Watervoorzieningen over de hele wereld staan onder druk. Elk jaar worden oude leidingen nog ouder, terwijl de bevolking groeit en er steeds meer wordt gebouwd. In de VS gaan biljoenen liters drinkwater verloren door lekken en breuken. De kosten voor reparatie van de in slechte staat verkerende watervoorziening in het land bedragen naar schatting een duizelingwekkende 625 miljard dollar in de komende 20 jaar.
Door de klimaatverandering zal de problematiek alleen maar verergeren, aangezien de toegang tot schoon water ook nu al een urgent wereldwijd probleem is. Dit jaar is er in Johannesburg regelmatig geen water meer uit de kraan gekomen. En in Mexico-Stad gaat tot 40% van het water verloren door lekkende hoofdleidingen en aansluitingen.
Maar er gloort hoop aan de horizon: ontwerp- en productiebedrijven overal ter wereld pakken ernstige milieuproblemen aan door duurzaamheid voorop te stellen. Volgens het rapport State of Design & Make 2024 (Engels) van Autodesk onderneemt 97% van de bedrijven in allerlei branches actie om meer duurzaamheid te realiseren. Ze zien technologie als een kans om aan milieudoelstellingen te voldoen, innovatieve oplossingen te ontwikkelen en meer omzet te genereren.
De Franse startup ACWA Robotics is een van die bedrijven. ACWA Robotics richt zich op de enorme uitdagingen waarmee waterleidingbedrijven worden geconfronteerd. Dit doet het bedrijf door robotica-oplossingen te ontwikkelen die zich door leidingsystemen voortbewegen om gegevens te verzamelen voor efficiënter waterbeheer.
De autonome onderwaterrobot van ACWA Robotics wacht op plaatsing in een testomgeving die de omstandigheden in een waterleiding simuleert. De afbeelding is ter beschikking gesteld door ACWA Robotics.
"ACWA staat voor Autonomous Clean Water Appliance", vertelt Jean-François Guiderdoni, algemeen directeur van ACWA Robotics. "Wereldwijd levert 40 miljoen kilometer aan leidingen schoon water aan huizen, bedrijven en andere gebouwen. Maar gemiddeld gaat 20% tot 40% van het water dat via deze ruggengraat van de waterdistributie wordt vervoerd verloren. Dat is een enorme hoeveelheid. De oorzaak is de staat van de leidingen."
Om de situatie te verbeteren, ontkomen waterleidingbedrijven er niet aan om meer leidingen te vernieuwen, te repareren of te vervangen, zodat ze minder water verliezen. Guiderdoni: "Maar omdat veel van de infrastructuur al lang geleden is aangelegd en zich onder de grond bevindt, is het vaak onduidelijk waar en wanneer er moet worden ingegrepen."
Om waterleidingbedrijven te voorzien van de informatie die ze nodig hebben, heeft ACWA Robotics een gelede modulaire robot ontwikkeld die zich zelfstandig door kilometerslange leidingen kan voortbewegen, zonder de watervoorziening te verstoren. De robot buigt en draait terwijl er met een groot aantal sensoren gegevens worden vastgelegd om zwakke plekken en leklocaties te detecteren, en mogelijk toekomstige problemen in kaart te brengen, zodat nutsbedrijven efficiënt actie kunnen ondernemen.
De robot navigeert onder water door een waterleiding en legt gegevens vast over de toestand van de leiding en mogelijke probleemplekken. De afbeelding is ter beschikking gesteld door ACWA Robotics.
Het doel van de intelligente waterleidingrobots van het bedrijf is om een volledige gegevensset te verzamelen over de toestand van waterleidingnetwerken. "We richten ons op de grotere leidingen, het hoofdleidingnet", zegt Guiderdoni. "Je hebt het dan over de belangrijkste leidingen. Als daarin een breuk optreedt, heeft dat gevolgen voor een hele stad of wijk. Er hangt ook een fors prijskaartje aan, want alles in het getroffen gebied komt zo'n beetje tot stilstand."
De robots leggen gegevens vast zoals pijpdiameter, restdikte van de buis op verschillende locaties en plekken met veel corrosie. Hierbij wordt gebruikgemaakt van HD-beelden en een hele reeks NDT-testtechnologieën (methoden voor niet-destructief onderzoek). Naast het uitvoeren van conditiebeoordelingen, kunnen de robots van ACWA Robotics ook meetresultaten leveren met betrekking tot watertemperatuur, pH-waarde, stroomsnelheid en troebelheid op plaatsen waar geen vaste sensoren kunnen worden geplaatst. Dit maakt het mogelijk de waterkwaliteit en de prestaties te verbeteren.
