La robotica entra in cantiere, come cambiano le costruzioni

robotica cantiere

L’automazione del comparto dell’edilizia con la robotica è un processo lento ma inarrestabile e inevitabile. Un’evoluzione che spesso crea dubbi e preoccupazioni: sono in molti temere che ormai ci si stia incamminando verso un futuro dove le macchine finiranno col sostituire il lavoro dell’uomo. In realtà, si tratta di timori infondati, perché i robot vengono e, sempre più in futuro ,verranno utilizzati per svolgere mansioni ripetitive o pericolose, operando in contesti ad alto rischio per i lavoratori. Il tutto, a beneficio della produttività e della sicurezza.

È inevitabile, il cantiere è destinato a diventare un luogo ancora più variegato e poliedrico rispetto a quanto lo sia oggi. Nel giro di poco, sarà popolato da droni, robot muratori, veicoli scavatori autonomi, esoscheletri, stampanti 3D e tante altre innovazioni tecnologiche. Niente paura, i tecnici e gli operai in carne e ossa non dovranno cercare nuove occupazioni altrove, perché l’impiego della robotica non potrà mai sostituire il lavoro dell’uomo, ma certamente migliorarlo sul piano qualitativo, rendendolo meno monotono, meccanico e noioso.

Nel nostro Paese, però, siamo solo agli inizi e tutto deve ancora succedere.  È risaputo che in Italia il settore delle costruzioni è piuttosto frammentato, con un’alta percentuale di imprese medio piccole e – complice anche la lunga crisi di mercato alle spalle – scarse risorse da destinare a investimenti importanti. In più, quello dell’edilizia è un segmento di mercato che non brilla certo per dinamicità e che si mantiene statico e poco incline ai cambiamenti.

Questo spiega perché da noi la robotica si sia diffusa quasi esclusivamente nel campo industriale e manifatturiero. Tuttavia, non bisogna mostrarsi troppo pessimisti, perché qualcosa lentamente sta cominciando a muoversi anche nel mondo delle costruzioni e un domani potrebbe avere sviluppi interessanti.

Tutto è cominciato in Giappone

L’automazione nel settore dell’edilizia ha mosso i primi passi in Giappone, negli anni Ottanta, quando vennero progettati robot per far fronte al calo demografico e al rischio di scarsa manodopera futura. Seguirono a ruota gli Stati Uniti con l’introduzione nei cantieri di macchine a controllo remoto da utilizzare nei contesti pericolosi.

È ancora il Giappone però che, nel decennio successivo, sviluppa ulteriormente questa tecnologia: infatti, le grandi imprese di costruzioni introducono il sistema di produzione “fuori opera”. Le unità o i moduli abitativi ora possono essere realizzati nell'ambiente controllato della fabbrica, lontano dal cantiere.

Quindi, il montaggio e l’assemblaggio robotizzato dei vari componenti avvengono in ambiente chiuso o comunque coperto, così da poter operare anche in condizioni metereologiche avverse e incrementare sia la produttività, sia la qualità.  I moduli possono essere successivamente trasportati al cantiere per l'assemblaggio finale. Una volta arrivati, questi vengono quindi impilati sulle fondamenta dell'edificio per avviare il processo di costruzione.

In futuro, molti compiti noiosi, rischiosi o sgradevoli verranno svolti da robot. E’ evidente che riguardo ad alcune specifiche abilità gli uomini continueranno ancora ad essere migliori delle macchine, per esempio ogniqualvolta un compito richieda creatività, capacità decisionali e flessibilità. Non si tratta però di una gara per capire chi è più bravo ed efficiente: il punto è  cercare di ottenere la combinazione ottimale di caratteristiche e competenze umane e robotiche.

Oggi alcuni Paesi europei hanno inserito la robotica nei rispettivi programmi nazionali e stanno cercando di promuovere una cooperazione sicura e flessibile tra “automi” e lavoratori allo scopo di migliorare la produttività. La strada è ormai segnata e il settore delle costruzioni in Italia, pur essendo riluttante verso la digitalizzazione e le innovazioni tecnologiche in generale, non potrà ignorare a lungo i cambiamenti che l’Industria 4.0 sta sempre più sollecitando.

