Vannsystemer over hele verden er under belastning. Hvert år blir gamle rør eldre mens befolkningen vokser og flere bygninger bygges. I USA går billioner gallons drikkevann tapt på grunn av lekkasjer og brudd, og den potensielle regningen for reparasjonene er enorm – $ 625 milliarder i løpet av de neste 20 årene bare for å fikse Amerikas skrantende vannnettverk.
Klimaendringene vil bare gjøre problemet verre, ettersom tilgang til rent vann allerede har blitt et presserende globalt problem. I år har kranene gått tørre i Johannesburg, mens Mexico by mister opptil 40 % av vannet sitt på grunn av forfalne vannrør og servicetilkoblinger.
Men det er håp i sikte: Design and Make-selskaper over hele verden reagerer på alvorlige miljøproblemer ved å prioritere bærekraft. Ifølge Autodesks 2024 State of Design & Make-rapport (engelsk) iverksetter 97 % av selskaper på tvers av bransjer tiltak for å øke bærekraften. De tyr til teknologi for å nå miljømål – og skaper muligheter for å utvi kle nyskapende løsninger og bygge nye virksomheter.
Den franske oppstartsbedriften ACWA Robotics er et av disse selskapene. Den tar for seg de kritiske utfordringene vannindustrien står overfor, ved å utvikle robotløsninger som navigerer gjennom rørsystemer for å samle inn data for mer effektiv vannforvaltning.
ACWAs selvstyrte undervannsrobot venter på å bli lastet inn i et testmiljø som simulerer forholdene i rørene i et vannsystem. Bilde gjengitt med tillatelse fra ACWA Robotics.
«ACWA står for Autonomous Clean Water Appliance», sier Jean-François Guiderdoni, administrerende direktør i ACWA Robotics. «På verdensbasis bringer 40 millioner kilometer med rør rent vann til bygninger, hus og bedrifter. Vi mister i gjennomsnitt 20 % til 40 % av vannet som transporteres av denne ryggraden i vanndistribusjonen. Det er en enorm mengde, og det henger sammen med rørenes tilstand.»
For å bedre situasjonen må vannverkene fornye, reparere og skifte ut flere rør slik at de mister mindre vann. Men, sier Guiderdoni, «Fordi all den infrastrukturen ble installert for lenge siden og begravet, vet de ikke nøyaktig hvor og når den må fornyes.»
For å gi vannsystemoperatører den informasjonen de trenger, har ACWA Robotics gått i bresjen med utviklingen av en leddet modulær robot som kan navigere mange kilometer med rør på egen hånd, uten å forstyrre vannforsyningen. Den bøyer og svinger seg mens flere sensorer fanger opp data for å finne svake områder, lekkasjesteder og identifisere mulige problemområder generelt slik at forsyningsselskaper kan iverksette effektive tiltak.
Roboten navigerer under vann gjennom et vannrør, og registrerer data om rørets tilstand og mulige problemområder. Bilde gjengitt med tillatelse fra ACWA Robotics.
Målet med selskapets intelligente rørroboter er å samle inn et komplett datasett om vannettets tilstand. «Vi håndterer de større rørene, de som kalles materør eller hovedrør», sier Guiderdoni. «Dette er de strategiske rørene som, når de går i stykker, kan påvirke en hel by eller et helt nabolag, generere enorme økonomiske tap og stoppe opp hele aktiviteten i byen.»
Robotene fanger opp målinger som rørdiameter, gjenværende tykkelse på røret på forskjellige steder og områder der korrosjon bygger seg opp, og utnytter HD-bilder og et sett med ikke-destruktiv testingsteknologi (NDT). I tillegg til løpende tilstandsvurderinger, kan robotene fra ACWA også samle avlesninger for vanntemperatur, pH, strømningshastighet og turbiditet der faste sensorer ikke kommer til, og dermed bidra til å forbedre vannkvaliteten og ytelsen.
Robotens rute gjennom rørledningen etableres før reisen starter. Punktene geo-registreres med lengdegrad, breddegrad og høyde over havet, og firmaet sier at den vil være i stand til å kalibrere et sted med en feilmargin på 40 cm. Når roboten har fullført oppdraget, tar den seg tilbake til inngangspunktet eller til et forhåndsdefinert utgangsområde.
En gjengivelse av den leddede roboten viser hvordan den bøyer seg for å bevege seg gjennom et vannrør. Bilde gjengitt med tillatelse fra ACWA Robotics.
Fra begynnelsen har ACWAs utfordring vært å designe en enhet som er kompakt og fleksibel nok til å bevege seg gjennom vannsystemrør – liten nok til å la vann strømme uten avbrudd, men likevel stor nok til å bære de innebygde systemene som trengs for datainnsamling.
Selskapet henvendte seg til Autodesk Fusion for å gi roboten liv, med et hovedhus laget av aluminium og satt sammen av 250 deler. De eneste forhåndsbygde delene er motorer, kulelager, akseltetninger, muttere og bolter og batterier. Alt annet er spesialdesignet for roboten.
Robotens designgruppe er delt inn i to team, ett for mekanisk design og ett for elektronikk. Fusion hjalp begge teamene med å samarbeide sømløst og lage 2D- og 3D-tegninger, 3D-gjengitte bilder og tilpassede kretskort, elektroniske kort og mekaniske deler. Teamene bruker Fusion Simulation Extension (engelsk) for å gjennomføre og samle presise analyser av belastnings- og termiske simuleringer.
