Vodovodní systémy po celém světě jsou pod tlakem. Staré potrubí každým rokem stárne víc a víc, ovšem počet obyvatel a s nimi i počet budov roste. V USA se kvůli únikům a poruchám ztratí biliony galonů pitné vody a potenciální účet za opravy je ohromující – v příštích 20 letech bude třeba jen na opravu churavějící americké vodovodní sítě vynaložit 625 miliard dolarů.
Změna klimatu tento problém jen zhorší, neboť přístup k čisté vodě je už nyní palčivým celosvětovým problémem. Letos vyschly kohoutky v Johannesburgu a kvůli zchátralým vodovodním a servisním přípojkám ztrácí Mexico City až 40 % vody.
Naděje je však na obzoru: Společnosti po celém světě, které se zabývají designem a výrobou, reagují na vážné problémy životního prostředí a z trvalé udržitelnosti činí prioritu. Podle zprávy 2024 State of Design & Make (angličtina) společnosti Autodesk podniká kroky ke zlepšení trvalé udržitelnosti 97 % společností napříč odvětvími. Aby splnily cíle v oblasti životního prostředí, spoléhají se na technologie a vytvářejí příležitosti k vývoji inovativních řešení a budování nových podniků.
Jednou z těchto společností je francouzský startup ACWA Robotics. Zabývá se kritickými problémy, kterým čelí vodárenský průmysl, a vyvíjí robotická řešení, která se pohybují potrubními systémy a shromažďují data pro efektivnější hospodaření s vodou.
Autonomní podvodní robot ACWA čeká, až bude vložen do testovacího prostředí, které simuluje podmínky uvnitř potrubí vodovodního systému. Obrázek poskytla společnost ACWA Robotics.
„ACWA je zkratka pro autonomní zařízení na čistou vodu,“ říká Jean-François Guiderdoni, výkonný ředitel společnosti ACWA Robotics. „Délka potrubí, které přivádí čistou vodu do budov, domů a firem po celém světě, je 40 milionů kilometrů. Průměrně se ztrácí 20 až 40 % vody, kterou tento páteřní kanál distribuce vody nese. To je obrovské množství a souvisí to se stavem potrubí.“
Vodárenské společnosti tak musí obnovit, opravit a vyměnit více potrubí, aby se situace zlepšila a docházelo k menším ztrátám vody. Ale Guiderdoni říká: „Vzhledem k tomu, že instalace veškeré této infrastruktury byla provedena již dávno a leží pod zemí, neví se přesně, kde a kdy by se měla obnovovat.“
Aby mohla společnost ACWA Robotics poskytovat provozovatelům vodovodních systémů potřebné informace, stala se průkopníkem ve vývoji kloubového modulárního robota, který se v kilometrech potrubí dokáže sám pohybovat, aniž by přitom bylo nutné přerušit dodávky vody. Ohýbá se a otáčí a díky tomu a svým mnoha senzorům zaznamenává údaje, aby bylo možné stanovit slabá místa a místa úniků a obecněji identifikovat potenciální problémová místa s cílem pomoci společnostem přijmout účinná opatření.
Robot se pohybuje pod vodou vodovodním potrubím a zaznamenává data o stavu potrubí a potenciálních problémových místech. Obrázek poskytla společnost ACWA Robotics.
Cílem inteligentních potrubních robotů společnosti je shromáždit kompletní soubor dat o stavu vodovodní sítě. „Zabýváme se většími potrubími, kterým se říká přivaděče nebo hlavní řady,“ upřesňuje Guiderdoni. „Jedná se o strategická potrubí, která, když prasknou, mohou ovlivnit celé město nebo čtvrť a způsobit obrovské finanční ztráty, které ochromí život v celém městě.“
Roboti zaznamenávají hodnoty, jako je průměr potrubí, zbytková tloušťka potrubí na různých místech a oblasti, kde se tvoří koroze, využívají přitom snímky ve vysokém rozlišení a celou řadu technologií nedestruktivního testování (NDT). Kromě hodnocení provozních podmínek mohou roboti ACWA také shromažďovat údaje o teplotě vody, pH, rychlosti proudění a zákalu tam, kam se pevné senzory nedostanou, a tím pomoci zlepšit kvalitu a přívod vody.
