Kendaraan Berat Memimpin: Kendaraan Otonom Sudah Nyata

Teknologi otonom sudah terpadu di pertambangan dan pertanian

Fokus terbesar industri mobil saat ini adalah mobil self-driving. Produsen mobil terkemuka serta perusahaan teknologi seperti Apple Inc. dan Alphabet Inc.’s Google sedang bekerja untuk mengembangkan mobil dan truk ringan yang membantu pengemudi manusia atau mengemudi sendiri.

Produsen kendaraan berat telah menyelesaikan hal itu. Caterpillar Inc. (Peoria, IL), dengan bantuan Carnegie Mellon’s National Robotics Engineering Center (Pittsburgh), memasarkan truk otonom untuk pertambangan dan aplikasi lainnya. Deere & Co.’s John Deere (Moline, IL) adalah pengembang awal kendaraan otonom, dalam hal ini traktor dan kendaraan pertanian lainnya. Selama bertahun-tahun, ia telah mendapatkan bantuan dari NASA.

Katalis untuk produk semacam itu adalah kebutuhan untuk mengurangi biaya dan meningkatkan produktivitas. Truk pertambangan self-driving, misalnya, bekerja lebih lama karena tidak memiliki pengemudi. Traktor otonom dapat menanam benih dan menyebar pupuk lebih presisi, menghemat uang dengan mengurangi atau menghilangkan tumpang tindih.

Kendaraan semacam itu juga bepergian pada rute off-highway yang ditetapkan di tambang dan lapangan. Itu lebih sederhana daripada mobil yang menavigasi sendiri di jalan raya terbuka.

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

Perkembangan teknologi terbaru telah mempercepat perkembangan yang berkelanjutan dari kendaraan off-highway self-driving, kata Herman.

“Dari sisi hardware, ada banyak sensor baru yang tidak hanya lebih mampu, tetapi juga lebih murah, memungkinkan serangkaian aplikasi yang sepenuhnya baru,” katanya dalam wawancara melalui email. “Dari sisi perangkat lunak, telah terjadi banyak kemajuan dalam algoritma AI [artificial intelligence] yang juga memungkinkan kemampuan yang jauh lebih baik.”

Lebih lanjut, Herman katanya, “Saat kita merancang dan membangun lebih banyak robot, telah ada pemahaman yang jauh lebih baik dari perspektif sistem engineering tentang apa yang diperlukan untuk membangun sistem otonom, seperti truk self-driving.”

Otomatisasi Operasi Pertambangan

Kendaraan berat self-driving ada lebih dari dua dekade. Caterpillar dan Carnegie Mellon mulai bekerja sama pada tahun 1980 dalam cara mengotomatisasi alat pertambangan permukaan.

Pada akhir tahun 1990, kedua mitra bekerja sama pada excavator robotik untuk pemuatan truk otomatis. Sistem itu menggunakan penginderaan jarak skanning untuk mengenali truk yang akan dimuat dan untuk merasakan halangan di area kerja.

“Kami telah menunjukkan sistem pemuatan otonom untuk excavator yang mampu memuat truk dengan bahan lunak dengan kecepatan operator manusia ahli,” kata robotics institute dalam sebuah makalah teknis yang diterbitkan pada tahun 1998. “Sistem memodifikasi rencana penggalian dan pembuangannya berdasarkan penggerindaan tanah yang terdeteksi oleh sensor mereka.” Herman adalah bagian dari tim yang bekerja pada proyek ini.

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

Caterpillar memulai dengan tiga truk pertambangan otonom untuk pengujian dan validasi pada tahun 2011, menurut materi latar belakang yang disediakan oleh produsen peralatan berat. Dua tahun kemudian, Caterpillar secara komersial menempatkan enam truk otonom. Akhir tahun ini, produsen peralatan berat berharap 100 truk semacam itu beroperasi di tiga benua.

Truk ini tidak memiliki operator manusia. Mereka memiliki rute yang dirancang tetapi dapat memilih rute alternatif untuk mencapai tujuan yang ditetapkan. Mereka ditempatkan di situs pertambangan jauh dan diawasi oleh sistem kontrol pusat yang dioperasikan oleh supervisi manusia. Sensor dan teknologi terkait memungkinkan truk untuk menghindari kendaraan lain dan personel pertambangan. Truk berhenti jika objek atau kendaraan menghalangi. Mereka juga menyediakan data diagnostik dan memberi tahu pusat kontrol jika diperbaikan diperlukan.

Caterpillar terus “secara aktif bekerja” dengan pusat robotika Carnegie Mellon, kata Joe Forcash, supervisor teknik di Pusat Otomasi Pittsburgh perusahaan, dalam email.

“Ada banyak kompleksitas dan teknologi yang terlibat dalam solusi ini,” kata Herman.

Di Lapangan

Lapangan pertanian juga adalah lokasi kendaraan self-driving, termasuk traktor dan combine. Kendaraan John Deere tidak sepenuhnya otonom. Operator masih berada di dalam. Mereka mengemudi baris lengkungan pertama, secara efektif mengajarinya ke sistem navigasi traktor. Setelah itu, sistem melakukan sebagian besar pengemudi dan operator dapat melepaskan tangan dari stir.

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

“Bayangkan mengemudi di jalan raya dan harus menjaga ban Anda pada garis putih,” kata Terry Pickett, manajer teknik lanjutan untuk John Deere Integrated Solutions. “Setiap kali Anda bergerak dari garis putih, itu akan membiayai Anda $3. Anda akan hampir takjub.”

