La robótica está empezando a desempeñar un papel más importante en la ingeniería civil, donde los robots pueden servir cada vez más como herramientas útiles.
Muchos profesores de Stony Brook están directamente involucrados en la robótica para resolver problemas modernos, incluidos los profesores asistentes Wei Li, Xi-Jun (Polar) Liang y Paolo Celli, todos miembros del Departamento de Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.
Robots sensibles al tacto
Wei Li está trabajando actualmente en un proyecto de investigación que tiene como objetivo crear robots sensibles al tacto capaces de detectar y manipular materiales delicados.
El proyecto es colaborativo. Shaoting Li, profesor asistente de la Universidad Estatal de Michigan, y Yu She, profesor asistente de la Universidad Purdue, recibieron una beca de investigación de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) por un total de tres años.
Lee, Co-PI, se unió a la Universidad Stony Brook hace poco más de dos años y actualmente formado como ingeniero geotécnico. Este proyecto actual surge de su investigación experimental sobre materia granular.
La investigación utiliza la fotoelasticidad, la propiedad de los materiales transparentes de volverse birrefringentes. Por ejemplo, un haz de luz se puede dividir en dos haces a medida que viaja a través de un material fotoelástico.
«Queríamos estudiar cómo interactúan entre sí las partículas en un medio granular», dijo Lee. «Podemos ver el material iluminarse y cambiar de color cuando están bajo tensión y podemos aplicarlo para estudiar medios granulares. Hemos desarrollado fotoporomecánica para visualizar y medir el estrés efectivo.»
Lee y su equipo han descubierto cómo reducir la tecnología de detección fotoelástica a la punta de los dedos del robot. Con esta tecnología, el robot puede detectar si un objeto es blando, áspero o liso. A través de otras técnicas de desarrollo, el robot también tiene el potencial de visualizar en 3D. sensaciones.
La tecnología de detección del robot tiene más ventajas que el tacto humano. El robot no sólo puede sentir más que la punta de nuestros dedos, sino que también puede manejar materiales delicados como medusas y tofu sedoso con más delicadeza que las manos humanas.
«En el futuro, esto podría aplicarse a robots médicos para cirugía, así como a robots submarinos», afirmó Lee.
El siguiente paso en la investigación es la optimización y miniaturización del diseño. Las aplicaciones de su investigación son infinitas, como permitir el trabajo en lugares que requieren un trabajo delicado que puede no ser seguro para los humanos.
«Ya estamos usando el poder del robot para realizar trabajos de construcción», dijo Lee. Cómo están progresando, ha sido un proceso muy gratificante».
Colaboración humano-robot en la construcción
Si-Ju (Pole) Liang ha dedicado su carrera a hacer que el trabajo de construcción sea más seguro y sostenible con la colaboración entre humanos y robots.
Después de que Liang completara su doctorado en la Universidad de Michigan en 2021, comenzó a trabajar en la universidad. Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional como especialista en robótica. Allí realizó investigaciones relacionadas con la seguridad de los robots colaborativos en varios lugares de trabajo y luego se unió a Stony Brook como profesor asociado.
Liang se centra en el uso de robots para hacer que los trabajos de construcción sean más seguros y fáciles. Su objetivo es eliminar el trabajo agotador.
«Utilizo robots para realizar tareas repetitivas y físicamente exigentes en el trabajo, como levantar objetos pesados, recoger y albañilería», dijo Liang. «Este tipo de trabajo repetitivo y pesado es perjudicial para los humanos. Es muy exigente físicamente y, en su lugar, utilizamos robots. robot para hacer el trabajo.»
Los robots aprenden a imitar tareas de construcción a través de una demostración humana. Un humano puede grabar un video de un proceso como colocar ladrillos o tejas, y luego el robot puede aprender de él. El método se llama aprendizaje por imitación y refuerzo:
Una característica del enfoque de Liang es que también permite que el robot aprenda cómo comportarse en situaciones impredecibles que la demostración puede no haber cubierto, lo que le permite interactuar con el entorno como mejor le parezca.
