Σε όλες τις βόρειες Ηνωμένες Πολιτείες και τον Καναδά, οι ιδιοκτήτες σπιτιού ελέγχουν τους ανεμιστήρες χιονιού, αποθηκεύοντας καυσόξυλα και αποστραγγίζοντας υπαίθριους αγωγούς για να προετοιμαστούν για το κρύο. Για τους δήμους, όμως, τα κανάλια ύδρευσης χειμώνα-δεν είναι τόσο εύκολο - οι σωλήνες ταξιδεύουν σε μεγάλες εκτάσεις κάτω από το έδαφος, και αυτή τη φορά του έτους, οι παγωμένες διαφορές εδάφους και θερμοκρασίας προκαλούν λεπτά ρωγμές ώστε να εξελιχθούν σε πλήρεις διαρροές, συχνά με καταστροφικά αποτελέσματα.
Βλέπετε ειδησεογραφικά άρθρα από καιρό σε καιρό σχετικά με τις καταβόθρες και τα κεντρικά διαλείμματα νερού, αλλά το πρόβλημα είναι στην πραγματικότητα πολύ πιο διαδεδομένο, ύπουλο και επιζήμιο από το περίεργο χάσμα σε έναν δρόμο της πόλης.
Η Αμερικανική Εταιρεία Πολιτικών Μηχανικών εκτιμά στην Κάρτα Έκθεσης για την Υποδομή 2017 ότι 240.000 διαλείμματα νερού εμφανίζονται ετησίως στις ΗΠΑ, με 2 τρισεκατομμύρια γαλόνια επεξεργασμένου πόσιμου νερού να διαφεύγουν. Αυτό σημαίνει ότι το 14 με 18 τοις εκατό του νερού που κατεργάζεται κάθε μέρα χάνεται, αρκετό για να εξυπηρετήσει 15 εκατομμύρια σπίτια. Και επιδεινώνεται. μια μελέτη του 2018 από το Πανεπιστήμιο της Γιούτα διαπίστωσε ότι τα σπασίματα σωλήνων στις ΗΠΑ και τον Καναδά έχουν αυξηθεί 27 τοις εκατό τα τελευταία έξι χρόνια. Επιπλέον, οι λογαριασμοί νερού που καταβάλλουν οι πελάτες δεν επαρκούν για τη χρηματοδότηση της υποδομής ύδρευσης και η American Water Works Association υπολογίζει μια τιμή 1 τρισεκατομμυρίου δολαρίων για να την διορθώσει. Σε πολλά αναπτυσσόμενα κράτη, το πρόβλημα είναι χειρότερο. η συντηρητική εκτίμηση της Παγκόσμιας Τράπεζας υποδηλώνει ότι το 35% του νερού που τίθεται σε συστήματα διανομής ενδέχεται να χαθεί στις 44 χώρες που εξέτασαν. Περίπου 14 δισεκατομμύρια δολάρια χάνουν τον χρόνο ανά τον κόσμο.
Αντίθετα, μικρές διαρροές (λιγότερο από 10 γαλόνια ανά λεπτό) δεν αποκαλούνται ακόμη και διαρροές και δεν υπολογίζονται στον αριθμό των 240.000 ASCE. Αυτές οι μικρότερες, εύρωστες ρωγμές ονομάζονται "πιθανές διαρροές" - που λέγεται διαρροή, η ρωγμή πρέπει να απελευθερώνει αρκετό νερό που φουσκώνει ορατά από το έδαφος. Αλλά πιθανές διαρροές γίνονται διαρροές, και διαρροές γίνονται σπασίματα, και εκατομμύρια γαλόνια (και δολάρια) διαποτίζουν ή ρίχνουν στο έδαφος.
Τι πρέπει να κάνει μια πόλη;
Οι βέλτιστες πρακτικές σύμφωνα με την American Water Works Association ξεκινούν με έναν υδάτινο έλεγχο, υπολογίζοντας την ποσότητα νερού που θα περάσει μέσα από ένα ιδανικά αποδοτικό σύστημα και συγκρίνοντάς το με το ποσό που πραγματικά χρησιμοποιείται από τους καταναλωτές, γνωστό ως "εισόδημα νερού".