“Kami benar-benar mulai berjalan di jalur yang terfokus pada tahun 1996,” lanjut Pickett. “Kami bekerja dengan Stanford University pada navigasi berbasis GPS.” Pada akhir tahun 1990-an, perusahaan bekerja sama dengan Stanford pada sistem navigasi GPS yang canggih serta sistem Deere yang dirancang untuk keandalan dan efisiensi biaya, kata Pickett: “Kami mencoba untuk menentukan pada titik itu seberapa akurat kita perlu untuk melakukan operasi di lapangan.”

Pada awal tahun 2000-an, Deere memperkenalkan sistem AutoTrac pertama. Tujuan pada saat itu adalah untuk memiliki akurasi dalam 40 sentimeter “dan kami mencapai 25,” kata Pickett.

Selama waktu ini, Deere juga mendirikan perjanjian dengan NASA’s Jet Propulsion Laboratory pada penerima GPS.

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

Perjanjian NASA “membawa kami ke pasar tiga atau empat tahun lebih awal,” kata Pickett. “Itu memungkinkan kami untuk melakukan proses pemikiran yang lebih terfokus dan lebih dalam” saat mengembangkan sistemnya sendiri, katanya.

“Itu membawa kami dari sistem [akurasi] 25 sentimeter ke sistem 7 atau 8 sentimeter,” katanya. “Sekarang akurasi 3 sentimeter.”

Selain membantu operator, sistem Deere membantu mengarahkan peralatan untuk pengolahan tanah, penanaman dan pemupukan. Sistem Deere membantu traktor dan peralatan mengikuti jalur yang sama yang tepat. Sebuah traktor yang menarik keranjang gandum dapat berada di posisi yang tepat untuk memuat gandum dari combine, misalnya.

Deere telah membuat prototipe untuk kendaraan pertanian sepenuhnya self-driving tetapi tidak mengharapkan kendaraan semacam itu akan segera diterapkan, kata Pickett. “Itu bukan teknologi itu sendiri,” katanya. “Itu bagaimana Anda melakukan seluruh pekerjaan.”

Prototipe Self-Driving

Perusahaan lain sedang mempelajari traktor sepenuhnya self-driving. CNH Industrial (London), yang menjual peralatan pertanian dengan merek Case dan New Holland, dan Autonomous Solutions Inc. (Logan, UT), tahun lalu memperkenalkan dua prototipe di 2016 Farm Progress Show di Boone, IA.

“Peralatan pertanian saat ini tidak bisa tanpa pengemudi,” kata Matt Nielsen, direktur pemasaran untuk Autonomous Solutions, yang adalah mitra teknologi CNH. “Ada beberapa teknologi yang membantu dengan belokan, tetapi tidak ada yang benar-benar tanpa pengemudi.”

Pada saat yang sama, “Itu adalah arah yang ditempuh,” katanya. “Sangat mudah untuk bersemangat dengan teknologi ini. Ini adalah lompatan yang luar biasa. Tetapi masih ada banyak yang harus dilakukan.”

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

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

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

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

“Teknologi dalam tahap awalnya sangat mahal,” katanya. “Adopter awal akan menjadi pertanian skala besar.”

Self-Parking Semis

Area lain untuk kendaraan berat self-driving adalah di luar jalan raya—di dok pemuatan dan fasilitas lainnya.

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

Ada dua bentuk ADAS. Dengan Dock Assist, pengemudi memundurkan truk setekat mungkin ke dok pemuatan. Pengemudi kemudian menekan rem servis, menghentikan kendaraan dalam drive. Suatu saklar pada perangkat diubah dan truk perlahan mulai bergerak ke belakang. Dock Assist mengaktifkan kontrol transmisi.

Transmisi mendeteksi dok berdasarkan torsi yang diterapkan saat mendorong terhadap dok. Truk berhenti dan diparkir. Dock Assist dikenal sebagai sistem “Level 2” dan tidak dapat dioperasikan tanpa ada orang di kursi pengemudi.

Autonomous Self Docking lebih rumit. Ini mencakup GPS dan menemukan dok di mana truk dijadwalkan untuk diparkir. Sistem mengirim perintah ke transmisi, yang menyesuaikan kecepatan dan menekan kopling. Sistem mengontrol stir tanpa pengemudi menyentuhnya.

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

Biaya adalah pendorong pengembangan. Truk sering rusak dalam kecelakaan docking. “Anda dapat merusak kopling, infrastruktur, dan trailer,” katanya. Selain itu, “Salah satu tantangan terbesar yang kita hadiri 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 kita miliki,” lanjut Nielsen. “Itu sedikit menunggu industri untuk menyesuaikan diri. Dengan lonjakan minat, kami mulai meningkatkan upaya kami.”

Tidak hanya kendaraan berat yang otonom di pengaturan industri. Seegrid (Coraopolis, PA) memperkenalkan GP8 Series 6 truk palet self-driving untuk memuat dan memuat palet. Ukurannya seperti truk fork-lift dan menggunakan lima set kamera video.

Herman Herman dari Carnegie Mellon mengharapkan sistem pengemudi otonom akan meningkat kecepatan di pengaturan off-highway.

“Saya harapan adopsi teknologi self-driving akan meningkat di banyak aplikasi industri sebelum itu luas digunakan oleh konsumen/publik,” katanya. “Kami akan senang mengembangkan solusi serupa untuk industri lainnya.”