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Robótica e 3D: automatização no processo de infraestruturas

O design e a construção evoluíram significativamente nos últimos 15 anos, inicialmente impulsionados pelas novas exigências demográficas e sociais. A evolução tecnológica cumpriu um papel fundamental neste avanço, e técnicas como a impressão 3D ou a robótica estão aproximando a mecânica de edificação para a automatização. Embora, como toda inovação recente, ainda esteja em processo de normalização e certificações, já se deram passos promissores na implantação da cibernética no desenvolvimento de infraestruturas.

O setor da construção enfrenta um período positivo, mas de grande exigência. O segmento da edificação, tanto residencial como industrial, tem perspectivas de crescimento para este 2020. Segundo estudos do Instituto de Tecnologia da Construção da Catalunha (ITeC), os investidores ainda percebem a Espanha como um mercado rentável, e dois dos nichos de mercado que gozam de uma previsão positiva de expansão são o setor logístico e de escritórios. Apesar de que muitos dos processos se mantiveram inalteráveis – exceto no desenvolvimento de maquinaria tradicional – e em comparação com outros setores seu nível de digitalização é muito baixo, a onda tecnológica que está transformando outros setores está alcançando o da construção e de infraestruturas.

Como na maioria dos processos industriais, o detonante deste giro transformador foi a automatização de tarefas, que pouco a pouco se vai implantando de maneira bem-sucedida nas diferentes fases de um projeto. Apesar de que a redução de custos que supõe é notável – pode mitigar o gasto em até 35%, existem outras razões para optar pela robotização de tarefas, como nos explica Vicente Ramírez, arquiteto da Be More 3D. “Há algum tempo, a inovação tecnológica está focada em incrementar os rendimentos, mas também em reduzir as emissões de CO2 e utilizar novos materiais”, assegura. A mecanização dos processos construtivos começa a partir da criação dos diferentes elementos que conformam uma infraestrutura até sua ensamblagem final.

Embora a impressão 3D seja uma ferramenta de longo percurso – os primeiros testes bem-sucedidos foram realizados em 1984 – foi no século XXI quando ela incidiu de forma transcendental em campos como a medicina, a arte ou a alimentação. Não foi até 2004 quando se tornou uma possibilidade para a construção, quando o professor Behrokh Khoshnevis (Universidade da Carolina do Sul), especialista na matéria, fabricou o primeiro muro mediante esta tecnologia. Atualmente, está chamada a marcar o futuro da construção.  “A impressão 3D é cada vez mais frequente à medida que a metodologia é melhor e mais acessível. Nossas pesquisas centram-se, principalmente, no uso de concreto, e teoricamente pode ser utilizado para qualquer tipo de construção, apesar de que ainda existem aspectos técnicos que devem ser estudados”, explica Timothy Sandy, engenheiro do NCCR Digital Fabrication da Suiça.

Há algum tempo, a inovação tecnológica está focada em incrementar os rendimentos, mas também em reduzir emissões de CO2 e utilizar novos materiais de construção

Um começo prometedor

A impressão 3D em matéria de construção faz-se partindo da técnica desenvolvida pelo professor Khoshnevis, Contour Crafting, que com a sobreposição de camadas dá lugar a estruturas completas e subcomponentes. Como explica Sandy, isto abre todas as possibilidades de fabricação ao talento do arquiteto. “As novas tecnologias permitem novas geometrias. Portanto, mediante o uso de fabricação digital cada elemento do design de um edifício pode ser construído à medida, seguindo exatamente os requisitos de sua localização final”, explica Sandy. “Quanto ao planejamento, é o mesmo que com um sistema convencional”, acrescenta Vicente Ramírez “no design, consegue-se um novo leque de possibilidades, mas também é preciso fazer um esboço pensando no que você quer imprimir. É a maneira de espremer ao máximo as vantagens desta tecnologia”. O resultado desta liberdade criativa pôde observar-se no início de 2020 no museu de design escocês V&A Dundee, que expôs – da mão de Gramazio Kohler Research e da Escola Politécnica de Zurique – uma estrutura de madeira (Up-Sticks) composta por mais de 2.000 pranchas de abeto e tarugos de faia, inspirada nos métodos de construção tradicionais mas que se criou utilizando técnicas de computador e tecnologias robóticas em seu design, layout e colocação.

Para além deste cenário de exibição, várias iniciativas já foram implementadas. Na Espanha, a empresa Be More 3D, surgida em 2014 da engrenagem empreendedora da Universidade Politécnica de Valência, conseguiu construir a primeira casa in situ com uma impressora 3D do país. Ramírez, um dos responsáveis pelo projeto, assegura que “foi um sucesso. Começamos com a impressão em plástico e em menos de um ano passamos a imprimir com concreto. Ao princípio peças pequenas, para testar a máquina e o material desenvolvido junto com a UPV. Depois, passamos a imprimir a casa”. A textura final mostrou uma grande resistência às adversidades climatológicas. “Utilizamos um micro concreto que se pode usar a temperaturas entre 0 e 50 graus. No final de 2019 construímos a primeira casa 3D da África, testamos as temperaturas extremas do continente, e comportou-se muito bem, apesar de que não é o recomendado pelo vigente código técnico espanhol”, esclarece.

