Dengan Kendaraan Berat, Mengemudi Sendiri Adalah Cara Lama

Teknologi otonom mapan di pertambangan, pertanian

Fokus terbesar industri otomotif saat ini adalah mobil self-driving. Pembuat mobil mapan serta perusahaan teknologi seperti Apple Inc. dan Google Alphabet Inc. bekerja untuk mengembangkan mobil dan truk ringan yang membantu pengemudi manusia atau memandu diri mereka sendiri.

Produsen kendaraan berat telah mencapai itu. Caterpillar Inc. (Peoria, IL), dengan bantuan Pusat Teknik Robotika Nasional Carnegie Mellon (Pittsburgh), memasarkan truk otonom untuk pertambangan dan aplikasi lainnya. John Deere (Moline, IL) dari Deere &Co. adalah pengembang awal kendaraan otonom, dalam hal ini traktor dan kendaraan pertanian lainnya. Selama bertahun-tahun, ia mendapat bantuan dari NASA.

Katalis untuk produk tersebut adalah kebutuhan untuk mengurangi biaya dan meningkatkan produktivitas. Truk pertambangan swakemudi, misalnya, bekerja lebih lama karena tidak memiliki pengemudi. Traktor otonom dapat menanam benih dan menyebarkan pupuk dengan lebih tepat, menghemat uang dengan mengurangi atau menghilangkan tumpang tindih.

Kendaraan tersebut juga melewati rute off-highway yang ditentukan di tambang dan ladang. Itu lebih sederhana daripada mobil yang bernavigasi sendiri di jalan terbuka.

“Aplikasi [kendaraan pertanian dan pertambangan] pasti lebih terkendala, meskipun masih sangat kompleks,” kata Herman Herman, direktur National Robotics Engineering Center, bagian dari Institut Robotika Carnegie Mellon. Pusat ini telah bekerja sama dengan Caterpillar dan Deere.

Kemajuan terbaru dalam teknologi telah mempercepat pengembangan berkelanjutan kendaraan off-highway self-driving, kata Herman.

“Dari sisi perangkat keras, ada banyak sensor baru yang tidak hanya lebih mampu, tetapi juga berbiaya lebih rendah, memungkinkan serangkaian aplikasi baru,” katanya dalam sebuah wawancara email. “Dari sisi perangkat lunak, ada banyak kemajuan dalam algoritme AI [kecerdasan buatan] yang juga memungkinkan kemampuan yang jauh lebih baik.”

Terlebih lagi, Herman berkata, “Seiring kami merancang dan membuat lebih banyak robot, ada pemahaman yang lebih baik tentang perspektif rekayasa sistem tentang apa yang diperlukan untuk membangun sistem otonom, seperti truk self-driving.”

Mengotomatiskan Operasi Penambangan

Kendaraan berat yang bisa menyetir sendiri sudah berusia lebih dari seperempat abad. Caterpillar dan Carnegie Mellon mulai bekerja sama pada tahun 1980-an tentang cara mengotomatisasi peralatan penambangan permukaan.

Pada akhir 1990-an, kedua mitra bekerja sama pada ekskavator robot untuk pemuatan truk otomatis. Sistem tersebut menggunakan pemindai jarak jauh untuk mengenali truk yang akan dimuat dan untuk mendeteksi hambatan di area kerja.

“Kami telah mendemonstrasikan sistem pemuatan otonom untuk ekskavator yang mampu memuat truk dengan material lunak dengan kecepatan operator manusia ahli,” kata lembaga robotika dalam makalah teknis yang diterbitkan pada tahun 1998. “Sistem ini memodifikasi rencana penggalian dan pembuangannya berdasarkan penurunan tanah yang terdeteksi oleh sensornya.” Herman adalah bagian dari tim yang mengerjakan proyek tersebut.

Pada tahun 2000-an, Carnegie Mellon dan Caterpillar bekerja sama dalam kompetisi kendaraan otonom Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Setelah itu, keduanya berkolaborasi dalam Autonomous Haulage Solutions (AHS), atau truk pertambangan swakemudi seperti Cat 793F.

Caterpillar memulai dengan tiga truk penambangan otonom untuk pengujian dan validasi pada tahun 2011, menurut bahan latar belakang yang dipasok oleh pembuat alat berat. Dua tahun kemudian, Caterpillar secara komersial mengerahkan enam truk otonom. Pada akhir tahun ini, pembuat alat berat itu memperkirakan 100 truk semacam itu akan beroperasi di tiga benua.

