La realidad aumentada mejora la facilidad y precisión de la carpintería

Un sistema desarrollado en EPFL utiliza realidad aumentada (AR) para ayudar a los carpinteros a hacer cortes de madera extremadamente precisos sin tener que medir o marcar vigas. Su enfoque híbrido significa hacer que la tecnología asistida digitalmente sea asequible para las pequeñas empresas, los trabajadores de la madera y los profesionales de la construcción en los países en desarrollo.

La madera es un material de construcción cada vez más popular gracias a su bajo impacto ambiental, capacidad de almacenamiento de carbono, potencial para un montaje rápido y excelentes propiedades de aislamiento. La creciente demanda de estructuras de madera, junto con los avances tecnológicos, ha llevado a muchos productores a automatizar sus procesos en los últimos 20 años. Hoy podemos encontrar robots sofisticados en sus talleres – máquinas que son tan impresionantes como caras, equipadas con brazos articulados y cortadores de precisión para llevar a cabo tareas repetitivas pero complicadas.

En EPFL, los ingenieros han desarrollado un sistema basado en AR llamado Carpintería Aumentada que podría pagar el estereotipo de un carpintero que trabaja con un lápiz en una mano y una cinta métrica en la otra. Disponible en código abierto, el sistema es un primer paso hacia un proceso híbrido que combina la destreza de los seres humanos con la fiabilidad del procesamiento informático. La carpintería aumentada está preparada para hacer que los métodos de corte de madera con asistencia digital sean asequibles para las pequeñas empresas, los trabajadores de la madera y los profesionales de la construcción en los países en desarrollo.

Nuestro sistema incluye comentarios en tiempo real. Si la herramienta de carpintería o la viga se desliza cortando, por ejemplo, la superposición virtual permanecerá alineada con la pieza de madera real para que los operadores puedan ver instantáneamente cómo ajustar sus movimientos.Andrea Settimi, doctora en Laboratoire IBOIS

Un espacio de trabajo aumentado

El sistema es el resultado de cuatro años de investigación, desarrollo y pruebas por Andrea Settimi – un estudiante de doctorado EPFL cuya tesis está siendo supervisada conjuntamente por Julien Gamerro, ex becario postdoctoral, e Yves Weinand, jefe del Laboratorio de Construcción de Madera de EPFL (IBOIS) – junto con varios otros participantes del proyecto. Es capaz de producir hologramas con precisión submilimétrica para guiar a los operadores humanos. El dispositivo físico consiste en una pantalla que muestra un espacio de trabajo virtual que cubre piezas reales de madera. Las líneas de diferentes colores dan numerosas indicaciones: cómo colocar la herramienta, qué tan profundo perforar, cuál es el ángulo de corte correcto, cuánto tiempo debe ser un corte, etc. Permiten a los operadores trabajar de una manera que sea intuitiva y precisa.“Nuestro sistema incluye un mecanismo de detección y sensores integrados que dan retroalimentación en tiempo real,” dice Settimi. “Si la herramienta de carpintería o la viga se desliza cortando, por ejemplo, la superposición virtual permanecerá alineada con la pieza de madera real para que los operadores puedan ver instantáneamente cómo ajustar sus movimientos.”

Para lograr un grado tan alto de precisión, el equipo de investigación estudió varios aspectos de la tecnología de visión por computadora y los integró minuciosamente en su dispositivo para que pudiera incorporar la herramienta de carpintería, así como la pieza específica de madera y el plan de carpintería. Escanearon y generaron modelos de computadora 3D de herramientas de uso común, creando una vasta base de datos. Para usar el sistema, los operadores primero escanean sus piezas de madera por lote, lo que permite que el programa registre los detalles de cada una. Luego, los operadores colocan marcadores al azar en las piezas de madera para que el sistema pueda detectar su orientación y posición. El último paso es subir los planos de carpintería, que se integran directamente en el programa en 3D y se muestran en realidad aumentada.

Gracias al uso de visión por computadora y sensores, las herramientas estándar de carpintería pueden convertirse en dispositivos inteligentes capaces de guiar a los usuarios en tiempo real. El sistema visualiza las líneas de corte directamente en una viga, por ejemplo, mostrando a los operadores exactamente dónde guiar la sierra. Esto reduce significativamente el riesgo de error humano y mejora la precisión durante el montaje.

Reconociendo vigas y herramientas en talleres desordenados

Una parte clave del proyecto de investigación fue desarrollar métodos avanzados de visión por computadora para detectar elementos y posicionar la cámara en espacios complejos y desordenados como talleres. Estos espacios generalmente contienen varios tipos de objetos – otras piezas de madera, herramientas, paneles, etc. – dispersos en ningún orden en particular, lo que dificulta que los sistemas de visión por computadora mapeen el entorno. El equipo de investigación trabajó con el Centro de Imágenes EPFLados para desarrollar programas que pudieran reconocer y localizar con precisión los elementos de interés – en este caso, herramientas para trabajar la madera y piezas de madera. Tales capacidades nunca antes se habían implementado a esta escala para la construcción de madera y son esenciales para garantizar que el espacio de trabajo virtual se alinee con la realidad física.

Métodos de construcción manuales con asistencia digital que son locales y resistentes

Gracias a la Carpintería Aumentada, incluso las pequeñas empresas y los trabajadores de la madera pueden crear formas y diseños intrincados – una tarea hasta ahora reservada para robots costosos. “Otro beneficio de nuestro sistema AR es que aprovecha las capacidades humanas, incluso cuando los operadores tienen poca capacitación, para digitalizar rápidamente los procesos de construcción,” dice Settimi. La destreza humana y la cognición se ven reforzadas por la precisión de la máquina, en un buen ejemplo de un enfoque híbrido. “Al aprovechar el potencial de la colaboración hombre-máquina para la carpintería moderna y el diseño de estructuras de madera, Augmented Carpentry puede garantizar que los operadores humanos sigan involucrados en el proceso, promoviendo así métodos de construcción que sean asistidos digitalmente, locales y socialmente responsables, dice ”. EPFL News. C. C. Traducido al español