«El robot puede observar el entorno y encontrar diferentes soluciones si no ve esos escenarios en la pantalla humana», dijo Liang. «Pueden interactuar con el entorno para descubrir si hay una mejor solución para ellos». el trabajo.»:
El desafío actual es determinar la forma más efectiva para que el robot aprenda de las demostraciones. Los videos ofrecen una opción, pero el simulador también es una idea en la que está trabajando el equipo de investigación de Liang. El entorno virtual presenta algunos desafíos, particularmente en lo que se llama. una brecha de simulación del mundo real.
«El siguiente paso es tratar de desarrollar un algoritmo que pueda cerrar esta brecha», dijo Liang, «para que el robot pueda realizar la tarea incluso si está entrenado en un entorno virtual».
El plan no es que los robots reemplacen completamente a los humanos en las obras de construcción, sino que sirvan como asistentes útiles supervisados por trabajadores humanos.
«El trabajador humano tiene una valiosa experiencia y capacidad cognitiva para planificar, controlar y también proporcionar retroalimentación al robot cuando no sabe qué hacer», dijo Liang. «De esta manera podemos crear un lugar de trabajo más seguro y sostenible para los humanos y las personas». robots juntos para trabajar.»
Instalación de líneas eléctricas subterráneas mediante robótica
Con sus conocimientos de mecánica estructural, Paolo Celli crea robots que pueden excavar bajo tierra.
La carrera de Celli comenzó en ingeniería mecánica, donde obtuvo una licenciatura y una maestría en ese campo y luego se especializó en mecánica de sólidos y estructuras durante su doctorado, que obtuvo en ingeniería civil sobre el uso de estructuras.
«Mi enseñanza es muy diversa, y por eso siempre he tratado de no limitarme a hacer investigaciones sobre temas específicos porque pertenecen a disciplinas de ingeniería específicas. Pero realmente pensar que todo es esencialmente una estructura para que pueda trabajar en cualquier cosa. eso tiene un componente estructural.»
El ingeniero geotécnico Ali Khosravi, ahora miembro de la facultad de la Universidad de Auburn, está trabajando con Celli en una subvención de la NSF para investigar revestimientos estructurales flexibles que interactúan directamente con medios granulares como tierra, arena o grava alrededor de la base principal del robot.
«Básicamente, buscamos una mejor comprensión de cómo interactúa la forma «Queremos comprender mejor estas interacciones para poder diseñar mejor estas sondas que puedan ir bajo tierra, excavar, moverse y explorar de forma automatizada».
Estos robots se utilizarán para tareas como la topografía de sitios y excavaciones subterráneas, y tendrán más aplicaciones en otros campos de la ingeniería como la biomédica.
Recientemente, Chelli y un colega encontraron la aplicación perfecta para su investigación básica. Se asociaron con la robotista de la Universidad Case Western Reserve Kathryn Daltorio y recibió financiación de ARPA-E para desarrollar un robot que pueda facilitar la instalación líneas subterráneas de servicios públicos.
Estas innovaciones son importantes debido a los cortes de energía relacionados con el clima en los Estados Unidos. En los últimos años, los estados se han agravado. Las líneas eléctricas subterráneas combaten directamente este problema. Sin embargo, los métodos actuales de instalación de líneas eléctricas subterráneas son lentos, disruptivos y costosos.
El robot que su equipo está desarrollando está hecho de un cuerpo flexible y tiene un cabezal de perforación en su frente. El equipo de Stony Brook es responsable de diseñar un esqueleto estructurado y «morphing» que permitirá al robot empujar contra el túnel y moverse peristálticamente.
«Más allá de la robótica, las estructuras que forman formas que hemos estudiado pueden ser útiles como estructuras temporales, refugios, puentes, estructuras aeroespaciales, dispositivos mecánicos o incluso juguetes», dijo Celli, para que el sistema cambie más.
Respecto al papel de la robótica en la ingeniería civil en general, Celli afirmó: «No creo que los robots alguna vez reemplacen por completo a los trabajadores de la construcción o trabajos como ese. Pero hay algunas tareas que requieren un cierto tipo de actividad que suele ser muy intensiva y disruptiva que pueden ser realizadas por robots».
—Angelina Livini
