ACWA Roboticsin autonomiset robotit kartoittavat tietä vesijärjestelmien resilienssiin

ACWA Robotics vastaa maailmanlaajuiseen vesijärjestelmien kuormituksen haasteeseen innovoimalla autonomisia robotteja, jotka liikkuvat putkissa etsien vuotoja ja optimoiden korjauksia. Katso, miten tämä ranskalainen startup käyttää teknologiaa kestävyyden edistämiseen ja arvokkaiden vesivarojen säästämiseen.

Kuva: ACWA Robotics.

Insinöörit upottavat ACWA Roboticsin testimallin vesiputkeen.

Mark de Wolf

4. syyskuuta 2024

min lukuaika

Vesijärjestelmät ympäri maailmaa kuormittuvat väestönkasvun, kaupunkialueiden kasvun ja ilmastonmuutoksen vuoksi. Samalla kun puhtaan veden tarve kasvaa, biljoonia litroja menetetään vuotavien putkien vuoksi.
Vastauksena kiireellisiin ympäristökysymyksiin suunnittelu- ja valmistusteollisuuden yritykset asettavat kestävän kehityksen etusijalle. Innovaattorit, kuten ranskalainen startup-yritys ACWA Robotics, kehittävät ratkaisuja, jotka käyttävät teknologiaa kestävyysongelmien ratkaisemiseen ja uuden liiketoiminnan luomiseen.
ACWA:n ainutlaatuinen autonominen robotti on suunniteltu kulkemaan vesijärjestelmien putkien sisällä ja keräämään tietoja huomiota vaativista alueista. Tämä auttaa vesilaitoksia optimoimaan kalliit korjaukset ja putkien uusimisen sekä säästämään arvokkaita vesivaroja.

Vesijärjestelmiin kohdistuu kuormitusta kaikkialla maailmassa. Joka vuosi vanhat putket vanhenevat edelleen, kun väestö kasvaa ja uusia rakennuksia rakennetaan. Yhdysvalloissa menetetään biljoonia litroja juomavettä putkien vuotojen ja rikkoutumisten vuoksi, ja mahdollinen korjauslasku on hämmästyttävä – 625 miljardia dollaria seuraavien 20 vuoden aikana pelkästään Yhdysvaltain vaikeuksissa olevien vesiverkkojen korjaamiseen.

Ilmastonmuutos vain pahentaa ongelmaa, sillä puhtaan veden saatavuudesta on jo tullut kiireellinen maailmanlaajuinen kysymys. Tänä vuonna hanat ovat kuivuneet esimerkiksi Johannesburgissa, kun taas Mexico City menettää jopa 40 prosenttia vedestään päävesijohtojen ja huoltoliitäntöjen vanhentumisen vuoksi.

Mutta toivoa on näkyvissä: suunnittelu- ja valmistusteollisuuden yritykset ympäri maailman vastaavat vakaviin ympäristöongelmiin asettamalla kestävän kehityksen etusijalle. Autodeskin 2024 State of Design & Make (englanniksi) -raportin mukaan 97 % eri toimialojen yrityksistä on ryhtynyt toimiin kestävyyden parantamiseksi. Ne hyödyntävät teknologiaa saavuttaakseen ympäristötavoitteet – ja luovat mahdollisuuksia innovatiivisten ratkaisujen kehittämiseen ja uuden liiketoiminnan vauhdittamiseen.

Ranskalainen startup ACWA Robotics on yksi näistä yrityksistä. Se vastaa vesitoimialan kohtaamiin kriittisiin haasteisiin kehittämällä robotteja, jotka liikkuvat putkijärjestelmissä tietojen keräämiseksi tehokkaampaa vesihuoltoa varten.

Visio vesijärjestelmien parantamisesta

ACWA:n jaokkeinen ja lieriömäinen autonominen vedenalainen robotti odottaa asettamista testiputkeen.

ACWA:n autonominen vedenalainen robotti odottaa asettamista testiympäristöön, joka simuloi olosuhteita vesijärjestelmän putkien sisällä. Kuva: ACWA Robotics.