La vista dall’alto dei droni

È una tra le più importanti innovazioni che ha cambiato il modo di operare nei cantieri, prestandosi a svariate applicazioni. Il progressivo utilizzo dei droni inevitabilmente cambierà anche il profilo di alcune professioni tradizionali tipiche e modificherà l’intensità del lavoro.

L’ascesa dei droni in questo ambito non conosce ostacoli: tra i numerosi utilizzi, la supervisione e il controllo dei lavori in corso nelle varie fasi di sviluppo, senza dover esporre persone a situazioni di rischio. Poi, i rilievi topografici, la diagnosi energetica e impiantistica, l’ispezione di linee elettriche, condotte e zone di difficile accesso.  Infine, il trasporto di materiali, i rilievi aerei a supporto delle progettazione e la sorveglianza dei cantieri.

Molto importante è l’uso dei droni in fase di progettazione che offre il vantaggio di poter monitorare sia l’area di intervento, sia lo stato di avanzamento dei lavori. Per la movimentazione di materiali, anche se la capacità di trasporto è limitata, queste macchine molto utili per assistere le attività di montaggio quando è complesso e antieconomico realizzare un ponteggio adeguato, come nel caso di edifici con altezze elevate.

I droni sono pensati e realizzati proprio per entrare in scena nelle situazioni più a rischio per l’uomo, oppure in quelle troppo complesse e onerose dal punto di vista logistico, se gestite con metodi tradizionali.

Così questi “dischi o ragni volanti” pilotati da remoto vengono in aiuto ai direttori dei cantieri riportando informazioni in tempo reale e potendo evidenziare da subito inefficienze e problematiche di vario genere ed evitare anche incidenti o imprevisti sul lavoro. I droni possono tornare molto utili anche ai project manager per l’osservazione a distanza dei lavoratori e per la verifica del rispetto degli standard di sicurezza.

Largo ai robot indossabili

Si chiamano esoscheletri, ma non sono quelli degli insetti o dei crostacei: sono apparecchiature cibernetiche esterne capaci  di potenziare notevolmente le capacità fisiche di chi ne fa uso. Si tratta, quindi, di dispositivi indossabili, in pratica di strutture meccaniche esterne che supportano il corpo e ne aumentano forza e resistenza. Sono stati sviluppati originariamente in ambito militare e utilizzati anche in contesti riabilitativi, ma oggi sono sempre più presenti in ambito industriale. In sostanza, il lavoratore si veste con una sorta di  "muscolatura artificiale” e così riesce a svolgere più agilmente e con minor fatica una serie di attività molto pesanti e  ripetitive.

Questi abiti robotici possono essere alimentati a corrente (i cosiddetti esoscheletri attivi, perché motorizzati), oppure non avere nessuna componente meccanica  - in questo caso si definiscono passivi - e si utilizzano come sostegno: qui non c’è, quindi, integrazione tra uomo e robot, ma la struttura funge solo da semplice supporto. Questi esoscheletri sorreggono il lavoratore quando lavora a lungo in una posizione scomoda. Quando, per esempio, è rannicchiato o legato questi dispositivi alleviano la fatica. Nel settore delle costruzioni con queste apparecchiature viene aumentata e la mobilità umana,  migliorata la forza di sollevamento con notevole riduzione dello sforzo.

Oggi sono numerose le aziende produttrici di esoscheletri, in particolare per i settori della medicina e dell’industria, ma anche per il comparto delle costruzioni questa tecnologia sta cominciando ad ampliare il suo campo di applicazione. La produzione comprende esoscheletri separati per schiena, spalle e gambe e naturalmente c’è anche la versione completa, una vera e propria tuta robotica.

Robot muratori e non

Non bisogna pensare a inquietanti umanoidi meccanici che si aggirano indisturbati e altezzosi nei cantieri. I robot che oggi vengono utilizzati nel settore delle costruzioni non ricordano affatto gli automi che si vedono nei film di fantascienza. Dal di fuori, sembrano semplici macchinari edili, simili a tanti altri.

Però qualcosa di umano ce l’hanno: il nome.

