Systemy wodociągowe na całym świecie są obciążone. Z każdym rokiem rury są coraz starsze, a liczebność populacji rośnie i powstaje coraz więcej nowych budynków. W Stanach Zjednoczonych biliony galonów wody pitnej wyciekają z nieszczelnych i popękanych rur, a potencjalny koszt napraw szokuje — szacuje się, że w ciągu najbliższych 20 lat rachunek za same naprawy niedomagających amerykańskich sieci wodociągowych wyniesie 625 miliardów dolarów.
Zmiany klimatyczne tylko pogorszą problem, ponieważ dostęp do czystej wody już teraz stał się palącą kwestią globalną. W tym roku w Johannesburgu wyschły krany, podczas gdy miasto Meksyk traci nawet 40% wody z powodu rozpadających się sieci wodociągowych i połączeń serwisowych.
Na horyzoncie pojawia się jednak nadzieja: firmy z branży projektowania i produkcji na całym świecie reagują na poważne problemy środowiskowe, traktując zrównoważony rozwój jako priorytet. Według opracowanego przez Autodesk raportu 2024 State of Design & Make (angielski) 97% firm z różnych branż podejmuje działania w celu poprawy sytuacji ekologicznej. Sięgają po technologię, aby osiągnąć cele środowiskowe i stworzyć możliwości opracowywania innowacyjnych rozwiązań i rozwijania nowych przedsięwzięć.
Jedną z takich firm jest francuski startup ACWA Robotics. Odpowiada na krytyczne wyzwania stojące przed branżą wodociągową, opracowując rozwiązania robotyczne, które poruszają się po systemach rur w celu gromadzenia danych potrzebnych do zwiększenia efektywności gospodarki wodnej.
Autonomiczny robot podwodny ACWA czeka na wprowadzenie do środowiska testowego symulującego warunki panujące wewnątrz rury wodociągowej. Obraz za zgodą firmy ACWA Robotics.
„ACWA to skrót od Autonomous Clean Water Appliance (autonomiczne urządzenie do czystej wody)” — mówi Jean-François Guiderdoni, dyrektor zarządzający ACWA Robotics. „Na całym świecie 40 milionów kilometrów rur dostarcza czystą wodę do budynków, domów i firm. Średnio od 20% do 40% wody transportowanej przez ten system wycieka. To ogromna ilość, która jest związana ze stanem rur”.
Aby poprawić sytuację i ograniczyć te straty, przedsiębiorstwa wodociągowe muszą odnawiać, naprawiać i wymieniać więcej rur. Ale, jak mówi Guiderdoni, „ponieważ cała infrastruktura została zainstalowana dawno temu i zakopana, nie wiedzą dokładnie, w którym miejscu i kiedy powinny przystąpić do remontów”.
Aby zapewnić operatorom systemów wodociągowych potrzebne informacje, firma ACWA Robotics opracowała pionierskiego przegubowego robota modułowego, który może samodzielnie poruszać się po kilometrach rur bez przerywania dostaw wody. Wygina się i obraca, a mnóstwo czujników rejestruje dane, aby wskazać słabe obszary, lokalizacje wycieków, a także — bardziej ogólnie — wykrywać miejsca potencjalnie problematyczne. Ma to na celu pomóc przedsiębiorstwom użyteczności publicznej w podejmowaniu dalszych skutecznych działań.
Robot porusza się pod wodą w rurze wodociągowej, zbierając dane o stanie rury i potencjalnych problemach. Obraz za zgodą firmy ACWA Robotics.
Zadaniem oferowanych przez firmę inteligentnych robotów rurowych jest zebranie kompletnego zestawu danych o stanie sieci wodociągowej. „Zajmujemy się większymi rurami, które nazywamy podajnikami lub magistralami” — mówi Guiderdoni. „Są to strategiczne rury, które po pęknięciu mogą mieć wpływ na całe miasto lub dzielnicę i generować ogromne straty finansowe, gdy wstrzymają funkcjonowanie obszaru dotkniętego awarią”.
Roboty rejestrują wskaźniki, takie jak średnica rury, grubość osadów w różnych jej miejscach oraz skorodowane obszary, wykorzystując obrazy o wysokiej rozdzielczości i cały zestaw technologii do badań nieniszczących (NDT). Poza oceną bieżącego stanu roboty ACWA mogą również zbierać odczyty temperatury wody, pH, prędkości przepływu i zmętnienia, do których nie docierają stałe czujniki. Pomagają w ten sposób poprawić jakość i charakterystykę wody.
