Como a China está acelerando o transporte ferroviário de alta velocidade com construtores alimentados por IA
Máquinas alimentadas por IA estão realizando algumas das tarefas mais difíceis na maior rede ferroviária de alta velocidade do mundo
A construção robótica mais rápida, segura e eficiente tem implicações para outros projetos de infraestrutura na China e em todo o mundo, dizem os especialistas
Por Stephen Chen, de Pequim, para o South China Morning Post
A rede ferroviária de alta velocidade mais extensa do mundo está prestes a ficar ainda maior.
Ainda este ano, várias novas linhas irão juntar-se à já vasta rede de transporte ferroviário electrificado do país. Elas incluem uma linha de 277 km (172 milhas) entre Fuzhou e Xiamen, uma rota de 203 km entre Guangzhou e Shantou e uma ligação de 278 km entre Xangai e Nanjing.
Quando entrarem em serviço, o comprimento combinado das novas linhas abrangerá mais de metade do comprimento total de toda a rede ferroviária de alta velocidade da Alemanha, cada uma fornecendo comboios capazes de atingir velocidades máximas de operação de 350 km/h (217 mph).
Mas as últimas adições à rede ferroviária de alta velocidade da China diferem da maioria das linhas existentes na forma como foram construídas – por robôs, especificamente concebidos para linhas eletrificadas aéreas. Segundo os engenheiros envolvidos nos projetos, os métodos construtivos automatizados foram testados e aprovados para uso nos próximos projetos ferroviários de alta velocidade.
“ Os projetos futuros seguirão o exemplo”, disse Wang Peixiong, engenheiro-chefe do China Railway Construction Electrification Bureau Group, em um artigo publicado na revista chinesa Railway Construction Technology em julho.
A implantação em larga escala de rbôs de construção de linhas eléctricas aéreas foi saudada como um marco da indústria, sinalizando que as máquinas podem agora assumir a maior parte do trabalho intensivo envolvido na construção ferroviária de alta velocidade, de acordo com especialistas.
A construção ferroviária envolve uma ampla gama de tarefas, incluindo escavação, nivelamento, assentamento de trilhos, construção de pontes e túneis e instalação de sistemas de sinalização e comunicação. A infra-estrutura é dispendiosa, exigindo uma quantidade significativa de mão-de-obra física, bem como competências e conhecimentos especializados.
Historicamente, os projetos ferroviários têm sido empreendimentos cansativos e perigosos.
Por exemplo, a ferrovia que atravessa as montanhas de Sierra Nevada, nos Estados Unidos, exigiu mais de 10.000 trabalhadores chineses para ser construída. Esses trabalhadores eram chamados de “coolies” , que significa trabalhadores esforçados em chinês. Sob condições adversas, os trabalhadores conseguiram completar a linha a tempo, completando a primeira ferrovia transcontinental da América em 1869.
Hoje, os robôs e outras tecnologias avançadas assumiram grande parte do trabalho intensivo de mão-de-obra na construção de caminhos-de-ferro.
Em 2018, por exemplo, a China revelou uma máquina autónoma que poderia estabelecer pistas de alta velocidade a uma velocidade de até 1,5 km por dia. Em 2021, a maior precisão e a capacidade de trabalhar 24 horas por dia, 7 dias por semana, permitiram que a construção ferroviária automatizada instalasse até 2 km de trilhos por dia.
Logo, os robôs expandiram suas habilidades além de estabelecer trilhos. Tarefas de soldagem, pintura e inspeção agora podem ser realizadas por robôs. Equipamentos automatizados também poderiam criar túneis e despejar concreto, entre outras tarefas.
Mas até recentemente, os robôs não eram capazes de construir estruturas eletrificadas aéreas para linhas ferroviárias de alta velocidade . O trabalho foi considerado complexo demais para máquinas, segundo Wang e seus colegas.
As estruturas de cabos de sustentação, postes e braços que ajudam a fornecer energia elétrica aos trens são conhecidas como sistema de contato aéreo (OCS).
A construção de uma rede OCS para ferrovias de alta velocidade envolve processos sofisticados – a pré-montagem dos braços da rede de contato e dos cabos de suspensão, o transporte de materiais até o local da obra e a instalação de pilares de sustentação e cabos de suspensão.
A instalação de pilares e cabos de suspensão são tarefas particularmente perigosas, exigindo trabalhos em altura sob condições de grande esforço.
A instalação do braço da rede de contato no poste de suporte, por exemplo, exige que um trabalhador primeiro prenda uma polia no topo do poste e, em seguida, use uma corda para amarrar o braço ao chão e puxá-lo até o topo do poste. pólo, de acordo com Jiang Zhehua, engenheiro da equipe de Wang.
O procedimento requer vários trabalhadores no terreno em coordenação com os trabalhadores no poste. Se algo der errado, o trabalho poderá ser fatal, disse Jiang em um artigo separado publicado na mesma revista.
Devido aos perigos e à natureza do trabalho, a montagem de uma rede OCS tornou-se a parte mais trabalhosa dos projetos ferroviários de alta velocidade, de acordo com a equipe de Wang.