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A impressão 3D consegue reduzir o desperdício de material construindo lajes com até 65% menos de concreto que as tradicionais.

Aliados da robótica

Há décadas, a automatização de processos vem abrindo espaço no setor da construção. De uma mecanização simples para facilitar o trabalho passou-se nos últimos anos a uma tendência à robotização que, da mão dos produtos 3D – que já são capazes de imprimir estâncias de 60 m2 em não mais de 8 horas, estão dando com um sistema autônomo de fabricação que melhorou significativamente a precisão e a produtividade. Toda esta evolução está levando a uma eficiência impensável até agora. “Nossas tecnologias robóticas são adequadas para tarefas repetitivas onde a força requerida é de cargas de 5 a 20kg. Apesar de que ainda se tem alguma dificuldade para executar certas tarefas in situ, há evidências iniciais que demonstram que permitem a fabricação de estruturas muito precisas, inclusive impossíveis de realizar à mão,” assegura Timothy Sandy.

Esta tecnologia também tem vocação de ferramenta. “Ao utilizar robôs neste cenário não só se cria algo novo, mas também se reduz o risco de lesões, já que o robô realiza todo o trabalho de elevação,” explica Sandy. Ramírez, convencido de que “a robótica não tem limites”, acrescenta que será muito benéfico para o trabalhador do grêmio. “Criará novos postos de trabalho, certamente. Se com o mesmo dinheiro é possível fazer mais casas, sem dúvida serão gerados postos relacionados com a construção, além de novas profissões que nunca tinham existido”. Sandy destaca ainda que “existe a opção de teledireção de maquinaria, o que permitirá aos operários trabalhar a partir de ambientes mais seguros e confortáveis, o que será especialmente útil em trabalhos de escavação de terrenos difíceis.

A integração destas figuras autônomas é feita pouco a pouco, mas consolida-se quase nos primeiros passos. “Estamos realizando linhas de trabalho que têm como objetivo a automatização parcial ou total da maquinaria tradicional (escavadoras, guindastes, etc.). Por último, estão sendo desenvolvidas soluções robóticas que simplesmente monitoram a obra, gerando abundantes dados sobre seu estado que alimentam os modelos BIM para melhorar a gestão e a logística do projeto”, conclui Sandy.

Outras tecnologias inmersivas

A implantação tecnológica não se limitou à fase de construção, e em passos contíguos – do design do projeto até a manutenção posterior – realizou-se uma mudança de paradigma baseada na virtualização de tarefas e na acumulação de dados que melhoram o rendimento e otimizam os tempos e a qualidade do trabalho. Algumas das tecnologias que estão fazendo parte deste avanço são:

Building Information Modeling (BIM). É um sistema de modelagem que centraliza toda a informação correspondente a um projeto de construção. Supõe um importante avanço sobre os sistemas de design tradicionais, já que otimiza custos e gera modificações em tempo real sem ter de repetir trabalhos de design e com todos os agentes envolvidos. Esta tecnologia também é sumamente útil na fase posterior de exploração das infraestruturas, já que possui uma informação atualizada e confiável, pelo qual não é somente uma ferramenta de planejamento, mas de gestão do conjunto.

Realidade Aumentada. Segundo explica Timothy Sandy, estão sendo desenvolvidas “soluções para a guia de realidade aumentada para edificações in situ que podem melhorar a produtividade dos construtores, ao fazer com que a informação do modelo digital da obra seja mais acessível e intuitiva. Também permitem criar módulos que não poderiam ser construídos utilizando métodos convencionais. Esta tecnologia pode aproveitar os modelos BIM para melhorar o rendimento e também medir aspectos da obra, obtendo por sua vez mais dados que alimentem o modelo e ajudem no planejamento e na logística. Os dispositivos de realidade aumentada disponíveis (como, por exemplo, Hololens2), têm limitações quanto ao campo de visão, tamanho e brilho, mas isso deveria melhorar rapidamente nos próximos anos”.

Participaram na elaboração deste artigo…

Vicente Ramírez é diretor de Operações e Projetos P&D, logística na implantação de novos projetos, gestão de clientes e expansão internacional em Be More 3D. Graduou-se em Arquitetura Técnica pela UPV e realizou um ciclo formativo de grau superior em aplicação e desenvolvimento de projetos de construção.

Em 2018 obteve um mestrado em Startup Administration pela Universidade Politécnica de Valência.

Timothy Sandy graduou-se com distinção em Engenharia Mecânica pela Universidade Carnegie Mellon dos Estados Unidos em 2008. Trabalhou durante 3 anos em um programa de Eaton Corporation, no qual desenvolveu produtos para as indústrias aeroespacial, automotora e de transporte comercial. Quando voltou à Suíça, cursou um mestrado em Robótica, Sistemas e Controle pela Escola Politécnica Federal de Zurique em 2013. Desde setembro de 2014, faz parte do National Centre of Competence in Research (NCCR) Digital Fabrication, e suas investigações centram-se em Machine Learning, Inteligência Artificial e Robótica. donwload pdf
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