Come nel caso di HadrianX, il primo robot muratore realizzato dall'impresa australiana Fastbrick Robotics. Hadrian, è davvero molto efficiente: infatti, funziona giorno e notte ed è in grado di collocale, con estrema precisione, 1000 mattoni all'ora, grazie alla mappa 3D che deve essere installata nel suo computer interno.

Tramite il suo lungo braccio robotico, i mattoni vengono trasportati dal magazzino e posizionati con accuratezza l’uno sopra l’altro, senza sosta. In tre giorni, Hadrian può costruire una casa completa di 180 mq, con tre camere e due bagni. Un progetto sul quale la Fastbrick Robotics ha investito 10 anni di studio e circa sei milioni di dollari.

Poi, c’è Sam100 - un prototipo messo a punto dal MIT (Massachusetts Institute of Technology) di Boston e realizzato dalla società Construction Robotics che lavora su binari ed è in grado di creare una cupola con un diametro di 15 metri in 14 ore.

Dotato di un braccio meccanico multiservizi, viene guidato nei movimenti in cantiere da sensori laser e il suo spostamento avviene su una piattaforma motorizzata. E’ un macchinario totalmente autosufficiente ed ecologico, perché alimentato a pannelli solari. In un futuro non troppo lontano, potrebbe anche essere utilizzato per preparare le fondamenta delle abitazioni in zone remote e difficilmente accessibili. Attraverso il braccio meccanico di precisione e il motore che produce continuamente cemento, Sam riesce a impilare alla perfezione tra gli 800 e i 1.200 mattoni in una sola giornata di lavoro. Decisamente performante, se si pensa per un muratore in carne e ossa la media oscilla dai 300 ai 500 mattoni.

Nonostante l’alto livello di produttività che lo contraddistingue, questo robot non porterà via, comunque, il lavoro ai colleghi umani. Infatti, se assistito da un team di muratori può rendere anche di più ed essere guidato in modo più mirato e con maggiore efficienza. Gli assistenti sono utili anche per la rifinitura dei dettagli, per esempio, per togliere il cemento in eccesso e recuperarlo così da evitare sprechi.

Un’altra ricerca molto interessante è quella portata avanti Politecnico Federale ETH di Zurigo. Qui è stata sviluppata una nuova classe di robot particolarmente performante. Il prototipo di chiama In Situ Fabricator 1 – per gli amici semplicemente IF - ed è la prima macchina in grado di muoversi e orientarsi all’interno di un sito di costruzione in modo autonomo e capace di modificare in tempo reale, se necessario, il design delle strutture in corso d’opera.

Questo robot, resistente alla pioggia e alla polvere, riesce a lavorare, grazie a una batteria elettrica di backup, in modo semi-autonomo in un ambiente mutevole e complesso. Può con facilità raggiungere l’altezza di una parete standard e passare attraverso normali porte. Funziona mediante un collegamento internet che consente al progettista di apportare delle modifiche in tempo reale. Grazie a un sistema di sensori e di telecamere IF è in grado di  percepire l’ambiente che lo circonda e il suo braccio robotico potente e flessibile gli consente di posizionare i vari elementi costruttivi.

Non poteva, infine, mancare un robot italiano al cento per cento: si tratta di Origami 5, proposto dalla società Personal Factory di Vibo Valentia.  Ecco cosa fa di speciale: in uno spazio di meno di sei metri quadrati riesce a produrre malte, intonaci, colle e altre miscele per l’edilizia direttamente sul cantiere, nelle giuste quantità, sotto il controllo di un server centrale che ne monitora i processi. Una macchina che offre il vantaggio di tracciare ogni singolo sacchetto e di etichettarne la destinazione d’uso in cantiere. In pratica, consente di personalizzare l’uso dei materiali rispetto alle caratteristiche d’impiego necessario. Origami 5 conserva le materie prime, le dosa, le miscela insieme al compound chimico, insacca il tutto, verifica che non vi siano errori nella produzione e mantiene attiva la piattaforma di certificazione prodotto.

