تطوير الروبوتات المستقلة لعمليات مواقع التشييد الخطرة

The Rise of Autonomous Robots in Hazardous Construction Environments

وقد كانت صناعة البناء منذ زمن طويل من أخطر القطاعات بالنسبة للعمال البشريين، حيث أن آلاف الإصابات والوفاة تحدث في مواقع العمل بسبب انخفاض مستويات الارتفاع، وحوادث المعدات، والانهيار الهيكلي، والتعرض للمواد السامة، وفي مواجهة هذه التحديات المستمرة المتعلقة بالسلامة، فإن موجة جديدة من الروبوتات المستقلة يجري تطويرها خصيصاً لتسلم أكثر المهام خطورة، وتؤثر هذه الآلات على التقدم المتطور في أجهزة الاستشعار، والاستخبارات الاصطناعية، والعقبات في مجال البناء في الوقت نفسه.

Core Technologies Driving Autonomous Construction Robots

فالآليات الحديثة المستقلة المصممة لمواقع البناء ليست آلية بسيطة من الأجهزة التي تسيطر عليها عن بعد، وهي تعتمد على مجموعة متكاملة من التكنولوجيات التي تتيح لها أن تتصور بيئتها، وتتخذ القرارات، وتنفذ المهام دون توجيه إنساني مستمر، وتشكل الركائز الرئيسية الثلاثة نظما استشعار متقدمة، وعلما اصطناعيا وتعلما آليا، ومنابر قوية للتنقل.

نظم الاستشعار للتوعية البيئية

ولنقل تضاريس البناء غير القابلة للتنبؤ، يجب على الآليين أن يتصوروا محيطهم بدقة عالية، ومعظم روبوتات البناء المستقلة مجهزة بمزيج من LIDAR (الكشف عن المسارات الآلية وفرزها)، والكاميرات المتحركة، والمجسّسات فوق الصوتية، والتصوير الحراري.

الاستخبارات الفنية واتخاذ القرارات

إن بيانات الاستشعار عن الأجسام الخام لا جدوى منها دون برامجيات ذكية لتفسيرها، إذ أن نماذج التعلم من الآلات، ولا سيما الشبكات العصبية العميقة، تُدرَّب للاعتراف بالأجسام الخاصة بالبناء، وإعادة السطو، والأشكال الملموسة، والعمال الذين يرتدون أغطية عالية، والمعدات المتنقلة، ويمكن أن تصنف هذه المواد وتتوقع تحركاتها المحتملة.

منابر التنقل في منطقة الحاجز

ومواقع البناء بعيدة عن الطوابق النظيفة والمسطحة التي يمكن أن تكون في مصنع، إذ يجب على روبوتات البناء المستقلة أن تقطع الطين والمقابر والهبوط وغير المتساوي، حيث تستخدم العديد من التصميمات الناجحة كل أنواع الترميز التي تُستخدم في سطوح النسيج () (الشكل المخيف للذين على جهاز حفر مصغر) الذي يوفر مساراً مستقراًاً على أسطح المُسرّبة.

التطبيقات العالمية الحقيقية لمواقع التشييد الخطرة

ويجري بالفعل نشر الروبوتات المستقلة في عدد متزايد من مهام البناء الشديدة الخطورة، وتورد الفروع التالية تفاصيل أكثر التطبيقات شيوعا، مع أمثلة من الصناعة والبحث.

التفتيش على العبودية والرصد الهيكلي

(ب) عمليات تفتيش الجسور، ومواجهات البناء المرتفعة، وأبراج التبريد والسدود التي يقوم بها عادة عمال موقوفون على الحبال أو في ممارسة مناجم النسيج - وهي مخاطر كبيرة؛ وتنتج الطائرات الآلية ذاتية الدفع المجهزة بكاميرات عالية الاستبانة، ويمكن أن تطير الآن طرقاً مبرمجة مسبقاً لالتقاط صور مفصلة وتولد سحابات من ثلاثية الأبعاد.

إزالة الذخائر وإلغاء الحطام في الهياكل غير المستقرة

وإبطال مفعول المباني التي تضررت من الحريق أو الزلازل أو الانفجار محفوفة بالمخاطر لأن الفشل الهيكلي يمكن أن يحدث دون إنذار، إذ تم تكييف روبوتات الهدم التي كانت خاضعة للمراقبة وشبه المستقلة والتي تم وضعها أصلاً لأغراض التعدين، وتستخدم هذه الآلات أجهزة الإكشاك الهيدروليكية أو الأغطية أو الهدامات لتقليص الجدران بينما يتجه مشغلوها إلى مسافات آمنة.