ACWA Robotics har testet sin selvstyrte robot i simuleringer av utfordrende forhold som presser vanntrykket opp til 250 PSI og gjennomstrømningshastigheten opp til 1,5 m/s. Bilde gjengitt med tillatelse fra ACWA Robotics.
Data som samles inn av rørrobotene, brukes til mer enn å identifisere lekkasjer: De etablerer en strukturell vurdering av røret. «Vi kan fortelle klienter hvor det er mye korrosjon, defekte skjøter eller sprekker i betongrør», sier Guiderdoni, og legger til at denne informasjonen gjør det mulig «å gripe inn før en lekkasje oppstår».
Strukturell vurderingsinformasjon kan gi «et sett med ledetråder som vil hjelpe vannverket med å bestemme hvor de skal gjøre en reparasjon, hvor de ikke trenger å gjøre noe, eller hvor de må fornye et rør i år eller kanskje om to, tre, fire eller fem år», sier han. «Det endelige målet er å gi vannverket en veldig klar oversikt over rørets tilstand og hvordan de skal bruke pengene sine.»
Fremtidige utviklingsfaser vil sikre at ACWAs roboter kan tilegne seg ferdigheter fra kunstig intelligens (KI) for å forbedre hvordan de samler inn data. «KI kommer til å gjøre det mulig for robotene å tilpasse seg dynamisk under sine oppdrag», sier han. «En robot kan for eksempel ta bilder inne i et vannrør. Den kan oppdage en sprekk. Hvis sprekken har en gitt form og en viss lengde, vil roboten stoppe og ta en nærmere titt. Dette er bare én måte KI proaktivt kan bidra til å vedlikeholde rør på, samtidig som den samler inn mer nøyaktige data.»
Arbeidere implementerer en pilot for en prototyperobot med Aqua Publica, vannverket i ACWAs hjemby Bastia på øya Korsika. Bilde gjengitt med tillatelse fra ACWA Robotics.
Mens ACWA Robotics teknologi fortsetter å utvikle seg, er rekruttering av dyktige talenter en kontinuerlig bekymring for firmaet, som det er for mange selskaper i Design and Make-bransjer (engelsk). «Det er en utfordring å finne og beholde talenter, spesielt ingeniører», sier Guiderdoni. «Det er avgjørende for oss å finne rett person.»
ACWAs hovedmisjon, som er å takle kritiske bærekraftproblemer, gir imidlertid selskapet en fordel når de søker etter nye rekrutter. I henhold til State of Design & Make anser 72 % av bedriftsledere (engelsk) bærekraft som en av de viktigste verdiene for å beholde talent.
Guiderdoni bemerker at unge ansatte ikke bare motiveres av kompensasjon og utfordrende arbeid, men også av følelsen av at de kan ha en positiv innvirkning på verden. «Vi har en ny generasjon mennesker som vil jobbe med bærekraft og gjøre en forskjell», sier han. «De som blir med oss, kan få teknologisk utfordring gjennom arbeidet og samtidig se effekten av det de gjør. De vet at de ikke bare er et tannhjul i maskineriet.»
Dagens vannsystemforvaltere står overfor økende press for å takle utfordringene forbundet med avfall, manglende bevissthet, og til og med latskap, som fører til at beslutninger om infrastrukturinvesteringer blir utsatt.
«I vann skjer endringer langsomt», sier Guiderdoni. «Vi bringer ny teknologi inn i et ganske konservativt miljø, men for tiden er det en trend med nyvinning og endring. Tidligere kunne et vannverk ha sagt: «Vel, det kommer alltid til å være et visst vanntap. Hvis det er et problem, øker vi prisen.» Nå innser de at prisen har nådd en grense – den er nå dyrere – så de begynner å jobbe mot økt ytelse.»
—Jean-François Guiderdoni, administrerende direktør, ACWA Robotics
Presset for å handle på en mer miljøbevisst måte øker også. Ifølge rapporten State of Design & Make er fire av fem selskaper motivert til å iverksette bærekraftstiltak (engelsk) basert på kravene fra interessenter over hele linja. «Det er mange kilder til press for å bli mer bærekraftig – det er mediepress, press fra selskaper, nye reguleringer og insentiver fra EU-kommisjonen eller regjeringer», sier Guiderdoni. «Både myndigheter og selskaper innser at det er et stort økonomisk potensial i bærekraft. Det handler faktisk om å skape verdier og generere en eksemplarisk syklus.»
Etterhvert som vannverkene strever med økt etterspørsel forsterket av klimaendringer, er det avgjørende å maksimere verdien av eksisterende ressurser – et kjerneprinsipp for bærekraft. Guiderdoni bemerker at nyvinninger i bransjen har inkludert en bølge av ny teknologi for å finne lekkasjer i vannrør på en smart og nøyaktig måte. «Det som kommer til å drive neste fase, er kapitalforvaltning. Det betyr å gripe inn før rørene ryker», sier han. «Folk blir nå bevisste på at vann, og spesielt distribusjonsinfrastrukturen, må håndteres raskt. Jeg gleder meg til å påvirke og vise at vi vil kunne hjelpe infrastrukturvirksomheter med å gjøre endringer i årene som kommer.»
Mark de Wolf er frilansjournalist og en prisbelønt tekstforfatter som spesialiserer seg på teknologihistorier. Født i Toronto. Skapt i London. Basert i Zürich. Nå ham på markdewolf.com.
