ACWA Robotics 的自主機器人為水資源韌性規劃可行之路

面對全球水資源系統緊迫狀況，ACWA Robotics 對自主機器人進行創新，巡航管道以偵測漏水點並改善維修作業。瞭解這家法國新創公司如何利用技術來提高永續發展以及保護寶貴的水資源。

影像由 ACWA Robotics 授權使用。

Mark de Wolf

2024 年 9 月 4 日

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世界各地的供水系統因人口增長、城市擴充和氣候變化而遭受沉重的壓力。正當清潔用水需求不斷增加之際，因水管漏水而流失的用水量卻高達數兆加侖。
為了應對日益迫切的環境問題，各家設計與製造公司莫不優先衡量永續發展目標。法國新創公司 ACWA 等創新組織與人員正在極力開發解決方案，利用新技術處理永續發展問題並開拓全新業務。
ACWA 的獨特自主機器人旨在於供水系統的水管內巡檢，擷取需要注意的區域相關資料。這有助於公用事業公司更合理地規劃高昂的管道維修和更新費用，並保護寶貴的水資源。

世界各地的供水系統莫不承受重大壓力。每年，隨著人口增長和更多建築物增加，老舊管道就會更顯老化。在美國，數兆加侖飲用水因漏水和管道破損而流失，潛在的維修費用更是令人震驚 — 未來 20 年，僅僅用於修復美國陷入困境的供水網路費用就高達 6250 億美元。

氣候變化只會使問題變得更遭，因為取得清潔用水已經成為緊迫的全球問題。今年，約翰尼斯堡的水龍頭乾涸無水，而墨西哥城則因主管道與支管道連接問題而損失高達 40% 的水資源。

不過，希望就在眼前：世界各地的設計與製造公司都在優先實作永續發展，應對嚴重的環境問題。據 Autodesk 2024 State of Design & Make (英文) 報告稱，各行各業有 97% 的公司正在採取行動改善永續發展。他們正在投入技術來實現環境目標，並創造機會開發創新解決方案和開拓全新業務。

法國新創公司 ACWA Robotics 就是其中之一。該公司開發機器人解決方案來處理水資源產業面臨的嚴峻挑戰。他們運用機器人在管道系統中巡檢並收集資料，以提升水資源的管理效率。

改善供水系統的願景

ACWA 自主水下機器人等待裝載到模擬供水系統管道內部條件的測試環境中。影像由 ACWA Robotics 授權使用。

ACWA Robotics 總經理 Jean-François Guiderdoni 表示：「ACWA 代表 Autonomous Clean Water Appliance。在全球範圍內，有 4000 萬公里的管道為大樓、房子和企業提供清潔用水。在這種配送主幹運輸的模式下，我們平均損失掉 20% 至 40%。這是非常巨大的數量，而且與管道狀況關係密切。」

為了改善這種情況，自來水公司需要更新、修理和替換更多管道，以減少供水損失。但是，Guiderdoni 指出：「由於所有這些基礎設施的安裝年代久遠並埋入地下，他們無法確切掌握進行更新的時間與位置。」

為了向供水系統操作員提供所需的資訊，ACWA Robotics 率先開發了鉸接式模組化機器人，可以在不中斷供水的情況下自行巡檢數英里的管道。機器人可以彎曲和轉向，並裝配多個感應器以查明脆弱區域、漏水位置，還能更全面偵測潛藏問題點，以協助自來水公司採取有效措施。

智慧機器人可以前往工程師無法到達之處

機器人在水管中巡檢，擷取管道狀況和潛藏問題點相關資料。影像由 ACWA Robotics 授權使用。

該公司的智慧管道機器人旨在收集完整的供水網路狀況資料集。Guiderdoni 表示：「我們處理大型的管線，也就是大家所謂的饋線或幹線，屬於供水系統的關鍵管線。如果破裂，將會影響整個城市或鄰近區域，並造成巨大的經濟損失，導致整個城市停止運轉。」

機器人利用高解析度影像和全套非破壞性檢測 (NDT) 技術，取得管道直徑、不同位置的管道殘餘厚度，以及腐蝕聚集區域等的指標資料。除了進行狀況評估外，ACWA 的機器人還可以在無法設置固定感應器的位置收集水溫、pH 值、流速和混濁度等資料讀取，因此有助於改善水質和績效。

機器人在管道中巡檢的路線在行程開始之前已經建立。各個點的空間對位依據為海平面以上的經度、緯度和海拔，該公司表示，位置的校準誤差範圍在 40 公分內。機器人完成任務後，可自行返回入口點或預先定義的出口區域。

賦予機器人生命

鉸接式機器人示意圖展示機器人如何在水管中彎曲巡檢。影像由 ACWA Robotics 授權使用。

從一開始，ACWA 面臨的挑戰就是設計一個足夠精巧、靈活，且可在供水系統管道中巡檢的裝置，確保裝置尺寸小到不至於阻礙水的流動，卻要大到可以搭載收集資料所需的裝載系統。

該公司於是採用 Autodesk Fusion，以為機器人注入生命；機器人主體為鋁材質，由 250 個零件組裝而成。為預製零件，馬達、滾珠軸承、軸封、螺母和螺栓以及電池只有其他部分則專為機器人而設計。