”ACWA tulee sanoista Autonomous Clean Water Appliance”, kertoo Jean-François Guiderdoni, ACWA Roboticsin toimitusjohtaja. ”Maailmanlaajuisesti 40 miljoonaa kilometriä putkia tuo puhdasta vettä rakennuksiin, taloihin ja yrityksiin. Menetämme keskimäärin 20–40 prosenttia vedestä, jota tämä vedenjakelun perusinfrastruktuuri kuljettaa. Tämä on valtava määrä, ja se menetetään putkien kunnon vuoksi.”

Tilanteen parantamiseksi vesilaitosten on uusittava, korjattava ja vaihdettava yhä enemmän putkia vesihävikin pienentämiseksi. Guiderdoni jatkaa: ”Mutta koska kaikki tämä infrastruktuuri rakennettiin kauan sitten maan alle, vesilaitokset eivät tiedä tarkalleen, missä ja milloin putkia pitäisi uusia”.

Tarjotakseen vesijärjestelmien toimijoille niiden tarvitsemat tiedot ACWA Robotics on ensimmäisten joukossa kehittänyt modulaarisen nivelrobotin, joka pystyy liikkumaan kilometrien pituisissa putkissa itsenäisesti, vedenjakelua häiritsemättä. Se taipuu ja kääntyy samalla, kun useat anturit keräävät tietoja tunnistaakseen heikot alueet, vuotokohdat sekä yleisemmin havaitakseen mahdolliset ongelmakohdat, jotta vesilaitokset voivat toimia tehokkaasti.

Älykkäät robotit menevät sinne, minne insinöörit eivät pääse

Vedenalaisessa kuvassa autonominen robotti liikkuu vesiputkessa keräten tietoja.

Robotti liikkuu veden alla vesiputkea pitkin ja kerää tietoa putken kunnosta sekä mahdollisista ongelmakohdista. Kuva: ACWA Robotics.

Yhtiön älykkäiden putkirobottien tavoitteena on kerätä täydellinen tietokokonaisuus vesiverkoston kunnosta. ”Keskitymme suurempiin putkiin, joita kutsutaan syöttö- tai päävesiputkiksi”, Guiderdoni sanoo. ”Nämä ovat strategisia putkia, jotka rikkoutuessaan voivat vaikuttaa koko kaupunkiin tai kaupunginosaan ja aiheuttaa valtavia taloudellisia tappioita pysäyttäen koko kaupungin toiminnan.”

Robotit tallentavat mittauksia, kuten putken halkaisijan, putken jäännöspaksuuden eri kohdissa sekä alueet, joihin muodostuu korroosiota, hyödyntämällä teräväpiirtokuvia ja monipuolisia rikkomattomia testaustekniikoita (NDT). Putkien kunnon arvioinnin lisäksi ACWA:n robotit voivat myös kerätä lukemia veden lämpötilasta, pH-arvoista, virtausnopeudesta ja sameudesta siellä, minne kiinteät anturit eivät pääse. Tämä auttaa parantamaan veden laatua ja vesijärjestelmän suorituskykyä.

Robotin reitti putkistoa pitkin määritetään ennen ajon alkua. Pisteet merkitään pituusasteen, leveysasteen ja merenpinnan yläpuolisen korkeuden mukaan, ja yritys sanoo pystyvänsä kalibroimaan sijainnin 40 cm:n virhemarginaalilla. Kun robotti on suorittanut tehtävänsä, se palaa takaisin sisääntulopisteeseensä tai ennalta määritetylle poistumisalueelle.

Robottia kehittämässä

Renderointi nivelrobotista, joka taipuu liikkumaan vesiputken läpi.

Nivelrobotin renderointi näyttää, kuinka se taipuu liikkuakseen vesiputken läpi. Kuva: ACWA Robotics.

ACWA:n tavoitteena on alusta alkaen ollut suunnitella laite, joka on riittävän kompakti ja joustava liikkumaan vesijärjestelmän putkissa – riittävän pieni, jotta vesi pääsee virtaamaan keskeytyksettä, mutta silti riittävän suuri, jotta se voi kuljettaa tiedonkeruuseen tarvittavat järjestelmät.