De route van de robot door de waterleiding wordt bepaald voordat de tocht begint. Punten worden via georeferentie vastgelegd op basis van lengtegraad, breedtegraad en hoogte boven zeeniveau. Volgens ACWA Robotics kunnen locaties worden gekalibreerd met een foutmarge van maximaal 40 cm. Nadat de robot zijn missie heeft voltooid, gaat deze terug naar het beginpunt of naar een vooraf gedefinieerd uitgangspunt.
Deze afbeelding van de gelede robot laat zien hoe de robot buigt om zich door een waterleiding voort te bewegen. De afbeelding is ter beschikking gesteld door ACWA Robotics.
Vanaf het begin was het dé uitdaging voor ACWA Robotics om een robot te ontwerpen die compact en flexibel genoeg was om door waterleidingen te navigeren: klein genoeg om de waterdoorstroming niet te hinderen, maar groot genoeg om alle systemen onder te brengen die nodig zijn voor het verzamelen van gegevens.
Het bedrijf koos voor Autodesk Fusion om de robot tot leven te brengen. De robot heeft een behuizing van aluminium en is samengesteld uit 250 onderdelen. De enige kant-en-klare onderdelen zijn motoren, kogellagers, asafdichtingen, bouten, moeren en batterijen. Alle overige onderdelen zijn speciaal ontworpen voor de robot.
De groep specialisten die de robot heeft ontworpen, bestaat uit twee teams: één voor het werktuigbouwkundige ontwerp en één voor de elektronica. Dankzij Fusion konden beide teams naadloos samenwerken en 2D- en 3D-blauwdrukken, 3D-gerenderde afbeeldingen en speciaal ontworpen printplaten, elektronische kaarten en mechanische onderdelen maken. De teams gebruiken Fusion Simulation Extension (Engels) om nauwkeurige analyses van spannings- en thermische simulaties uit te voeren en de resultaten hiervan te verzamelen.
ACWA Robotics heeft de autonome robot getest in simulaties onder zware omstandigheden met een waterdruk tot 250 PSI en een stroomsnelheid tot 1,5 m/s. De afbeelding is ter beschikking gesteld door ACWA Robotics.
De gegevens die de robots in waterleidingen verzamelen, worden niet alleen gebruikt om lekken te identificeren. Ze maken ook een structurele beoordeling van de leidingen mogelijk. "We kunnen aan klanten rapporteren waar er veel corrosie, ondeugdelijke verbindingen of scheuren in betonnen buizen zijn", zegt Guiderdoni. Hij voegt eraan toe dat er dankzij deze informatie kan worden ingegrepen voordat er een lek optreedt.
"Informatie uit structurele beoordelingen kan nutsbedrijven handvatten geven om te beslissen waar reparaties vereist zijn, waar ingrijpen niet nodig is of waar ze dit jaar, volgend jaar of misschien over twee, drie, vier of vijf jaar een leiding moeten vervangen", vertelt Guiderdoni. "Het uiteindelijke doel is om nutsbedrijven een heel duidelijk beeld te geven van de staat waarin het leidingnet zich bevindt en welke investeringen het urgentst zijn."
In toekomstige ontwikkelingsfasen wordt in de robots van ACWA Robotics kunstmatige intelligentie (AI) geïntegreerd om het verzamelen van gegevens te verbeteren. "AI gaat robots in staat stellen dynamisch in te spelen op de situaties tijdens hun missie", zegt hij. "Een robot kan bijvoorbeeld foto's maken in een waterleiding. De robot detecteert een scheur. Als die scheur een bepaalde vorm en een bepaalde lengte heeft, stopt de robot en onderzoekt hij het geval. Dat is slechts één manier waarop AI proactief kan bijdragen aan het onderhoud van waterleidingen en tegelijkertijd nauwkeurigere gegevens kan verzamelen."
Medewerkers voeren met het prototype van een robot een pilot uit voor Aqua Publica, het waterleidingsbedrijf van Bastia op het eiland Corsica, de thuisbasis van ACWA Robotics. De afbeelding is ter beschikking gesteld door ACWA Robotics.
