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As mil e uma utilidades do scanner 3D – e como essa tecnologia está cada vez mais acessível

Saiba como a criação de modelos digitais está revolucionando diversos setores, reduzindo custos e aumentando a eficiência

Atualizado em 08/02/2024

Postado em 19/01/2024

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Já pensou em visitar os maiores museus do mundo sem sair da sua casa? Conferir, de perto e sem disputar um espaço com milhares de turistas, esculturas de grandes artistas nos seus mínimos detalhes? Pois já é possível ver a famosa Vênus de Milo da sua sala de estar – ou pelo menos uma versão digital de obras de arte como essa. E tudo isso se torna possível por meio de tecnologias como o scanner 3D, que cria um modelo digital a partir do mapeamento das dimensões de ambientes e objetos. 

É uma tecnologia versátil que se torna cada vez mais popular, com inúmeras possibilidades de aplicação: da arqueologia à medicina, passando pelos setores de entretenimento e de óleo e gás – e isso só pra citar alguns segmentos que já utilizam essa inovação. 

Além de capturar e preservar, no formato digital, relíquias que contam a história da humanidade, o scanner 3D facilita a criação de próteses e implantes, que podem ser customizados com a maior precisão possível de acordo com as características do corpo de cada paciente. Incluir o avatar de um centroavante famoso em um jogo eletrônico de futebol? Criar um cenário digital para a gravação de um filme em estúdio? Bem mais simples e rápido com a técnica de escaneamento 3D do que no processo antigo, que requeria diversas medições e modelagem manual do objeto virtual.

A fidelidade aos detalhes, aliás, é um outro ganho. Claro que, neste caso, depende da potência do equipamento utilizado. Alguns aplicativos para celular são capazes de cumprir essa função, processando várias fotos para criar uma imagem em três dimensões, ainda que a qualidade da digitalização não seja tão fiel se comparada ao resultado de um equipamento específico. Basta fazer diversas fotos de diferentes ângulos, cobrindo toda a superfície do que se quer digitalizar e pronto: temos um scanner 3D ao alcance das mãos. 

Outra tecnologia muito promissora é o escaneamento e modelagem 3D a partir de câmeras 360º: as fotoesferas geradas por esse tipo de câmera podem ser consolidadas para reproduzirem o ambiente de forma bem realística.

 

Pequenos detalhes fazem a diferença

Mas, quando precisamos trabalhar com detalhes precisos e com alta produtividade, um equipamento com sensores laser é fundamental. Um scanner 3D desse tipo emite feixes de laser para fazer uma varredura do objeto ou mesmo de um ambiente inteiro. É a mesma lógica de uma trena laser, vendida em lojas de ferramentas: a distância entre o equipamento e o objeto é calculada com base na velocidade do laser e no tempo entre emissão e recepção do disparo do feixe. Bem semelhante à ecolocalização utilizada por alguns mamíferos como morcegos, golfinhos e baleias, mas utilizando feixes de laser ao invés de ondas sonoras.

A diferença da trena laser para um laser scanner está na capacidade de coleta de informações. Enquanto a trena define a distância de um único ponto, o scanner realiza disparos em alta frequência para a coleta do maior número de pontos possíveis. E, quanto maior a massa de dados coletada na varredura, chamada também de nuvem de pontos, mais detalhada é a captura do ambiente e, por consequência, a reconstrução 3D. O equipamento pode, ainda, contar com sensores adicionais para um melhor referenciamento dos pontos coletados, como câmeras ou unidades inerciais.

 

A vida (ou unidade) tal como ela é

Uma vez coletada a nuvem de pontos, sistemas convencionais de desenho assistido por computador (CAD) podem ser utilizados para extrair as dimensões e visualizar o ambiente. Só que podemos ir ainda além, trabalhando esses dados para, por exemplo, comparar mudanças no ambiente ao longo do tempo. 

Ao realizar medições periódicas em uma obra industrial, conseguimos acompanhar a evolução e antecipar possíveis desvios de construção. Também podemos usar o scanner 3D para gerar uma maquete eletrônica fiel da instalação concluída, considerando as modificações que ocorreram em relação ao projeto e retratando o que realmente foi construído  – o que é conhecido como as-built. 

Tudo isso implica redução de custo e prazo na construção ou manutenção de unidades. Já estamos colhendo os resultados do uso do scanner 3D em nossas instalações industriais no Estado do Amazonas, onde também usamos o equipamento para apoiar a elaboração de análises de risco, investigação de ocorrências, otimização de gestão contratual e paradas de manutenção, entre outras atividades. Além dos ativos no Amazonas, estamos obtendo excelentes resultados em unidades nas Bacias de Santos e de Campos, e nos Estados do Rio de Janeiro e Espírito Santo. E a tecnologia também está nos nossos planos para a construção das nossas futuras unidades de produção offshore.

SIlo industrial na horizontal em unidade de produção da Petrobras.
Unidades de Produção
Visão de baixo para cima de silos industriais em Unidade de Produção da Petrobras.
Unidades de Produção

Um universo virtual, com direito a robôs

Os modelos 3D com alto grau de fidelidade viabilizam ainda o uso da tecnologia dos gêmeos digitais (digital twins), já atestada na companhia como ferramenta para redução de custos. Com isso, conseguimos simular cenários e possibilidades, tornando o processo de estudo e tomada de decisão mais robustos e seguros. Por evitar retrabalhos e testes práticos nos equipamentos, a otimização de custos é outra vantagem obtida. 

Para avançarmos nessa direção, com tamanha complexidade e volume de dados, são necessários softwares específicos, com algoritmos especiais para processamento, e computadores mais robustos ou servidores de maior capacidade. É aqui que entra uma parceria entre o nosso centro de pesquisas, o Cenpes, e a Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG).

Junto com o Laboratório de Visão Computacional e Robótica (VeRLab) da UFMG, desenvolvemos algoritmos e software para possibilitar as comparações entre os modelos. Mais do que isso, criamos um protótipo robótico de alta precisão que pode fazer o escaneamento 3D de forma remota e em tempo real, até mesmo em ambientes com condições adversas, como espaços confinados, com pouca luminosidade, com atmosferas tóxicas ou inflamáveis. O “Multivisão”, por exemplo, é um robô multissensorial facilmente operado à distância, tanto por dispositivos móveis quanto pelo computador, que reduz a exposição humana e contribui para a mitigação de acidentes durante a fiscalização de obras e projetos de engenharia.

 

Realidade aumentada

O protótipo consiste em um módulo de aquisição de dados que pode ser acoplado a qualquer plataforma robótica para inspeções por meio da realidade aumentada. Utiliza múltiplos sensores e técnicas para registrar imagens em cores, imagens panorâmicas, vídeos imersivos e dados para a modelagem tridimensional. O Multivisão, que já vem sendo testado em nossas refinarias e plataformas, também pode comportar câmeras para rastrear pessoas na ausência de luminosidade.

Nosso próximo passo nessa jornada tecnológica é desenvolver soluções para que o protótipo Multivisão possa se locomover por todas as áreas das unidades industriais, vencendo obstáculos físicos para realizar inspeções e até mesmo pequenas intervenções. E no futuro, quem sabe, vamos acompanhar nossas instalações de cima, com scanners 3D e dispositivos semelhantes instalados em drones. Já começamos a alçar voo com o projeto AeroScan, uma empreitada com o Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) e parceiros comerciais. Dizem que o céu é o limite - mas será mesmo?

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