5G åpner for selvkjørende anleggsmaskiner

Siden 2019 har forskere ved Technische Universität Dresden, TU Dresden, jobbet med å bruke 5G-nettverk til å styre maskiner i sanntid.

Med det tekniske universitetet i sentrum har programmet 5G Lab Germany løpt i noen år og bidratt til at området har utviklet seg til å bli Tysklands sentrum for 5G, og det kommende 6G. Nylig åpnet TU Dresden og Samsung et eget gründerverksted der koreanerne gir betydelig støtte til nystartede selskaper. En rekke internasjonale tungvektere deltar i 5G Lab Germany.

Raskt og stabilt nett mangler

Et av delområdene forskerne ser på er å bringe byggeplasser noen trinn høyere på digitaliseringsstigen. Bort med lasermålere og vaterpass, inn med autonom drift. Det største hinderet i dag er verken mangel på sensorer, styringssystemer eller maskiner som ikke kan fjernstyres. Det er fraværet av et tilstrekkelig raskt og stabilt trådløst nett. Det mener i hvert fall forskerne bak Tysklands første autonome byggeplass. Den ligger i Hoyerswerda en times kjøretur fra Dresden i Sachsen. Prosjektet har en ramme på 9 millioner euro, rundt 90 millioner kroner. Målet er å utvikle systemer som gjør det mulig å bruke selvkjørende maskiner, som også fjernstyres fra en sentral som forteller hvor det skal graves, hva som skal flyttes osv.

Selv for Liebherr, en av de virkelig store produsentene av anleggsmaskiner, betyr digitalisering foreløpig bare at informasjon om plassering, tilgjengelighet, brukstid eller forbruksdata for intern administrasjon, blir gitt på en digital plattform, skriver tyske VDI Nachrichten.

En helhetlig kommunikasjonsløsning for utveksling av informasjon med og mellom maskiner fra forskjellige produsenter finnes ikke, det bremser digitaliseringen.

Nå skal forskerne bruke byggeplassen i Houerswerda som forsøksarena for å løse disse utfordringene. Prosjektleder Thomas Welsch sier til VDI Nachrichten at hovedfokuset er på hvordan vi må dimensjonere et 5G-nettverk for høy pålitelighet for samtidig fjernkontroll av flere anleggsmaskiner.

Bak 5G ligger gammel teknologi og bremser

Utfordringen er bredbåndsnett samt datainnsamling og prosessering. Forskere undersøker også lignende systemer innen gruvedrift og drift av kjøretøyer. 5G-teknologien som brukes skal være så nær som mulig den kommersielle standarden, og også fritt konfigurerbar for forskningsformål. At 5G tilbys noen steder for kommersiell bruk er ingen reell hjelp.

– Fordi nettverket bak radiotilgangspunktene, som forbinder de enkelte radiosystemene på de forskjellige stedene, fortsatt er fra før 4G, dvs. LTE-teknologi, forklarer Welsch.

Forskerne bruker sitt eget campusnettverk, et ikke-offentlig, tilpasset 5G-nettverk. Selve kjernenettverket vil bli satt opp ved TU Dresden. Derfra skal også anleggsmaskinene fjernstyres og overvåkes.

– Først og fremst ønsker vi å koble biler og maskiner med sensorer få alt til å samarbeide. Vi planlegger også å bruke droner for å få et helhetsbilde for overvåking av stedet, sier prosjektlederen.

Til dette skal de bruke kameraer og lasere. Dataene med høy oppløsning (delvis i 4K og høyere oppløsning) blir først behandlet på stedet i en «lokal byggeplassky» og overført til Dresden. Kontrollsignalene kommer deretter tilbake til byggeplassen i sanntid.

Det eksperimentelle oppsettet skal fungere sommeren 2021. Forskerne har valgt å bruke OPC-UA, Open Platform Communications - unified architecture fra OPC Foundation. Den første utfordringen blir å avklare om og hvordan en slik datamengde kan overføres og behandles pålitelig og i sanntid.

Kan bli dyrt for småbedrifter

– Vi må sikre at uautorisert tilgang utenfra ikke kan forårsake skade, sier Welsch.

I tillegg vil forskerne se på det de kaller funksjonell sikkerhet, altså at teknologien virker som den skal.

Når dette er på plass vil ansatte kunne skifte mellom utstyr og byggeplasser på kort tid ved hjelp av fjernkontroll. Det åpner også for fjernvedlikehold.

Tyskerne frykter at spesielt små og mellomstore byggefirmaer raskt vil nå en kostnadsgrense når de setter opp lokale 5G-systemer, spesielt siden utstyr og kjøretøy også må utstyres med teknologien. Hver byggeplass vil kreve individuelle justeringer. Forskerne vil derfor utvikle nettverksløsninger, retningslinjer og forretningsmodeller for hvordan campusnettverket fra TU Dresden kan overføres til virkelige byggeplasser i fremtiden.