Truk-truk tidak memiliki operator manusia. Mereka telah merancang rute tetapi dapat memilih rute alternatif untuk mencapai tujuan yang ditetapkan. Mereka ditempatkan di lokasi penambangan jarak jauh dan diawasi oleh sistem kontrol pusat yang diawaki oleh pengawas manusia. Sensor dan teknologi terkait memungkinkan truk menghindari kendaraan lain dan personel pertambangan. Truk berhenti jika ada benda atau kendaraan yang menghalangi. Mereka juga menyediakan data diagnostik dan memperingatkan pusat kendali jika perbaikan diperlukan.

Caterpillar terus "bekerja secara aktif" dengan pusat robotika Carnegie Mellon, Joe Forcash, supervisor teknik di Pittsburgh Automation Center, mengatakan dalam sebuah email.

“Ada banyak kerumitan dan teknologi yang masuk ke dalam solusi ini,” kata Herman.

Turun di Ladang

Ladang pertanian juga merupakan lokasi kendaraan swakemudi, termasuk traktor dan mobil gabungan. Kendaraan John Deere tidak sepenuhnya otonom. Operator masih onboard. Mereka mengemudikan baris melengkung pertama, yang pada dasarnya mengajarkannya ke sistem panduan traktor. Setelah itu, sistem melakukan sebagian besar mengemudi dan operator dapat melepaskan tangannya dari kemudi.

Deere melihat teknologi self-driving sebagai cara bagi pelanggan untuk mengurangi biaya dan menjalankan peralatan lebih lama.

“Bayangkan mengemudi di jalan lintas negara bagian dan harus menjaga ban Anda tetap di garis putih,” kata Terry Pickett, manajer teknik lanjutan untuk John Deere Integrated Solutions. “Setiap kali Anda keluar dari garis putih, Anda harus membayar $3. Anda akan hampir menjadi bug eye.

“Kami benar-benar memulai jalur yang terfokus pada tahun 1996,” lanjut Pickett. “Kami bekerja dengan Universitas Stanford pada panduan berbasis GPS.” Pada akhir 1990-an, perusahaan bekerja sama dengan Stanford pada sistem panduan berbasis GPS canggih serta sistem Deere yang dirancang untuk ketahanan dan efektivitas biaya, Pickett mengatakan:“Kami mencoba untuk memutuskan pada saat itu seberapa akurat yang kami butuhkan. untuk melakukan operasi di lapangan.”

Pada awal 2000-an, Deere memperkenalkan sistem AutoTrac pertamanya. Tujuannya pada saat itu adalah untuk memiliki akurasi dalam jarak 40 sentimeter “dan kami masuk pada 25,” kata Pickett.

Selain itu, Deere membuat perjanjian dengan Jet Propulsion Laboratory NASA tentang penerima GPS.

Pada tahun 2004, Deere memodifikasi penerima GPS StarFire, memungkinkan mereka untuk memasuki jaringan stasiun bumi NASA dan menggunakan perangkat lunak NASA untuk mengoreksi sinyal GPS. Lisensi perusahaan dengan NASA berakhir pada 2015 setelah Deere mengembangkan sistemnya sendiri.

Pakta NASA "membuat kami memasarkan tiga atau empat tahun sebelumnya," kata Pickett. “Ini memungkinkan kami untuk melakukan proses berpikir yang lebih fokus dan mendalam” sambil mengembangkan sistemnya sendiri, katanya.

“Itu membuat kami dari sistem [akurasi] 25 sentimeter menjadi sistem 7 atau 8 sentimeter,” katanya. “Sekarang akurasinya 3 sentimeter.”

Selain membantu operator, sistem Deere membantu memandu alat untuk mengolah, menanam, dan memupuk. Sistem Deere membantu traktor dan implement mengikuti jalur yang sama persis. Misalnya, traktor yang menarik gerobak gandum dapat masuk ke tempat yang tepat untuk memuat gandum dari gabungan.

Deere telah membuat prototipe untuk kendaraan pertanian swakemudi tetapi tidak mengharapkan kendaraan seperti itu akan segera digunakan, kata Pickett. “Ini bukan teknologi itu sendiri,” katanya. “Begitulah cara Anda melakukan seluruh pekerjaan.”

Prototipe Mengemudi Sendiri

Perusahaan lain sedang mencari traktor yang benar-benar bisa mengemudi sendiri. CNH Industrial (London), yang menjual peralatan pertanian dengan merek Case dan New Holland, serta Autonomous Solutions Inc. (Logan, UT), tahun lalu meluncurkan dua prototipe di Farm Progress Show 2016 di Boone, IA.

“Peralatan pertanian saat ini tidak dapat digunakan tanpa pengemudi ,” kata Matt Nielsen, direktur pemasaran untuk Autonomous Solutions, yang merupakan mitra teknologi CNH. “Ada beberapa teknologi yang membantu saat berbelok, tetapi tidak ada yang benar-benar tanpa pengemudi.”