Yritys hyödynsi Autodesk Fusionia kehittääkseen robottinsa, jonka päärunko on valmistettu alumiinista ja joka on kokoonpantu 250 osasta. Sen ainoat valmiina saatavat osat ovat moottorit, kuulalaakerit, akselitiivisteet, mutterit ja pultit sekä akut – kaikki muu on suunniteltu erityisesti tälle robotille.

Robotin suunnitteluryhmä on jaettu kahteen tiimiin, joista toinen vastaa mekaniikkasuunnittelusta ja toinen elektroniikasta. Fusion auttoi molempia tiimejä tekemään saumatonta yhteistyötä ja luomaan 2D- ja 3D-piirustuksia, 3D-renderoituja kuvia sekä mukautettuja piirilevyjä, elektroniikkakortteja ja mekaanisia osia. Tiimit käyttävät Fusion Simulation Extensionia (englanniksi) suorittaakseen ja kerätäkseen tarkkoja analyyseja kuormitus- ja lämpösimulaatioista.

Itsenäisen robotin rakentaminen tekoälyn avulla

Kaksi insinööriä kuljettamassa ACWA:n autonomisen robotin esituotantomallia suureen putkeen, joka on asennettu maan päälle testausta varten.

ACWA Robotics on testannut autonomista robottiaan kovien olosuhteiden simulaatioissa, joissa vedenpaine nousee 250 PSI:iin ja virtausnopeus 1,5 metriin sekunnissa Kuva: ACWA Robotics.

Putkessa kulkevien robottien keräämiä tietoja käytetään muuhunkin kuin vuotojen tunnistamiseen: se muodostaa putken rakenteellisen arvioinnin. ”Voimme kertoa asiakkaille, missä betoniputkissa on paljon korroosiota, viallisia liitoksia tai halkeamia” Guiderdoni sanoo ja lisää, että näiden tietojen avulla on mahdollista ”toimia ennen kuin vuoto tapahtuu”.

Rakennearviointi voi tarjota ”joukon vihjeitä, jotka auttavat vesilaitoksia päättämään, missä pitäisi tehdä korjaus, missä ei tarvitse tehdä mitään tai missä heidän on uusittava putki tänä vuonna tai ehkä kahden, kolmen, neljän tai viiden vuoden kuluttua”, hän sanoo. ”Lopullisena tavoitteena on antaa vesilaitokselle hyvin selkeä kuva putkien kunnosta ja siitä, miten heidän kannattaisi käyttää rahansa korjausten suhteen.”

Tulevissa kehitysvaiheissa ACWA:n robotit hyödyntävät tekoälyominaisuuksia tietojen keräämisen parantamiseksi. ”Tekoälyn avulla robotit voivat sopeutua dynaamisesti tehtäviensä aikana”, hän sanoo. ”Robotti voi esimerkiksi ottaa kuvia vesiputken sisällä. Tällöin se saattaa havaita halkeaman. Jos halkeama on tietyn muotoinen ja tietyn pituinen, robotti pysähtyy ja tutkii sitä tarkemmin. Tämä on vain yksi tapa, jolla tekoäly voi ennakoivasti auttaa putkien kunnossapidossa ja kerätä tarkempia tietoja.”

Keskittyminen kestävään kehitykseen houkuttelee uusia osaajia

Työntekijä, jolla on autonominen ACWA-robotti, polvistuu huoltoaukon viereen, jossa toinen työntekijä odottaa.

Työntekijät toteuttavat prototyyppirobotin pilotin Korsikan saarella ACWA:n kotikaupungissa Bastiassa sijaitsevan Aqua Publica -vesilaitoksen kanssa. Kuva: ACWA Robotics.

Samalla, kun ACWA Roboticsin teknologia kehittyy edelleen, ammattitaitoisten osaajien rekrytointi on jatkuva huolenaihe yritykselle, kuten se on monille suunnittelu- ja valmistusteollisuuden yrityksille (englanniksi). ”Osaajien, erityisesti insinöörien, löytäminen ja pitäminen on haaste”, Guiderdoni sanoo. ”Meille on tärkeää löytää oikeat ihmiset.”

ACWA:n keskeinen missio kriittisten kestävyyskysymysten ratkaisemisessa antaa kuitenkin yritykselle edun uusien työntekijöiden tavoittamisessa. State of Design & Make -tutkimuksen mukaan 72 % yritysjohtajista (englanniksi) pitää kestävää kehitystä tärkeimpänä tekijänä osaajien sitouttamisessa.