Para resolver o problema, os engenheiros ferroviários desenvolveram uma tecnologia de construção automatizada, que utiliza plataformas digitais de gestão de dados e sistemas inteligentes para armazenamento, pré-montagem, transporte e construção, de acordo com o artigo de Wang.
Sensores automatizados coletam dados em tempo real de um canteiro de obras, que são então enviados para um armazém inteligente, onde sistemas automatizados de armazenamento e recuperação localizam e enviam os materiais necessários para uma fábrica inteligente para montagem em pilares, braços, cabides e outros componentes.
Os componentes acabados são então transportados por veículos autônomos até o canteiro de obras.
Braços robóticos equipados com sensores e câmeras detectam e ajustam a posição dos componentes e, em seguida, levantam-nos e colocam-nos nos locais corretos.
Mas mesmo os robôs enfrentam desafios quando se trata de construir o OCS, segundo os engenheiros.
Um dos aspectos mais complexos da obra exige que uma grande quantidade de fios, postes, braços e outros componentes sejam instalados de forma precisa e coordenada.
O local de instalação também pode apresentar desafios únicos – terreno irregular, obstáculos naturais, condições climáticas adversas ou outros fatores podem dificultar o processo de instalação. Os robôs podem ter dificuldade em navegar por tais obstáculos ou em se ajustar às mudanças no ambiente.
O processo de instalação do OCS também requer uma variedade de sistemas robóticos coordenados para trabalhar juntos e perfeitamente para completar as instalações.
A solução para esses desafios é a inteligência artificial.
Os cientistas permitiram que robôs de instalação em canteiros de obras usassem reconhecimento de imagem e algoritmos de extração de características de alvo para planejar o caminho ideal para o posicionamento do braço – com precisão de 1 mm (0,04 polegada).
A IA também permitiu que os robôs trabalhassem em diversas condições climáticas adversas, disseram os engenheiros, acrescentando que esses robôs também poderiam trabalhar em conjunto, com um segurando um componente no lugar enquanto o outro apertava uma braçadeira.
Com a ajuda da IA, os mesmos robôs também se tornaram mais versáteis, capazes de navegar entre as estações de trabalho, ajustando e apertando parafusos com torques específicos e depois retornando ao ponto zero para aguardar o próximo comando.
No armazém, equipamentos habilitados para IA, como empilhadeiras inteligentes, podem coletar e transportar materiais, de acordo com Gao Qi, outro engenheiro da equipe de Wang.
As máquinas automatizadas foram programadas para automanutenção e podiam trabalhar 24 horas por dia, realizando uma variedade de tarefas de entrada e saída de materiais com alta precisão, disse Gao.
As funções de controle de qualidade do armazém também foram melhoradas. Os materiais armazenados são classificados e transportados através de uma câmara escura óptica para digitalização. Gao disse que um modelo de rede neural especializado, treinado em cerca de 30 tipos diferentes de materiais, poderia detectar defeitos nos materiais antes de serem usados.
A tecnologia melhorou a eficiência do armazém, acrescentou, tornando o processamento até 10 vezes mais rápido do que os armazéns tradicionais.
Equipamentos automatizados e tecnologias digitais podem ajudar a melhorar a qualidade, eficiência e segurança do processo de construção, aumentando ao mesmo tempo a vida útil das rotas ferroviárias de alta velocidade.
A introdução da tecnologia robótica em projectos ferroviários de alta velocidade tem o potencial de mudar fundamentalmente a forma como as infra-estruturas são construídas na China e noutros lugares, segundo os engenheiros chineses, ao traduzir eficiências e poupanças de custos noutros tipos de projectos de infra-estruturas de transporte.
Embora os robôs possam trabalhar 24 horas por dia sem a necessidade de pausas ou sacrificar a precisão, eles também podem ser particularmente importantes em áreas onde há escassez de mão de obra qualificada ou onde os custos trabalhistas são altos, de acordo com a equipe de Wang.
O governo chinês planeia ligar todas as grandes cidades e cidades de média dimensão com comboios de alta velocidade até 2035. Para isso, o país precisará de quase duplicar a extensão da rede existente de 42.000 km, juntamente com a construção de pontes, túneis e estações que tais rotas exigirão.
Para atingir este objetivo, as equipes de Wang disseram que as redes ferroviárias de alta velocidade precisariam ser construídas, operadas e mantidas principalmente por máquinas alimentadas por IA – um programa de transformação de IA que foi apelidado de Ferrovia Inteligente de Alta Velocidade 2.0.
A China não é o único país que utiliza agora robôs e automação para construir ferrovias de alta velocidade. Mas o uso extensivo destas tecnologias pela China e o seu rápido ritmo de construção foram “certamente impressionantes e representam um avanço significativo no campo da infra-estrutura de transportes”, disse um cientista ferroviário baseado em Pequim que pediu para não ser identificado.
A China estava ajudando outros países a construir projetos ferroviários de alta velocidade , mas o uso de robôs fora da China enfrentou desafios, como regulamentações locais, leis trabalhistas e normas culturais, disse o cientista.
Ele disse que era importante considerar cuidadosamente o contexto local e envolver as partes interessadas locais para garantir que os projectos fossem implementados de uma forma que fosse social, económica e ambientalmente sustentável.