Trasa robota podél potrubí se stanoví před zahájením cesty. Georeferenční údaje příslušných bodů jsou dány zeměpisnou délkou, šířkou a nadmořskou výškou a firma udává, že bude schopna kalibrovat polohu s přesností na 40 cm. Poté, co robot dokončí svou misi, vrátí se zpět do svého vstupního bodu nebo do předem definovaného místa výstupu.
„Obrázek kloubového robota znázorňuje, jak se ohýbá, aby mohl projít vodovodním potrubím.“ Obrázek poskytla společnost ACWA Robotics.
Od samého počátku bylo výzvou společnosti ACWA navrhnout dostatečně kompaktní a flexibilní jednotku, která by se mohla pohybovat vodovodním potrubím. Měla být dostatečně malá na to, aby nenarušovala průtok vody, ale zároveň dostatečně velká, aby unesla palubní systémy potřebné pro sběr dat.
Společnost využila řešení Autodesk Fusion, a přivedla na svět robota, jehož hlavní část je vyrobena z hliníku a který je celý sestaven z 250 dílů. Jeho jedinými předem sestavenými částmi jsou motory, kuličková ložiska, těsnění hřídele, matice a šrouby a baterie. Vše ostatní je navrženo speciálně pro robota.
Skupina, která měla konstrukci robota na starosti, byla rozdělena do dvou týmů, jeden měl na starosti mechanický návrh a druhý elektroniku. Aplikace Fusion pomohla oběma týmům hladce spolupracovat a vytvářet 2D a 3D plány, 3D rendrované obrázky a vlastní desky s plošnými spoji, elektronické karty a mechanické součásti. Týmy používají rozšíření Fusion Simulation Extension (angličtina) k provádění a shromažďování přesných analýz pevnostních a tepelných simulací.
Společnost ACWA Robotics testovala svého autonomního robota při simulacích náročných podmínek, při tlaku vody až 250 PSI a rychlosti proudění až 1,5 m/s. Obrázek poskytla společnost ACWA Robotics.
Data shromážděná roboty pohybujícími se potrubím se používají nejen k identifikaci netěsností: slouží také ke strukturálnímu posouzení potrubí. „Klientům můžeme sdělit, kde je hodně koroze, kde se nacházejí vadné spoje nebo kde jsou v betonovém potrubí praskliny,“ popisuje Guiderdoni a dodává, že tyto informace umožňují „zasáhnout dříve, než dojde k úniku“.
Informace o strukturálním posouzení mohou poskytnout „soubor vodítek, která pomohou vodohospodářským společnostem rozhodnout se, kde by se měly provést opravy, kde není třeba dělat nic, nebo kde je nutné obnovit potrubí ještě letos nebo možná za dva, tři, čtyři nebo pět let,“ dodává. „Konečným cílem je poskytnout vodohospodářským společnostem velmi konkrétní pohled na stav potrubí a na to, jak by měly utrácet své peníze.“
V budoucích fázích vývoje budou roboti ACWA využívat schopnosti umělé inteligence (AI), aby zlepšili způsob sběru dat. „Umělá inteligence umožní robotům se během jejich misí dynamicky přizpůsobovat,“ říká Guiderdoni. „Robot může například fotit uvnitř vodovodního potrubí. Může detekovat prasklinu. Pokud má tato prasklina určitý tvar a určitou délku, robot se zastaví a podívá se na ni blíže. To je jen jeden ze způsobů, jak může umělá inteligence proaktivně pomáhat s údržbou potrubí a zároveň shromažďovat přesnější data.“
Pracovníci realizují pilotní projekt prototypu robota ve spolupráci s vodárenskou společností Aqua Publica v korsickém městě Bastia, kde zároveň sídlí společnost ACWA. Obrázek poskytla společnost ACWA Robotics.
