados renovado, en un terreno industrial abandonado recuperado.
CHIMP es un robot de tamaño humano que, cuando está de pie, mide 1,57 metros de alto y pesa unos 180 kilos. Los ingenieros del equipo de rescate Tartan diseñaron a CHIMP para trabajar en entornos peligrosos y degradados que fueron construidos para personas, no para robots. CHIMP funciona de forma semiautónoma y puede planificar y llevar a cabo instrucciones de alto nivel dadas por su operador. Su forma casi humana, su fuerza, precisión y destreza le permiten realizar tareas complejas a nivel humano. CHIMP no es un robot caminante equilibrado dinámicamente. En cambio, está diseñado para moverse sobre orugas estables, similares a las de un tanque, incorporadas en sus cuatro extremidades. Cuando necesita operar herramientas eléctricas, girar válvulas o usar sus brazos de alguna otra manera, CHIMP puede ponerse de pie y rodar sobre las orugas de sus patas. Los largos brazos delanteros del robot (de casi 1,52 metros) le dan una apariencia similar a la de un simio.
CHIMP quedó en tercer lugar en las pruebas del Desafío de Robótica de la DARPA en diciembre de 2013. [9] [11] Con una puntuación de 18 de los 32 puntos posibles durante las pruebas de dos días, el equipo demostró la capacidad del sistema para realizar tareas como retirar escombros, abrir puertas, hacer un agujero en una pared y cerrar una serie de válvulas. El sistema fue seleccionado como uno de los nueve sistemas elegibles para recibir financiación de la DARPA para prepararse para las finales del Desafío de Robótica de la DARPA en 2015. [10]
El equipo Tartan Racing de la Universidad Carnegie Mellon [6] y General Motors construyeron un todoterreno autónomo que ganó el primer puesto en el Desafío Urbano DARPA de 2007. [5] La carrera del Desafío Urbano se celebró el 3 de noviembre de 2007 en las instalaciones de entrenamiento de Victorville, en California. Once equipos compitieron entre sí para completar un recorrido urbano de 96 kilómetros en menos de seis horas. Sus vehículos tuvieron que ejecutar misiones simuladas en una zona urbana simulada mientras obedecían las leyes de tránsito, se incorporaban de forma segura al tráfico en movimiento, circulaban por rotondas, negociaban intersecciones concurridas y evitaban otros vehículos, todo ello sin intervención humana.
Protección de vehículos : la capacidad de detectar obstáculos y peligros del terreno aumenta significativamente la seguridad de los vehículos agrícolas tripulados y no tripulados. El proyecto utiliza técnicas de aprendizaje automático para construir un sistema de detección de obstáculos robusto que se pueda adaptar fácilmente a diferentes entornos y condiciones de funcionamiento. NREC integró sus paquetes de percepción adicionales en un equipo de tres tractores controlados por computadora desarrollados por John Deere . Estos tractores autónomos se utilizaron en operaciones de cosecha en una turbera. El equipo robótico de cosecha de turba se puso a prueba durante una temporada completa, completando más de 100 misiones de cosecha en una turbera en funcionamiento. Su comportamiento imitó las operaciones manuales de cosecha de turba al tiempo que mantenía un entorno operativo seguro.
Clasificador de plantas de fresas : Basándose en su experiencia en visión, mecanismos y manipulación, NREC construyó un clasificador automático de plantas de fresas que optimiza el proceso de cosecha, mejora la eficiencia y garantiza una calidad constante de las plantas. El sistema de visión artificial está capacitado para clasificar las plantas de fresas utilizando muestras cosechadas por un humano, clasificando plantas de diferentes variedades y niveles de madurez mientras opera en condiciones realistas, donde la lluvia y las heladas cambian la apariencia de las plantas y las raíces pueden contener barro y residuos. Lassen Canyon Nursery y otros productores, que representan aproximadamente el 85% del mercado de viveros de plantas de fresas de California, apoyaron este proyecto y planean utilizar la tecnología en sus operaciones.
Pulverización de huertos : NREC desarrolló un kit de actualización que permite que un tractor funcione sin conductor. Su software calculó con precisión la ubicación del vehículo y le permitió seguir de forma autónoma una ruta predeterminada. El tractor autónomo roció agua mientras seguía una ruta de siete kilómetros a través de un huerto de naranjos sin ninguna intervención humana. Para lograr la capacidad de aprendizaje/reproducción de la ruta, NREC desarrolló un sistema de posicionamiento que utiliza un filtro Kalman extendido para fusionar la odometría, la información del GPS y las mediciones de la IMU. El sistema de seguimiento de la ruta se basa en el algoritmo Pure Pursuit. [ aclaración necesaria ]
NREC y Oshkosh Defense están desarrollando tecnologías de vehículos terrestres autónomos no tripulados para vehículos tácticos logísticos con ruedas utilizados por el Cuerpo de Marines de los EE. UU. Los vehículos terrestres no tripulados CARGO (UGV CARGO o CUGV) están diseñados para uso autónomo en convoyes que combinan vehículos tripulados y no tripulados. Un operador en otro vehículo supervisa uno o más vehículos no tripulados, que conducen de forma autónoma en formación de convoy de día y de noche, en cualquier clima y cuando el polvo y el humo limitan la visibilidad.