機器人的設計小組分為兩個團隊，一個負責機械設計，一個負責電子器件。Fusion 協助兩個團隊順暢協同合作，以及建立 2D 和 3D 藍圖、3D 渲染影像和自訂電路板、電子卡片與機械零件。團隊使用 Fusion Simulation Extension (英文) 來執行和收集應力和熱模擬的精確分析。

運用 AI 打造獨立作業能力

ACWA Robotics 的自主機器人已成功在水壓推高至 250 PSI、流速推高至 1.5 m/s 的嚴峻模擬條件下進行測試。影像由 ACWA Robotics 授權使用。

管道穿行機器人收集的資料不僅用於檢測漏水，同時還建構管道的結構評估。Guiderdoni 表示：「我們可以向客戶指出混凝土管道中哪些地方出現腐蝕、接頭故障或裂紋」，他認為只要提供以上資訊：「就能在漏水之前採取措施。」

他說，結構評估資訊可以提供「一系列線索協助自來水公司決定哪裡需要維修、哪裡不需要採取任何措施，或者哪裡需要在今年或許兩年、三年、四年或五年後更換管道。最終目標是讓自來水公司清楚瞭解管道狀況以及是否需要投入資金。」

在未來的發展階段，ACWA 的機器人將採用人工智慧 (AI) 功能來改進收集資料的方式。他表示：「AI 將會讓機器人在執行任務期間做出動態調整。例如，機器人可以在水管內拍照，也可以偵測裂紋。如果裂紋到達某個形狀和某個長度，機器人會停下來仔細觀察。這樣一來，AI 就能一邊更精確地收集資料，一邊主動協助維護管道。」

關注永續發展，吸引新人才

兩名工人與 ACWA 所在城市 (科西嘉島巴斯提亞市) 的自來水公司 Aqua Publica 一起展開原型機器人前期試驗。影像由 ACWA Robotics 授權使用。

儘管 ACWA Robotics 的技術不斷發展，但該公司一直持續關注技術人才招聘，設計與製造產業 (英文) 的許多公司也是如此。Guiderdoni 認為：「尋找和留住人才是一項挑戰，對工程師尤其如此。對我們來說，找到合適的人非常關鍵。」

不過，ACWA 解決永續發展關鍵性問題的核心使命為公司的員工招募提供了一大優勢。據 State of Design & Make 稱，有 72% 的企業領導者 (英文) 將永續發展視為留住人才的首要因素。

Guiderdoni 指出，年輕員工的動機不僅是薪酬和具有挑戰性的工作，還有他們抱有對世界產生積極影響的情懷。他表示：「新世代的人們希望投入永續發展的事業並推動改革。加入我們後，他們可以在工作中接受技術挑戰，同時看到所做的工作產生影響。他們知道自己並非只是機器上的一個小齒輪。」

從涓涓細流到泱泱洪流

現今，供水系統管理人面臨的壓力日漸加劇，他們必須應對浪費、缺乏意識，甚至怠惰等問題帶來的挑戰，而這些挑戰導致基礎設施投資的決策遲遲無法上路。

Guiderdoni 表示：「水中的物件正在產生細微的變化。我們正在將新技術引入一個相當保守的環境，但目前有一股顛覆和變革的趨勢正在湧動。過去自來水公司可能會說：『好吧，總會有一些水損失。如果有問題，我們就漲價。』如今他們發現，價格已調漲至上限。現在付出的代價更高了，因此他們開始朝著績效方向努力。」

「進一步追求永續發展會面臨來自各方的壓力：媒體壓力、公司壓力、新法規以及歐盟執委會或政府的激勵措施。不過，政府和公司都知道，永續發展具有巨大的經濟潛力。實際上，反而能創造價值和產生良性循環。」

— ACWA Robotics 總經理 Jean-François Guiderdoni

以更具環保意識的方式採取行動的壓力有增無減。據 State of Design & Make 報告稱，有 80% 的公司受到來自相關各方的要求激勵而採取永續發展措施 (英文)。Guiderdoni 認為：「進一步追求永續發展會面臨來自各方的壓力：媒體壓力、公司壓力、新法規以及歐盟執委會或政府的激勵措施。不過，政府和公司都知道，永續發展具有巨大的經濟潛力。實際上，反而能創造價值和產生良性循環。」

隨著自來水公司努力應對因氣候變化加劇而增長的需求，最大化現有資源的價值至關重要，也正是永續發展的核心原則。Guiderdoni 指出，最近業界產生了些許動盪，像是大量採用新技術以靈活、準確地找到水管中的漏水點。他表示：「推動進入下一階段的動力是資產管理。這意味著，要在管道破裂之前採取行動。人們現在越來越意識到，水資源，特別是其配送基礎設施，需要迅速處理。我很高興能夠參與改革，也證實了我們能夠協助自來水公司在未來幾年做出改變。」

關於 Mark de Wolf

Mark de Wolf 是一位自由撰稿人及獲獎文案撰稿人，專門從事技術報導。他出生於多倫多，從小在倫敦長大，現居蘇黎世。歡迎前往 markdewolf.com 與他聯繫。