Công nghệ giúp Trung Quốc đứng đầu về đường sắt cao tốc

Các kỹ sư Trung Quốc đang sử dụng robot xây dựng trang bị trí thông minh nhân tạo để phát triển đường sắt với tốc độ nhanh chưa từng thấy.

Mạng lưới đường sắt cao tốc lớn nhất thế giới của Trung Quốc sắp mở rộng hơn nữa. Cuối năm nay, một số tuyến đường mới sẽ gia nhập mạng lưới giao thông đường sắt điện khí hóa khổng lồ của quốc gia này, bao gồm tuyến Phúc Châu – Hạ Môn (277 km), tuyến Quảng Châu – Sán Đầu (203 km), và tuyến Thượng Hải – Nam Kinh (278 km). Khi đi vào hoạt động, tổng chiều dài của những tuyến đường sắt mới sẽ dài hơn gấp đôi tổng chiều dài toàn bộ mạng lưới đường sắt cao tốc của Đức, mỗi tuyến cung cấp đoàn tàu có thể đạt tốc độ vận hành tối đa 350km/h, theo SCMP.

Một đường tàu cao tốc chạy gần Vũ Hán.

Tuy nhiên, các tuyến đường sắt mới nhất khác với phần lớn tuyến đường sắt hiện nay ở chỗ được xây dựng bởi robot thiết kế đặc biệt. Phương pháp xây dựng tự động này đã được thử nghiệm và thông qua để sử dụng trong các công trình đường sắt cao tốc sắp tới, theo Wang Peixiong, kỹ sư trưởng của Tập đoàn cục điện khí hóa xây dựng đường sắt Trung Quốc. Triển khai robot xây dựng đường sắt điện khí hóa trên cao ở quy mô lớn là một cột mốc quan trọng trong ngành công nghiệp, chứng minh máy móc có thể đảm nhiệm phần lớn công việc tốn sức lao động, bao gồm xây dựng đường sắt cao tốc.

Xây dựng đường sắt bao gồm nhiều công việc như đào đất, ủi đất, đặt đường ray, xây dựng cầu và đường hầm, lắp hệ thống báo hiệu và liên lạc. Đây là cơ sở hạ tầng tốn kém, đòi hỏi lượng lớn lao động chân tay cũng như chuyên gia có trình độ và kỹ năng. Trước đây, dự án đường sắt là công việc rất nguy hiểm. Ví dụ, đường sắt chạy qua dãy núi Sierra Nevada ở Mỹ cần hơn 10.000 công nhân xây dựng.

Ngày nay, robot và nhiều công nghệ tiên tiến khác phụ trách phần lớn công việc tốn sức trong xây dựng đường sắt. Chẳng hạn, năm 2018, Trung Quốc giới thiệu cỗ máy tự động có thể đặt đường ray cao tốc ở tốc độ 1,5 km/ngày. Năm 2021, độ chính xác được cải thiện và khả năng làm việc 24/7 cho phép cỗ máy xây dựng đường sắt tự động lắp đặt 2 km đường ray một ngày. Không lâu sau, các robot mở rộng khả năng ngoài lắp đường ray. Công việc hàn, sơn và kiểm tra giờ đây có thể tiến hành bởi robot. Thiết bị tự động cũng đào hầm và đổ bê tông cùng nhiều công việc khác.

Tuy nhiên, mãi tới gần đây, robot mới có thể xây dựng cấu trúc điện khí hóa trên cao dành cho tuyến đường sắt cao tốc. Công việc này từng được cho là quá phức tạp đối với máy móc, theo Wang và đồng nghiệp. Các cấu trúc dây điện, khung trụ, cột đỡ và cần lấy điện để cung cấp điện cho đoàn tàu được gọi là hệ thống tiếp điện trên cao (OCS). Xây dựng mạng lưới OCS cho đường sắt cao tốc bao gồm quá trình phức tạp như lắp ráp trước cần lấy điện và cáp treo, vận chuyển vật liệu tới nơi thi công, lắp đặt khung trụ và cột đỡ.