Guiderdoni huomauttaa, että nuoria työntekijöitä motivoi paitsi palkitseminen ja haastava työ, myös tunne siitä, että heillä on positiivinen vaikutus maailmaan. ”Meillä on uusi sukupolvi ihmisiä, jotka haluavat työskennellä kestävän kehityksen parissa ja vaikuttaa asioihin”, hän sanoo. ”Ihmiset, jotka liittyvät joukkoomme, haluavat työssään ratkaista teknologisia haasteita ja nähdä samalla työnsä vaikutuksen. He tietävät, etteivät ole vain ratas suuressa koneistossa.”

Pienistä noroista suureen hyökyyn

Nykypäivän vesijärjestelmien hallinnoijilla on kasvava paine vastata hävikin, tietoisuuden puutteen ja jopa saamattomuuden haasteisiin, joiden vuoksi infrastruktuuri-investointeja lykätään.

”Vesitoimialalla asiat muuttuvat hitaasti”, Guiderdoni sanoo. ”Tuomme uutta teknologiaa melko konservatiiviseen ympäristöön, mutta tällä hetkellä trendinä on disruptio ja muutos. Aiemmin vesilaitos saattoi sanoa: ”No, vettä tulee aina menemään hukkaan. Jos ongelmia ilmenee, nostamme hintaa.” Nyt kuitenkin on huomattu, että hinta on saavuttanut kipurajan, joten vesilaitokset alkavat tavoitella tehokkuutta.

”Monesta suunnasta tulee painetta kohti kestävää kehitystä – painetta mediasta ja yrityskentältä, uusia säännöksiä ja kannustimia Euroopan komissiolta tai hallituksilta. Sekä hallitukset että yritykset ymmärtävät, että kestävässä kehityksessä on paljon taloudellista potentiaalia. Se itse asiassa luo arvoa ja luo hyvän kierteen.”

– Jean-François Guiderdoni, Managing Director, ACWA Robotics

Myös paine toimia ympäristötietoisemmin kasvaa jatkuvasti. State of Design & Make -raportin mukaan neljä viidestä yrityksestä on motivoitunut ottamaan käyttöön kestävän kehityksen toimenpiteitä (englanniksi) sidosryhmien vaatimusten vuoksi kautta linjan. ”Monesta suunnasta tulee painetta kohti kestävää kehitystä – painetta mediasta ja yrityskentältä, uusia säännöksiä ja kannustimia Euroopan komissiolta tai hallituksilta”, sanoo Guiderdoni. ”Sekä hallitukset että yritykset ymmärtävät, että kestävässä kehityksessä on paljon taloudellista potentiaalia. Se itse asiassa luo arvoa ja luo hyvän kierteen.”

Kun vesilaitokset kamppailevat ilmastonmuutoksen vuoksi lisääntyneen kysynnän kanssa, on tärkeää maksimoida olemassa olevien resurssien arvo – ja juuri tämä on kestävän kehityksen keskeinen periaate. Guiderdoni huomauttaa, että viimeaikaiset häiriöt toimialalla ovat vaikuttaneet uusien tekniikoiden lisääntymiseen vesiputkien vuotojen älykkäässä ja tarkassa löytämisessä. ”Seuraavassa vaiheessa keskeiseksi on tulossa resurssien hallinta. Se tarkoittaa toimimista ennen kuin putket rikkoutuvat”, hän sanoo. ”Ihmiset ovat nyt tietoisia siitä, että veteen ja erityisesti sen jakeluinfrastruktuuriin liittyvät kysymykset on käsiteltävä nopeasti. Olen innoissani voidessani vaikuttaa asioihin ja näyttää, että voimme auttaa vesilaitoksia tekemään muutoksia tulevina vuosina.”

Tietoja Mark de Wolfista

Mark de Wolf on freelance-toimittaja ja palkittu copywriter, joka on erikoistunut teknologiaan liittyviin juttuihin. Syntynyt Torontossa. Oppinut paljon Lontoossa. Asuu Zürichissä. Tavoitat hänet osoitteesta markdewolf.com.