Hoewel ACWA Robotics stevig aan de weg timmert met innovatieve technologie, blijft de werving van veelbelovend talent een grote uitdaging voor het bedrijf. Dat geldt ook voor veel andere bedrijven in de ontwerp- en productiesector (Engels). "Talent binnenhalen én behouden, vooral ingenieurs, is lastig", vertelt Guiderdoni. "Het is voor ons ontzettend belangrijk om de juiste mensen te vinden."
Doordat ACWA Robotics zich nadrukkelijk richt op essentiële kwesties op het gebied van duurzaamheid, heeft het bedrijf echter een streepje voor bij het aantrekken van talent. Volgens het rapport State of Design & Make beschouwt 72% van de zakelijke leiders (Engels) duurzaamheid als een belangrijke troef om talent binnen te houden.
Guiderdoni merkt op dat jonge medewerkers niet alleen worden gemotiveerd door goede arbeidsvoorwaarden en uitdagend werk, maar ook door het gevoel dat ze de wereld positief kunnen beïnvloeden. "Er is een nieuwe generatie die zich inzet voor duurzaamheid en ook echt impact wil maken", zegt hij. "De mensen die bij ons komen werken, worden op professioneel niveau technologisch uitgedaagd en zien tegelijkertijd de impact van wat ze doen. Ze weten dat ze niet slechts een radertje in de machine zijn."
Waterleidingbedrijven staan onder toenemende druk om de uitdagingen op het gebied van verspilling, desinteresse en zelfs apathie aan te pakken. Door dergelijke sentimenten worden beslissingen over investeringen in infrastructuur niet zelden op de lange baan geschoven.
"In de nutssector gaan veranderingen niet zo snel", vertelt Guiderdoni. "Wij komen met nieuwe technologie in een tamelijk conservatieve omgeving. Toch bespeur je momenteel een trend van disruptie en verandering. Voorheen hadden ze bij een waterleidingbedrijf misschien gezegd 'Nou ja, er lekt altijd wel wat water weg. Als dat een probleem wordt, verhogen we de prijs'. Maar nu ontdekken ze dat de prijs een drempel heeft bereikt. Water is een stuk duurder geworden. Daarom komt er langzamerhand meer aandacht voor de bedrijfsprestaties."
—Jean-François Guiderdoni, algemeen directeur, ACWA Robotics
Ook de druk om milieubewuster te werk te gaan, neemt toe. Volgens het rapport State of Design & Make zijn vier op de vijf bedrijven gemotiveerd om duurzaamheidsinitiatieven te nemen (Engels). Hierbij spelen de eisen van meerdere belanghebbenden een rol. "De druk om duurzamer te werken, komt van alle kanten: de media is kritisch, binnen bedrijven zelf staat duurzaamheid steeds hoger op de agenda, regelgeving wordt aangescherpt en de Europese Commissie en overheden moedigen duurzaamheidsinitiatieven aan", zegt Guiderdoni. "Zowel overheden als bedrijven realiseren zich dat duurzaamheid veel economische voordelen biedt. Je creëert er waarde mee en genereert een opwaartse spiraal."
Nu waterleidingbedrijven steeds vaker worstelen met de toegenomen vraag als gevolg van de klimaatverandering, is het van cruciaal belang om de waarde van bestaande hulpbronnen te maximaliseren. Dat is een kernprincipe van duurzaamheid. Guiderdoni merkt op dat recente disruptieve ontwikkelingen in de branche hebben geleid tot een golf van nieuwe technologieën om lekken in waterleidingen slim en nauwkeurig op te sporen. "De volgende fase zal gericht zijn op optimaal beheer van de infrastructuur. Dat betekent handelen voordat leidingen breken", zegt hij. "Steeds meer mensen realiseren zich dat de watervoorziening, en dan vooral de distributie-infrastructuur, snel moet worden aangepakt. Ik sta te popelen om met onze oplossingen impact te maken en te laten zien dat we nutsbedrijven ook in de toekomst kunnen helpen veranderingen door te voeren."
Mark de Wolf is een freelance journalist en bekroonde copywriter gespecialiseerd in artikelen over technologie. Geboren in Toronto. Gevormd in Londen. Gevestigd in Zürich. Neem contact op via markdewolf.com.