Las tecnologías desarrolladas en el marco de este proyecto forman parte del kit UGV TerraMax™ de Oshkosh Defense, que apoya las operaciones de convoyes no tripulados. [12]
Sensabot es un robot robusto diseñado para realizar inspecciones in situ de forma segura en entornos peligrosos, instalaciones aisladas y otros lugares a los que el personal tiene difícil o peligroso acceso. Entre sus ventajas se incluyen la reducción de riesgos y una mayor eficiencia de las operaciones.
El sistema consta de una base robótica móvil equipada con un brazo sensor equipado con sensores de inspección. Es capaz de operar en temperaturas extremas, así como en atmósferas explosivas y tóxicas. El robot es controlado de forma remota por un operador humano que utiliza los sensores para realizar inspecciones en tuberías, accesorios y válvulas. Sensabot ha sido diseñado para cumplir con las normas IECEx Zona 1 para entornos explosivos, así como con las normas de seguridad ANSI para vehículos industriales guiados. [13]
El Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL), Concurrent Technologies Corporation (CTC) y NREC están desarrollando un sistema ecológico para eliminar los recubrimientos de los aviones de la Fuerza Aérea de los EE. UU. gracias al financiamiento del Comando de Material de la Fuerza Aérea (AFMC).
El sistema avanzado de eliminación de revestimientos mediante láser robótico (ARLCRS) utiliza una potente herramienta de decapado láser y robots móviles de última generación para eliminar automáticamente la pintura y los revestimientos de las aeronaves. El sistema completo es escalable para su uso en aviones de combate, de carga y de reabastecimiento. El ARLCRS reducirá los residuos peligrosos, las emisiones atmosféricas, los costes de mantenimiento y el tiempo de procesamiento. CTC está desarrollando los sistemas de eliminación de revestimientos mediante láser y de captura de partículas. NREC está desarrollando los robots móviles, los sensores y el sistema de autonomía.
NREC ha trabajado con socios de la industria minera del carbón para desarrollar tecnología de asistencia al operador para la minería de tajo largo . Esto incluye un sistema de navegación completo para una máquina de minería continua, percepción basada en telémetro láser para la localización de robots , planificación para espacios abarrotados y herramientas de integración y simulación. Este sistema se demostró con éxito en una mina en funcionamiento en Virginia Occidental. [ cita requerida ] La investigación y los objetivos relacionados incluyen la topografía automatizada de minas, el transporte y la interacción entre múltiples máquinas.
ARMOR 1 es un sistema robótico automatizado para que el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. realice operaciones de revestimiento a lo largo del río Misisipi . Una vez implementado, ARMOR 1 reemplazará a la antigua unidad de hundimiento Mat, construida originalmente en 1948. El objetivo es aumentar la velocidad de las operaciones de revestimiento y mejorar la seguridad y las condiciones de trabajo de los empleados que realizan este trabajo vital.
Una vez finalizado, ARMOR 1 incluirá seis grúas robóticas independientes. Estas grúas recogerán los grandes cuadrados de hormigón de la barcaza de suministro y los colocarán en la "cubierta de la estera" de la barcaza de fabricación de ARMOR 1. Allí, los cuadrados individuales se unirán entre sí para formar una "estera" flexible de 140 pies de ancho (y hasta 900 pies de largo) mediante un sistema de unión automatizado. La estera completa se lanzará desde la barcaza y se sumergirá a lo largo de las orillas del río Mississippi, mientras se ensamblan más esteras continuamente en la cubierta.
La Academia de Robótica Carnegie Mellon (CMRA) es una institución educativa de la Universidad Carnegie Mellon y parte del Instituto de Robótica de la universidad, reconocido mundialmente. En el año 2000, el personal administrativo y el equipo de desarrollo de la CMRA se instalaron en las instalaciones del NREC.
La Red STEM de Ciencias de la Computación (CS2N) es un proyecto de investigación colaborativo entre la Universidad Carnegie Mellon, incluida la Academia de Robótica, y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), diseñado para aumentar la cantidad de estudiantes que buscan títulos avanzados en Ciencias de la Computación y Ciencias, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas (CS-STEM).