"Η αποδοτικότητα του νερού είναι ένα αρκετά αναπτυγμένο τμήμα της βιομηχανίας, όπου εξετάζετε την προσπάθεια να παρακολουθείτε την απόδοση του συστήματός σας σε σχέση με τα έσοδα και τα μη εισοδήματα", λέει ο Dennis Mutti, πρόεδρος του C3 Water, με τους δήμους στο νοτιοδυτικό Οντάριο να σχεδιάζουν και να βελτιστοποιούν τα συστήματα ύδρευσης, συμπεριλαμβανομένων των πόσιμων και λυμάτων.
Το αποτέλεσμα αυτού του ελέγχου δίνει στις πόλεις κάποια ιδέα για το πόσο νερό χάνεται. Για να μετριάσουν αυτό, συχνά προσλαμβάνουν εργολάβους για να αναζητήσουν διαρροές. Συνήθως, η ανίχνευση διαρροών περιλαμβάνει την αναμονή για τα ορατά στοιχεία ή τον συστηματικό έλεγχο ολόκληρων συστημάτων, το άνοιγμα κρουνών ή την εκσκαφή σωλήνων για την τοποθέτηση ακουστικών αισθητήρων με την ελπίδα να ακουστεί μια διαρροή.
Εκατοντάδες χιλιόμετρα μακριά, δύο διαφορετικοί εφευρέτες περιορίζονται σε ολοένα και μικρότερες διαρροές με δύο πολύ διαφορετικούς τρόπους. Κάποιος ακούει προσεκτικά και με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης, για τις λεπτές αλλαγές στον ήχο τρεχούμενου νερού. ο άλλος χρησιμοποιεί ένα μαλακό ρομπότ για να αισθανθεί προσεκτικά για την απαλή ρυμούλκηση που γίνεται από τη διαφορά πίεσης μιας μικροσκοπικής διαρροής. Κάθε ένας έχει συνεργαστεί με διαφορετικούς δήμους και ο καθένας σκοπεύει να σώσει κάποιο μέρος αυτών των εκατομμυρίων γαλόνων από το να ξεφύγει από το έδαφος.
Όταν η Wu μεγάλωνε στη Σαγκάη, μία φορά την εβδομάδα την Πέμπτη, η γειτονιά της θα σβήνει το νερό στους πολίτες της, ως τρόπος διατήρησης και πρόληψης της έλλειψης νερού. "Κλείσουν το νερό στην κοινότητά μου, η οποία επηρεάζει ίσως ένα τέταρτο εκατομμύριο ανθρώπους σε μισό εκατομμύριο ανθρώπους", λέει ο Wu, ο οποίος μετακόμισε στις ΗΠΑ το 2008 και παρακολούθησε το MIT. "Ένιωσα σαν να είμαστε μεγάλοι πολίτες, βοηθούσαμε την πόλη να συντηρεί νερό. Μέχρι τη στιγμή που ήρθα στο MIT, συνειδητοποίησα, περιμένετε ένα δευτερόλεπτο, διατηρούμε νερό, αλλά συγχρόνως το 20-30% του καθαρού νερού χάθηκε σε διαρροές στο ίδιο σύστημα ».
