• Jedna piąta ludzkości nie ma zapewnionej wystarczającej ilości wody do picia, kąpieli, prania
• Przez przecieki woda marnuje się na potęgę
• Inteligentne robociki są bardzo skuteczne w lokalizowaniu miejsca awarii

Jedno z rozwiązań, przypominające lotkę do badmintona, obserwuje rury od środka, skanując i przetwarzając dane o ciśnieniu wody. Inne słucha, jak szumi woda przepływająca w rurociągach, i wskazuje miejsce pęknięcia rury. Człowiek jest zdeterminowany, bo ograniczyć marnowanie wody. Znalazł już kilka sposobów wspieranych przez sztuczną inteligencję.

Według Organizacji Narodów Zjednoczonych jedna na pięć osób na świecie nie ma zapewnionej wystarczającej ilości wody do picia, kąpieli, prania. Albo jest zbyt brudna, albo nie ma instalacji, które dostarczyłyby ją ze strumieni i jezior, albo marnuje się w wyciekach z nieszczelnych rur.

Ta ostatnia przyczyna stała się zaczątkiem pomysłu badaczy – jak z zewnątrz, nie rozkopując gruntu i nie prując ścian, sprawdzić, gdzie ona wycieka i gdzie może wyciekać w przyszłości.

Bodziec do eksperymentów dała też Arabia Saudyjska, która traci aż jedną trzecią cennej wody pitnej. Pochodzi ona z odsalanej wody morskiej i transportowana jest plastikowymi rurami. Gdzie znika? Metody używane do wykrywania przecieków w metalowych rurach tu nie pomogą. Dziesięć lat temu bezradni Arabowie zwrócili się o pomoc do amerykańskiego Massachusetts Institute of Technology.

Stokrotka jak lotka

Po kilku latach badań i testów światło dzienne ujrzała Daisy, niewielki inteligentny robot o kształcie lotki do badmintona. Jej twórca to doktorant MIT You Wu.

„Stokrotka” wpuszczana jest do rur, by zlokalizować przecieki. Gdy woda ucieka przez szczelinę, działa siła ssąca, która rośnie liniowo wraz z wielkością otworu i może być mierzona za pomocą czujników.

Aby zidentyfikować nieszczelności w sieci rurociągów, technik umieszcza robota w rurociągu przez hydrant przeciwpożarowy. Potem rejestruje położenie i pracę czujników, gdy urządzenie płynie z prądem. Gdy wyłowi je z rur, Daisy łączy się z Wi-Fi i na podstawie zapisanych danych tworzy mapę istniejących i potencjalnych przecieków.

Robot działa niezależnie od materiału, z którego wykonano sieć, i jest dostępny w różnych rozmiarach, aby sprawdzać rury o różnych średnicach. Daisy może wychwytywać wycieki we wczesnych stadiach.

– Może zapobiec utracie milionów galonów wody rocznie – przyznał dla MIT News Mark Gallager, dyrektor działu inżynierii i dystrybucji w Cambridge w stanie Massachusetts. – I zminimalizować szkody w infrastrukturze.

Adres filmu na Youtube: https://youtu.be/CohDhFkyiks

Testy w Arabii

Potrzeba było 11 prototypów Daisy, aby z sukcesem przemierzyć sieć rur w ramach eksperymentu w jednym z przedsiębiorstw w Arabii Saudyjskiej. Najpierw modele nie umiały odróżnić siły ssania od zakłóceń od brudu i rdzy zassanej z wnętrza rur. Nie były one też w stanie pokonać ostrych zakrętów na złączach i dostosować się do zmian przekroju rur.

Wu dopracował oprogramowanie do wykrywania nieszczelności. Nadał też korpusowi robota kształt ułatwiający mu przeciskanie się przez zgięcia i rury o mniejszych średnicach.

Robot Daisy został przetestowany w zakładzie firmy Pipetech LLC, zajmującej się wykrywaniem wycieków. Znajdowała się tam pętla z żeliwa o średnicy 2 cali w formie zygzakowatego rurociągu. W pewnym miejscu rury sprowokowano wyciek o sile 5 litrów wody na minutę. Próba z użyciem płynącej w sieci Daisy była powtarzana kilkanaście razy. Po nich robot opuścił rurę, a komputer wstawił dane do algorytmu. Jednym kliknięciem wygenerowana została prosta mapa rurociągu ze wskazaniem lokalizacji wycieku ok. 20 cm od rzeczywistej szczeliny.

Daisy jest nawet do dziesięciu razy skuteczniejsza niż konwencjonalne metody rozpoznawania wycieków i awarii.

Od nauki do komercji

Wu opracował już prototyp, którego koszt to 160 dol. za materiały i cztery godziny pracy. Doktorant MIT uruchomił w tym celu własną firmę PipeGuard Robotics Inc. (od nazwy grupy pracującej nad robotem w MIT). Pozyskiwała ona pieniądze z grantów badawczych, otrzymywała także zapytania od dziesiątków przedsiębiorstw użyteczności publicznej i władz regionalnych.

Firma na początku ubiegłego roku dostarczyła „stokrotki” do hrabstwa Wise w Wirginii, które traci z powodu przecieków prawie połowę wody, Lingang Industrial Zone w Szanghaju (30 proc. strat) oraz Monterrey w Meksyku (42 proc.). Podczas testów w Monterrey zespół pod kierownictwem Wu opracował wersję robota, która rozkłada się jak parasolka.

Wciąż ulepszana Daisy to urządzenie, które wykryje wycieki na wiele miesięcy przed katastrofą związaną z pęknięciem rury. – Możemy zapobiec utracie miliardów litrów wody rocznie i chronić infrastrukturę naszych społeczności – mówi nam WU.

Od czerwca ubiegłego roku współtworzy start-up WatchTower Robotics w Bostonie. Dwa miesiące temu firma wygrała 100 tys. dol. na kontynuowanie projektu Daisy.

Inteligentny podsłuch w hydrantach

Inną metodę opracowali inżynierowie z kanadyjskiego Uniwersytetu Waterloo. W Laboratorium Identyfikacji i Kontroli Strukturalnej we współpracy z partnerami z branży technologii inteligentnej infrastruktury stworzyli system o ogromnym potencjale wykrywania nawet małych wycieków w rurach.

Adres filmu na Youtube: https://youtu.be/qLXMkUYVRUc

Wykorzystali w tym celu wyrafinowane techniki przetwarzania sygnałów i oprogramowanie sztucznej inteligencji, aby zidentyfikować przecieki dzięki dźwiękom przenoszonym w rurociągach. Sygnatury akustyczne są rejestrowane przez czujniki, które mogą być łatwo i tanio zainstalowane w istniejących hydrantach bez prowadzenia wykopów lub wyłączania ich z eksploatacji.

Badania prowadzi Roya Cody, doktorantka nauk technicznych w dziedzinie inżynierii lądowej Uniwersytetu Waterloo. Tematem wykorzystania sztucznej inteligencji do rozpoznawania wycieków wody zajmuje się od pięciu lat.

Zespół przeprowadza obecnie testy z czujnikami umieszczonymi wewnątrz hydrantów. Pracuje również nad udoskonaleniem technologii, aby mogła jak najprecyzyjniej zlokalizować miejsce wycieków, a tym samym umożliwić bardziej efektywną naprawę.

Systemy wodociągowe Kanady tracą przez wycieki i awarie rurociągów ok. 13 proc. czystej wody.

• Arabia Saudyjska
• ekologia
• MIT
• MIT Media Lab
• środowisko