معالجة المواد الخطرة

وكثيرا ما تشمل مواقع البناء معالجة الأسبست، أو الطلاءات القائمة على الرصاص، أو المذيبات الكيميائية، أو التربة الملوثة، ويحتاج البشر إلى إجراءات كاملة لضبط الأسلحة وتطهيرها، وهي إجراءات تستغرق وقتا طويلا ولا تُستريح، ويمكن أن تُغلق الأجهزة الآلية ذاتيا ضد التلوث وتُجهز بأسلحة التلاعب لمعالجة وحزمة ونقل المواد الخطرة، مثل [FopeT:0]DAFNI

مراقبة المواقع ورصد السلامة

وبخلاف تنفيذ المهام مباشرة، يمكن أن تكون الروبوتات المستقلة بمثابة رسل أمان متنقلة، أما الروبوتات الدورية المجهزة بثلاثين درجة من الكاميرات، وأجهزة كشف الغاز، ومجسات الحركة، فتقوم باستمرار برصد محيط مناطق العمل ومناطق العمل، ويمكنها الكشف عن الأفراد غير المأذون لهم، وتنبيه المشرفين إلى العمال الذين سقطوا أو لم يحركوا، وتحديد تسرب الغازات أو الحرائق، ويمكن لبعض النماذج أن تبث الإنذارات أو حتى أن توزع نظماًاً دائمةً.

استحقاقات إدماج الروبوتات المستقلة في التشييد

ويمتد الأساس المنطقي لاعتماد الروبوتات المستقلة إلى ما هو أبعد من السلامة وحدها، وإن كان ذلك هو المحفز الرئيسي، فالفوائد التالية تدفع الاستثمار في الروبوتات عبر صناعة البناء.

الحد من المخاطر على الحياة البشرية

ويمكن للشركات أن تفي بواجبها الأخلاقي والقانوني في مجال الرعاية، وذلك بنشر روبوتات في مناطق يحتمل أن تسقط فيها، أو تُحدث فيها صدمات، أو تُحدث فيها صدمات كهربائية، أو أن تتعرض للتعرض للسُمي، كما أنَّ من شأن كلِّ شركة أن تفي بواجبها المعنوي والقانوني في مجال الرعاية، وأن تساعد أيضاً على إحداث أضرار جسيمة في مجال التأمين على نحو غير مباشر.

الإنتاجية العليا والدقيق

فالروبوتات لا تُهدر أو تُشتت أو تحتاج إلى استراحة، ويمكنها أن تعمل 24/7 في بيئة سيئة للإضاءة أو حرارة شديدة أو باردة، وبيئات عالية الدقة حيث يتدهور تركيز الإنسان، وكثيرا ما تعمل الآلات المستقلة ذاتيا أسرع من الأطقم البشرية للقيام بمهام ذاتية مثل ربط المواد بالضغط، وتطبيق مواد مضادة للرش أو حمولة للدواء.

التكاليف التشغيلية الطويلة الأجل

وفي حين أن تكاليف الاقتناء الأولية للآليات المستقلة ذاتيا مرتفعة، فإنها توفر وفورات كبيرة على مدى حياة المشروع، وتقليص وقت الانقطاع عن العمل المتصل بالإصابة، وانخفاض أقساط تعويض العمال، وانخفاض ساعات العمل التي تنفق على المهام الخطرة، يمكن أن يقابل النفقات الرأسمالية، كما أن الروبوتات يمكن أن تعمل من خلال ظروف الطقس التي من شأنها أن توقف أطقم البشر، ويمكن نشرها بسرعة في مواقع متعددة دون أن تتحول إلى نظامين تجاريين.

التحديات والعوائق أمام التبني على نطاق واسع

وعلى الرغم من المزايا الواضحة، يجب التغلب على العديد من العقبات التقنية والتنظيمية والثقافية قبل أن يصبح الروبوت المستقل منظراً موحداً في مواقع البناء.

الموثوقية في البيئات غير المتوقعة

ومواقع البناء دينامية وغير مكتظة: فالتغيرات الجوية بسرعة، والتحولات السطحية، والمواد تُكبَّد بطرق هشة، والآليات المستقلة المصممة لطوابق المصنع الخاضعة للرقابة التي تكافح بالطين والأمطار والأنهار الجليدية، ولا تزال خامات الصمامات تفشل عندما تُغمر الغبار أو عندما تخلق البقاليد انعكاسات زائفة.

التكامل مع تدفقات العمل البشري

ولا يزال البناء صناعة كثيفة الناس، ويجب على الروبوتات أن تعمل إلى جانب المهارة من حيث التبادل التجاري دون أن تسبب تأخيرا أو مشاكل تتعلق بالسلامة، ولا تزال بروتوكولات الاتصال بين الآليين والأفرقة البشرية تتطور، فعلى سبيل المثال، يحتاج الإنسان الآلي إلى أن يُنتج عن أعمال الميكانيكيين أو الشاحنات، كما أن معايير التفاعل بين الإنسان الآليين، مثل المعيار ISO 18497، فيما يتعلق بالآلات الزراعية والبناء، لا تزال آخذة في الظهور.