I když se technologie společnosti ACWA Robotics neustále vyvíjí, nábor kvalifikovaných talentů je pro firmu trvalým problémem, stejně jako pro mnoho společností zabývajících se designem a výrobou (angličtina). „Najít a udržet si talenty – a především pak inženýry – je výzva,“ připouští Guiderdoni. „Najít toho správného člověka je pro nás klíčové.“
Hlavní poslání společnosti ACWA, tedy řešit kritické otázky trvalé udržitelnosti, však dává společnosti výhodu při oslovování nových zaměstnanců. Podle zprávy State of Design & Make považuje 72 % vedoucích pracovníků firem (angličtina) trvalou udržitelnost za hlavní lákadlo talentů.
Guiderdoni poznamenává, že mladé zaměstnance motivuje nejen odměna a náročná práce, ale také pocit, že jejich činnost má pozitivní dopad na svět. „Přichází nová generace lidí, kteří chtějí pracovat na trvalé udržitelnosti a touží po smysluplné práci,“ říká. „Lidé, kteří se k nám připojí, mohou díky své práci čelit technologickým výzvám a zároveň vidět dopad toho, co dělají. Vědí, že nejsou jen kolečkem v nějakém soukolí stroje.“
Dnešní správci vodohospodářských systémů čelí rostoucímu tlaku na to, aby řešili problémy spojené s plýtváním, nedostatečnou informovaností, a dokonce i netečností, kvůli nimž se rozhodnutí o investicích do infrastruktury neustále odkládají.
„V oblasti vodohospodářství se věci mění pomalu,“ říká Guiderdoni. „My přinášíme nové technologie do poměrně konzervativního prostředí, ale i v něm je v současné době patrný trend směřující ke změnám. V minulosti mohla vodárenská společnost říct: „No, vždycky bude docházet k nějakým ztrátám vody. Pokud se vyskytne problém, zvýšíme cenu.“ Dnes tyto firmy zjišťují, že cena dosáhla nějaké horní hranice (nyní je dražší), takže se začínají zaměřovat na efektivitu.“
– Jean-François Guiderdoni, výkonný ředitel, ACWA Robotics
Zvyšuje se také tlak na to, abychom se k životnímu prostředí chovali lépe. Podle zprávy State of Design & Make jsou čtyři z pěti firem vzhledem k požadavkům zainteresovaných stran motivovány k přijetí opatření v oblasti trvalé udržitelnosti (angličtina). „K udržitelnosti nás tlačí celá řada věcí – je tu tlak médií, tlak korporací, nové regulace a pobídky od Evropské komise nebo vlád,“ říká Guiderdoni. „Vlády i společnosti si uvědomují, že trvalá udržitelnost má velký ekonomický potenciál. Ve skutečnosti generuje hodnotu a vytváří pozitivní cyklus.“
Vzhledem k tomu, že se vodárenské společnosti potýkají se zvýšenou poptávkou umocněnou změnou klimatu, je zásadní maximalizovat hodnotu stávajících zdrojů – což je základní princip trvalé udržitelnosti. Guiderdoni poznamenává, že součástí nedávných změn v odvětví byl i příval nových technologií pro inteligentní a přesné hledání netěsností ve vodovodním potrubí. „To, co bude hnacím motorem další fáze, je správa komponent. To znamená jednat dříve, než potrubí praskne,“ uvádí. „Lidé si nyní začínají uvědomovat, že vodu – a zejména její distribuční infrastrukturu – je třeba řešit rychle. Jsem nadšený z toho, že to mohu ovlivnit a ukázat, že v nadcházejících letech dokážeme pomoci vodohospodářským společnostem se změnami.“
Mark de Wolf je novinář na volné noze a oceňovaný copywriter specializující se na příběhy o technologiích. Narozen v Torontu. Profesně vyrostl v Londýně. Bydlištěm v Curychu. Zastihnete ho na markdewolf.com.