Trasa robota w rurociągu jest ustalana przed rozpoczęciem podróży. Punkty są wyznaczane według długości i szerokości geograficznej oraz wysokości nad poziomem morza, przy czym firma twierdzi, że jest w stanie wskazać lokalizację z dokładnością do 40 cm. Po zakończeniu misji robot wraca do punktu wejścia lub do wstępnie określonego wyjścia.
Rendering przegubowego robota pokazuje, jak zgina się on podczas poruszania się w rurze wodociągowej. Obraz za zgodą firmy ACWA Robotics.
Od samego początku wyzwaniem dla ACWA było zaprojektowanie urządzenia wystarczająco kompaktowego i elastycznego, aby mogło poruszać się w rurach systemu wodociągowego. Musiało być wystarczająco małe, aby umożliwić przepływ wody bez zakłóceń, a jednocześnie wystarczająco duże, aby pomieścić pokładowe systemy potrzebne do zbierania danych.
Do opracowania robota firma skorzystała z oprogramowania Autodesk Fusion. Jego główny korpus wykonano z aluminium i zmontowano z 250 części. Jego jedynymi gotowymi częściami są silniki, łożyska kulkowe, uszczelnienia wału, nakrętki i śruby oraz akumulatory. Wszystko inne zostało zaprojektowane specjalnie pod kątem robota.
Grupa ds. projektowania robota jest podzielona na dwa zespoły — jeden zajmuje się projektowaniem mechanicznym, a drugi elektroniką. Program Fusion pomógł obu zespołom bezproblemowo współpracować i tworzyć plany 2D i 3D, renderowane obrazy 3D oraz niestandardowe płytki drukowane, karty elektroniczne i części mechaniczne. Zespoły korzystają z rozszerzenia Fusion Simulation Extension (angielski) do przeprowadzania i gromadzenia precyzyjnych analiz naprężeń oraz symulacji termicznych.
Firma ACWA Robotics przetestowała swojego autonomicznego robota w symulacji trudnych warunków, zwiększając ciśnienie wody do 250 PSI i prędkość przepływu do 1,5 m/s. Obraz za zgodą firmy ACWA Robotics.
Dane zbierane przez roboty poruszające się w rurach są wykorzystywane nie tylko do wykrywania wycieków, lecz także umożliwiają ocenę stanu strukturalnego rury. „Możemy powiedzieć klientom, gdzie występuje duża korozja, wadliwe połączenia lub pęknięcia w rurach” — wyjaśnia Guiderdoni, dodając, że informacje te umożliwiają „interwencję, zanim dojdzie do faktycznego wycieku”.
Informacje z oceny strukturalnej mogą dostarczyć „zestawu wskazówek, które pomogą przedsiębiorstwom użyteczności publicznej zdecydować, gdzie powinny wykonać naprawę, gdzie nie muszą nic robić lub gdzie muszą wyremontować rurę w tym roku, a może za dwa, trzy, cztery lub pięć lat” — mówi. „Ostatecznym celem jest zapewnienie przedsiębiorstwu bardzo jasnego obrazu stanu rury i tego, jak najlepiej wydatkować pieniądze”.
W przyszłych fazach rozwoju roboty ACWA będą wykorzystywać funkcje sztucznej inteligencji (AI), które poprawią metody zbierania danych. „Sztuczna inteligencja pozwoli robotom na dynamiczną adaptację w trakcie trwania ich misji” — dodaje. „Na przykład robot może robić zdjęcia wewnątrz rury wodociągowej. Może wykryć pęknięcie. Jeśli pęknięcie ma określony kształt i długość, robot zatrzyma się i przyjrzy się mu bliżej. To tylko jeden ze sposobów, w jaki sztuczna inteligencja może proaktywnie pomagać w utrzymaniu rurociągów, jednocześnie gromadząc dokładniejsze dane”.
Pracownicy realizują pilotaż prototypu robota we współpracy z Aqua Publica, przedsiębiorstwem wodociągowym w Bastii, macierzystym mieście ACWA na Korsyce. Obraz za zgodą firmy ACWA Robotics.