Può produrre praticamente tutti i prodotti in polvere che vengono denominati “prodotti chimici per l'edilizia”, quindi adesivi cementizi, fuganti, malte da ripristino, intonaci a spessore, intonaci da finitura colorati, intonaci termici, intonaci ecologici, autolivellanti per pavimentazioni, impermeabilizzanti e guaine cementizie, massetti, prodotti per il calcestruzzo stampato e tanti altri prodotti speciali.

La società Personal Factory controlla in remoto la produzione di ogni impianto in ciascuna fase, tracciando il processo produttivo di ogni singolo sacchetto. Questo modus operandi e il servizio di consulenza volta a garantire un disciplinare standard, permettono ai prodotti di avere la marcatura CE e le certificazioni adeguate.

stampa 3D

Dammi una stampante 3D e ti costruisco un ponte

Oltre 4.500 Kg di materiale, quattro unità robotiche e più di 1.100 Km di filamenti: tutto questo è servito per creare il primo ponte in acciaio inossidabile al mondo realizzato con la tecnologia delle stampanti 3D.

E’ successo in Olanda, dove la startup MX3D ha realizzato una specie di robot-operaio specializzato, cui è stata integrata una stampante 3D per permettergli di realizzare elementi con forme complesse e qualunque misura, utilizzando materiali eco-compatibili. Il ponte ha richiesto l’uso di quattro robot industriali multi-asse, capaci di spostarsi in ogni direzione intorno all’oggetto, e sei mesi di stampa. Quella della forma è infatti una delle difficoltà maggiori nella modellazione di un prototipo 3D. Questi robot sono in grado di fondere il metallo, espellendolo e saldandolo man mano che la stampa procede per creare così forme complesse. I progettisti hanno collaborato con la società di ingegneria Heijmans e utilizzato il software Dreamcatcher di Autodesk.

I costruttori robotici sono dotati di sei assi ed il loro compito è stato quello di realizzare una struttura in acciaio inossidabile a mezz’aria, grazie ad un braccio capace di “stampare acciaio” con un meccanismo presente all’interno in grado di fondere il materiale a temperature di 1500 gradi. In questo modo, per la stampante integrata è stato possibile tessere e modellare la struttura in real-time.

Ai progettisti inizialmente non era chiaro quanta sollecitazione potessero sopportare le pareti del canale medievale di Amsterdam, dal momento che era quasi impossibile definire le proprietà dei materiali stampati. A seguito di analisi approfondite, si è scelto di dare al ponte una forma asimmetrica e dinamica, anche per dimostrare che la tecnologia sviluppata da MX3D non è vincolata a forme tradizionali simmetriche.

Naturalmente, all’inizio non tutto è filato liscio: prima di raggiungere il via libera per l’attuazione del progetto, gli ingegneri hanno dovuto superare non poche difficoltà, tra cui l’intasamento dell’erogatore del materiale della stampante e qualche esplosione. Alla fine però il primo test definitivo è stato un successo: la prima struttura reticolare in acciaio, simile ad un ponte e in grado di sorreggere una persona.

Terminato il test di validazione ha preso il via, finalmente, il vero progetto che prevedeva la costruzione di un ponte pedonale e ciclabile di 12,5 metri di lunghezza per l’attraversamento del Oudezijds Achterburgwal, uno dei tanti canali della città vecchia ad Amsterdam. Un ponte che spicca per originalità, sorprendente non solo dal punto di vista estetico ma anche del tatto. La stampante, infatti, è riuscita a stratificare l’acciaio conferendogli un aspetto ruvido e tramato che ricorda quello di un tessuto.

La tecnologia di stampa 3D non è il solo aspetto innovativo del progetto: infatti, per garantire una maggiore sicurezza la struttura in acciaio sarà dotata di una rete di sensori e, durante il suo utilizzo, sarà in grado di rilevare spostamenti, tensioni e modifiche anche minime di tutte le sue componenti,  monitorando il livello di robustezza e flessibilità e registrando anche il numero di persone che ogni giorno lo attraverseranno.

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2 COMMENTI

  1. Sono in pensione ma l’interesse per la robotica in generale e L’ industria 4.0 mi da subito interessato gin dalle prime pubblicazioni sopratutto sulla robotica anche di piccole dimensione.

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