Lắp đặt khung trụ và cáp treo là phần việc đặc biệt nguy hiểm, đòi hỏi làm việc ở độ cao lớn trong điều kiện áp lực. Ví dụ, lắp cần của hệ thống tiếp điện trên cột đỡ đòi hỏi công nhân phải gắn ròng rọc vào đầu cột, sau đó sử dụng dây thừng buộc vào cần trên mặt đất và kéo nó lên cao, theo Jiang Zhehua, kỹ sư trong nhóm của Wang.

Quá trình đòi hỏi vài công nhân trên mặt đất phối hợp với những công nhân trên cột đỡ. Nếu có sự cố, công việc có thể gây chết người. Do những nguy cơ và bản chất của công việc, lắp ráp mạng lưới OCS trở thành phần việc tốn sức nhất trong dự án đường sắt cao tốc.

Nhằm giải quyết vấn đề, các kỹ sư đường sắt phát triển công nghệ xây dựng tự động, sử dụng nền tảng quản lý dữ liệu kỹ thuật số và hệ thống thông minh để lưu trữ, lắp ráp sẵn, vận chuyển và xây dựng. Cảm biến tự động thu thập dữ liệu thời gian thực từ công trường xây dựng, sau đó gửi tới nhà kho thông minh, nơi hệ thống lưu trữ và thu thập tự động xác định và đưa vật liệu cần thiết tới nhà máy để lắp ráp khung trụ, cần lấy điện, thanh treo và nhiều bộ phận khác, sau đó nâng và đặt chúng vào vị trí thích hợp.

Tuy nhiên, robot cũng đối mặt những thách thức khi xây dựng OCS, theo nhóm kỹ sư. Một trong những mặt phức tạp nhất của công việc đòi hỏi lượng lớn dây cáp, cột đỡ, cần và nhiều bộ phận được lắp đặt một cách chính xác và đồng bộ. Địa điểm xây dựng cũng đặt ra nhiều khó khăn như địa hình kém bằng phẳng, chướng ngại vật tự nhiên, thời tiết bất lợi và những yếu tố khác có thể cản trở quá trình lắp đặt. Robot có thể gặp khó khăn trong việc vượt chướng ngại vật hoặc điều chỉnh theo thay đổi trong môi trường. Quá trình lắp đặt OCS cũng cần một loạt hệ thống robot phối hợp làm việc trơn tru cùng nhau để hoàn thành công việc.

Giải pháp cho những thách thức nêu trên là trí tuệ nhân tạo. Các nhà khoa học để robot lắp đặt ở công trường xây dựng sử dụng thuật toán nhận dạng hình ảnh và trích xuất đặc trưng của mục tiêu để lên kế hoạch quy trình tối ưu nhằm lắp đặt cần lấy điện với độ chính xác trong phạm vi 1 mm. AI cũng cho phép robot làm việc trong nhiều thời tiết bất lợi và hoạt động ở cạnh nhau. Với sự hỗ trợ của AI, robot trở nên linh hoạt hơn, có thể di chuyển giữa các trạm làm việc, điều chỉnh và vặn chặt ốc vít, sau đó quay trở lại điểm mốc để chờ chỉ thị tiếp theo.

Tại nhà kho, thiết bị AI như xe nâng thông minh có thể nhấc và vận chuyển vật liệu, theo Gao Qi, kỹ sư trong nhóm của Wang. Những cỗ máy thông minh được lập trình để tự bảo dưỡng và làm việc 24 giờ một ngày, thực hiện hàng loạt công việc với độ chính xác cao. Chức năng kiểm soát chất lượng của nhà kho cũng được cải thiện. Vật liệu lưu trữ được phân loại và vận chuyển qua phòng tối để scan. Một mô hình mạng lưới neuron chuyên dụng được huấn luyện trên 30 loại vật liệu khác nhau có thể phát hiện khuyết điểm ở vật liệu trước khi sử dụng. Công nghệ này giúp nâng cao hiệu suất của nhà kho, khiến quy trình xử lý nhanh hơn 10 lần so với nhà kho truyền thống.

Trong khi robot có thể làm việc cả ngày không cần nghỉ ngơi và không ảnh hưởng tới độ chính xác, chúng cũng có thể đóng vai trò quan trọng ở những khu vực thiếu lao động tay nghề cao hoặc chi phí nhân công quá cao.

HT (theo khoahoc.tv)