Pada saat yang sama, “Itulah arahnya,” katanya. “Sangat mudah untuk bersemangat tentang teknologi ini. Ini adalah lompatan yang luar biasa. Tapi masih banyak yang harus dilakukan.”

Prototipe dilengkapi dengan kamera, radar, dan LIDAR, yang menggunakan laser untuk mendeteksi objek. “Itulah yang membuat kendaraan itu menarik perhatian,” kata Nielsen. Operator dapat memprogram rute dan memantau kendaraan dengan laptop atau komputer tablet. “Kami belum memiliki kemampuan smartphone; yang akan terjadi di masa depan,” katanya.

Teknologi pada prototipe traktor swakemudi telah dibantu oleh pekerjaan pengembangan untuk mobil otonom, yang telah menurunkan biaya sensor, kata Nielsen.

“Kami sangat berterima kasih kepada GM, Ford, dan Google di dunia,” katanya. “Jumlah uang yang dicurahkan ke dalam teknologi [telah] membantu kami.”

Tidak diketahui kapan traktor self-driving sepenuhnya akan digunakan secara komersial. Seperti halnya mobil otonom, kemungkinan akan ada masalah pertanggungjawaban hukum yang harus diselesaikan. Dan ada pertanyaan tentang biaya.

“Teknologi di usia mudanya sangat mahal,” katanya. “Pengadopsi awal akan menjadi peternakan skala besar Anda.”

Semi Parkir Mandiri

Area lain untuk kendaraan berat yang dapat mengemudi sendiri terletak tidak jauh dari jalan raya—di dok pemuatan dan fasilitas lainnya.

Eaton Corp. (Dublin, Irlandia), sebuah perusahaan manajemen daya, sedang mengembangkan perangkat parkir mandiri untuk truk komersial tugas berat. Perusahaan menyebutnya sebagai Advanced Driver Assist System (ADAS).

Ada dua bentuk ADAS. Dengan Dock Assist, pengemudi memundurkan truk sedekat mungkin ke dok pemuatan. Pengemudi kemudian menerapkan rem servis, menghentikan kendaraan dalam perjalanan. Sebuah saklar pada perangkat dibalik dan truk perlahan mulai bergerak mundur. Dock Assist mengaktifkan kontrol transmisi.

Transmisi mendeteksi dok berdasarkan torsi yang diterapkan sambil mendorong ke dermaga. Truk berhenti dan diparkir. Dock Assist dikenal sebagai sistem “Level 2” dan tidak dapat dioperasikan tanpa seseorang di kursi pengemudi.

Docking Mandiri Otonom lebih rumit. Ini termasuk GPS dan menemukan dermaga di mana truk dijadwalkan untuk parkir. Sistem mengirimkan perintah ke transmisi, yang menyesuaikan kecepatan dan menerapkan kopling. Sistem mengontrol roda kemudi tanpa pengemudi menyentuhnya.

“Kami tidak memiliki tanggal peluncuran yang pasti,” kata Chris Nielsen, manajer strategi produk global untuk grup powertrain komersial Eaton. “Aman untuk mengatakan bahwa dalam beberapa tahun Anda akan melihat beberapa teknologi dari kami untuk membantu memasang truk.”

Menggerakkan pengembangan adalah biaya. Truk sering rusak dalam kecelakaan docking. “Anda dapat merusak kopling, infrastruktur, trailer,” katanya. Juga, “Salah satu tantangan terbesar yang kami hadapi di seluruh industri adalah pengemudi. Ada kekurangan besar di luar sana.

“Kami telah bermain-main dengannya selama tiga hingga empat tahun sekarang untuk mengembangkan apa yang kami miliki,” lanjut Nielsen. “Ini sedikit menunggu industri untuk mengejar ketinggalan. Dengan lonjakan minat, kami mulai meningkatkan upaya kami.”

Bukan hanya kendaraan berat yang berjalan secara otonom di lingkungan industri. Seegrid (Coraopolis, PA) memperkenalkan truk palet self-driving GP8 Series 6 untuk memuat dan menurunkan palet. Ini seukuran truk fork-lift dan menggunakan lima set kamera video.

Herman Herman dari Carnegie Mellon mengharapkan sistem mengemudi otonom untuk menambah kecepatan dalam pengaturan off-highway.

“Saya berharap adopsi teknologi self-driving akan meningkat di banyak aplikasi industri sebelum digunakan secara luas di konsumen/publik,” katanya. “Kami ingin sekali mengembangkan solusi serupa untuk industri lain.”