Podczas gdy technologia ACWA Robotics stale ewoluuje, rekrutacja wykwalifikowanych pracowników jest ciągłym problemem dla firmy, podobnie jak dla wielu innych przedsiębiorstw z branży projektowania i produkcji (angielski). „Znalezienie i zatrzymanie utalentowanych pracowników jest wyzwaniem, zwłaszcza w przypadku inżynierów” — mówi Guiderdoni. „Kluczowe jest zawsze znalezienie odpowiedniej osoby”.
Jednak podstawowa misja ACWA, polegająca na rozwiązywaniu krytycznych problemów związanych ze zrównoważonym rozwojem, daje firmie przewagę w docieraniu do nowych kandydatów. Według raportu State of Design & Make 72% liderów biznesu (angielski) uważa zrównoważony rozwój za najważniejszy czynnik decydujący o utrzymaniu talentów.
Guiderdoni zauważa, że młodych pracowników motywuje nie tylko wynagrodzenie i ambitna praca, ale także poczucie, że mają pozytywny wpływ na świat. „Mamy do czynienia z nowym pokoleniem ludzi, którzy chcą pracować nad zrównoważonym rozwojem i rzeczywiście zmieniać świat na lepsze” — mówi. „Osoby, które do nas dołączają, mogą podczas pracy u nas stawać przed wyzwaniami technologicznymi, jednocześnie widząc realne efekty tego, co robią. Wiedzą, że nie są tylko trybikiem w maszynie”.
Od dzisiejszych zarządców systemów wodociągowych coraz bardziej wymaga się, aby stawiali czoła wyzwaniom związanym z marnotrawstwem, brakiem świadomości, a nawet indolencją, które powodują, że decyzje dotyczące inwestycji infrastrukturalnych są odrzucane.
„W wodociągach wszystko zmienia się powoli” — wyjaśnia Guiderdoni. „Wprowadzamy nowe technologie do dość konserwatywnego środowiska, choć obecnie widać już pewne odejścia od status quo i zmiany. W przeszłości przedsiębiorstwo wodociągowe mogło stwierdzić: «Cóż, zawsze będą jakieś straty wody. Jeśli pojawi się problem, podniesiemy cenę». Teraz odkrywają, że cena osiągnęła pewien próg — jest dość wysoka — więc zaczynają dążyć do zwiększenia wydajności”.
— Jean-François Guiderdoni, dyrektor zarządzający, ACWA Robotics
Wzrasta również presja na działanie bardziej świadome ekologicznie. Według raportu State of Design & Make cztery na pięć firm jest zmotywowanych do podjęcia działań na rzecz zrównoważonego rozwoju (angielski) w związku z wymaganiami zgłaszanymi przez całe grono ich interesariuszy. „Istnieje wiele źródeł presji na zrównoważony rozwój — presja mediów, presja korporacyjna, nowe regulacje i zachęty ze strony Komisji Europejskiej lub rządów” — mówi Guiderdoni. „Zarówno rządy, jak i firmy zdają sobie sprawę, że w zrównoważonym rozwoju tkwi duży potencjał gospodarczy. Kreuje on de facto nową wartość i generuje pozytywne sprzężenie zwrotne”.
Ponieważ przedsiębiorstwa wodociągowe zmagają się ze zwiększonym popytem dodatkowo nasilonym przez zmiany klimatyczne, kluczowe znaczenie ma maksymalizacja wartości istniejących zasobów — co jest podstawową zasadą zrównoważonego rozwoju. Guiderdoni zauważa, że ostatnie zmiany w branży obejmują pojawienie się wielu nowych technologii do inteligentnego i dokładnego wykrywania wycieków w rurach wodociągowych. „Kolejnym etapem będzie zarządzanie zasobami. Oznacza to działanie, zanim pękną rury” — mówi. „Ludzie zdają sobie sprawę, że kwestie dotyczące wody, a w szczególności infrastruktury używanej do jej dystrybucji, trzeba szybko rozwiązać. Cieszę się, że możemy wywierać pozytywny wpływ i pokazywać, że jesteśmy w stanie pomóc przedsiębiorstwom użyteczności publicznej we wprowadzaniu zmian w nadchodzących latach”.
Mark de Wolf jest niezależnym dziennikarzem i wielokrotnie nagradzanym copywriterem specjalizującym się w tematach technologicznych. Urodził się w Toronto. Wybił się w Londynie. Mieszka w Zurychu. Można się z nim skontaktować za pośrednictwem strony markdewolf.com.