المسائل التنظيمية ومسائل المسؤولية

وقد وضعت لوائح السلامة الحالية مع مراعاة المعدات التي تعمل في مجال الإنسان، إذ إن إصدار شهادات لآليات التدمير المستقلة كجهاز مأمون للعمل بدون إشراف هو عملية طويلة تشمل تقييمات المخاطر، واختبارات الأطراف الثالثة، وأحياناً إجراء تغييرات تشريعية، كما أن المسؤولية غامضة: إذا تسبب الروبوت المستقل في انهيار أو إصابة عامل، يكون هو المصنّع المسؤول، أو مطور البرامجيات، أو مالك الموقع، أو مشغل الأعمال الآليون؟

قبول وتدريب العاملين

وقد يعتبر عمال البناء الروبوتات تهديداً لعملهم، وفي الواقع، فإن معظم الروبوتات الحالية مصممة للتعامل مع المهام الخطيرة أو غير المرغوب فيها، والتي تكمل الخبرة البشرية بدلاً من أن تحل محلها، غير أن الشواغل المتعلقة بتشرد الوظائف حقيقية، ويجب على الشركات أن تستثمر في برامج تدريبية تساعد العمال على الانتقال إلى أدوار تشرف على الأسطول الآلي أو تحافظ عليه، وتغيير ثقافة صناعة التكنولوجيا المنخفضة تقليدياً لتشمل الروبوتات، يتطلب قيادة قوية وات.

الآفاق المستقبلية والاتجاهات الناشئة

إن مستقبل الروبوتات المستقلة في مجال البناء يبدو مشرقا، حيث تستعد عدة تكنولوجيات ناشئة للتعجيل بالتبني، ومن المتوقع أن تشكل الاتجاهات التالية العقد القادم.

عمليات آلية الأسلحة الصغيرة والعمليات التعاونية

وبدلاً من أن يعمل الإنسان الآلي في عزلة، سترى مواقع البناء المقبلة حروب من الروبوتات الصغيرة ] تتعاون مثل مستعمرة النمل، ويمكنها تقسيم مهمة كبيرة، على سبيل المثال، وضع أصناف جديدة أو مجموعات جدران مفترسة - إلى أفرع موازية يجري القيام بها في آن واحد.

AI —Driven Predictive maintenance and Adaptation

ولن تسترشد نماذج التعلم في مجال الآلات فقط بالحركات الروبوتية بل ستنبأ أيضاً بالفشل الميكانيكي قبل حدوثها، ومن خلال تحليل اليقظة ودرجة الحرارة وبيانات السحب الحالية، يمكن للروبوت أن يحدد بدقة أجزاء الصيانة الخاصة به واستبدال الطلب، كما سيمكن الآليين من تكييف سلوكهم على أساس التقدم المحرز في الجدول الزمني للبناء: إذا تأخر التسب الخرساني، فإن الروبوت يمكن أن يعيد ترتيب أولوياته لمهام الأخرى دون تعليم بشري.

التكامل مع التوائم الرقمية ونمذجة المعلومات المتعلقة ببناء القدرات

ويجري تصميم الروبوتات المستقلة للربط المباشر بالتوائم الرقمية - المرايا الفيزيائية للموقع المادي المبني من بيانات BIM، ويمكن للآلي أن ينزل آخر نموذج للشركة، وأن ينسق خريطة جهاز الاستشعار مع النموذج، ثم ينفذ مجموعات العمل التي يتم تحديثها في الوقت الحقيقي عند حدوث تغييرات في التصميم، وهذا التكامل يضمن أن يعمل الآليون دائما على أحدث صيغة للمشروع، ويقلل من الأخطاء ويعيدون العمل.

التعاون بين البشر والروبوت (الكبوتات)

ولا تتطلب جميع المهام الخطرة استقلالاً كاملاً، فالآليات التعاونية أو الآلات المتعاونة مصممة للعمل إلى جانب العاملين في مجال مشترك، ويمكنها أن تسلم أدوات إلى عامل، وأن تعقد حلقة دراسية محددة، بينما يعجلها المرجل، أو تحمل حمولات ثقيلة، والآلات المكوّنة مجهزة بمعاينات وقرصية متينة بقوة، وتتوقف عن الحركة إذا اقترب شخص ما، وتسد الفجوة بين البناء اليدوي والمستقل تماماً.

خاتمة

أما تطوير " آليين مستقلين " لعمليات مواقع البناء الخطرة فلم يعد مفهوماً لا جدوى منه، بل هو واقع مستمر يتحول باطراد إلى الصناعة، إذ إن اعتمادها يؤدي إلى زيادة عدد أجهزة الاستشعار المتقدمة والاستخبارات الاصطناعية والتنقل السريع، فإن هذه الأجهزة تقوم على أكثر الوظائف خطورة: العمل في المرتفعات، وفي هياكل غير مستقرة، وبالمواد السامة، ويقلل اعتمادها مباشرة من الإصابات والوفاة، مع تعزيز الكفاءة، والعقبات في مجال الدمج، ومعايير الافتراض، وفعالية التكلفة.