Ξεκίνησε να μπερδεύει με αισθητήρες και αναρωτιέται αν υπάρχει καλύτερος τρόπος να βρεθούν διαρροές προτού να πάρουν αρκετά άσχημα για να ακούσουν - ή όπως κάνουν μερικές πόλεις, περιμένοντας μέχρι να σπάσουν ανοικτά οι σωλήνες. Πάνω από έξι χρόνια εργάστηκε για το έργο, ιδρύοντας μια εταιρεία, το Watchtower Robotics, μετά την αποφοίτησή του. Αυτή η εταιρεία ξεκινάει τώρα πιλοτικά προγράμματα για να αναπτύξει το τρίτο πρωτότυπο του Wu, ένα μαλακό ρομπότ μπάντμιντον πουλιών που ονομάζεται Φάρος που γλιστρά μέσα από τους σωλήνες με τη ροή του νερού. Καθώς ταξιδεύει, οι αισθητήρες flex παρακολουθούν μια σειρά από πτερύγια στη βάση του ρομπότ για τα μικροσκοπικά ρυμουλκά που συμβαίνουν καθώς περνούν διαφορές πίεσης που σχηματίζονται από διαρροές. Τελικά βγαίνει από ένα κατάντη πυροσβεστικό κρουνό και οι χειριστές χρησιμοποιούν τα δεδομένα για να υπολογίσουν πού μπορεί να είναι η διαρροή. Για αυτή τη διαδικασία, ο Wu έχει αποκτήσει 10 διπλώματα ευρεσιτεχνίας και η εταιρεία του τις χορηγεί άδεια από το MIT. Η συσκευή μπορεί να ανιχνεύσει διαρροή τόσο μικρή όσο 1 γαλόνι ανά λεπτό
Καθώς ο Φάρος ταξιδεύει, οι αισθητήρες flex παρακολουθούν μια σειρά από πτερύγια στη βάση του ρομπότ για τα μικροσκοπικά ρυμουλκά που συμβαίνουν καθώς περνούν διαφορές πίεσης που σχηματίζονται από διαρροές. (Ευγενική προσφορά των ερευνητών) Στο κατεψυγμένο βόρειο Βατερλώ, στο Οντάριο, μια ομάδα ερευνητών τροποποιεί την πιο παραδοσιακή μέθοδο, ακούγοντας διαρροές με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης. Όπως η ρομποτική Watchtower, ο στόχος είναι να εντοπιστούν όλο και μικρότερες διαρροές. Αυτά είναι πολύ μικρά για να ανιχνεύσουν μέσω αλλαγών της πίεσης και είναι δύσκολο να διακρίνουν από το θόρυβο του περιβάλλοντος, το οποίο υπάρχει πολύ όταν αντλίζετε ένα σωρό νερό μέσω σωλήνων. Στην πραγματικότητα, δεν είναι απολύτως ακριβές να πούμε ότι ακούτε καθόλου. Η συσκευή τους, που περιγράφεται σε πρόσφατο άρθρο του περιοδικού Urban Water Journal, βυθίζεται στο νερό κάτω από έναν πυροσβεστικό κρουνό και χρησιμοποιεί υδροφωτικούς αισθητήρες για να παρακολουθεί τους κραδασμούς στο νερό για οτιδήποτε δεν είναι συνηθισμένο. Μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται ανάλυση φάσματος σήματος, το ΑΙ αποικοδομείται μαθηματικά το σήμα σε συστατικά και τα συγκρίνει με μη διαρροή δονήσεις.
"Αν κοιτάξετε το ακατέργαστο ή ολόκληρο σήμα, δεν μπορείτε να διαχωρίσετε πολύ εύκολα μεταξύ των [διαρρέοντες και μη διαρρέοντες ήχους]", λέει ο Roya Cody, φοιτητής διδακτορικού Πανεπιστημίου του Waterloo ο οποίος συγγραφέας δημοσίευσε το άρθρο Urban Water Journal . "Αλλά αν κοιτάξετε τις υποσυνιστώσες, η διαρροή και τα περιστατικά περιβάλλοντος φαίνονται πολύ διαφορετικά."
Για να εκπαιδεύσουμε αυτό το AI - δηλαδή να του δώσουμε μια βάση για διαρροή και μη διαρροή σενάρια με τα οποία θα συγκρίνουμε - οι ερευνητές έχτισαν στο εργαστήριό τους ένα δίκτυο σωλήνων PVC διαμέτρου 6 ιντσών, πλήρης με Τ-κόμβους, και προσομοιωμένες διαρροές που βρίσκονται σε διάφορες αποστάσεις από το υδροφώνιο. Το συνέδεσαν απευθείας με το δημοτικό σύστημα νερού Waterloo, το οποίο κυμαίνεται στα 50 λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα.
Το αποτέλεσμα είναι ένα σύστημα που μπορεί να υλοποιηθεί μόνιμα, να τρέξει στο παρασκήνιο και να προσφέρει ειδοποιήσεις όταν διακυβεύεται ένας σωλήνας. τα υδρόφωνα στα κρουνάκια παραμένουν εκεί και λειτουργούν συνεχώς, αντί να χρειάζεται να τοποθετούνται και να λειτουργούν για την αναζήτηση διαρροών.
Συγκρίνοντας το ρομπότ του με το AI του Waterloo, ο Wu επισημαίνει σημαντικές διαφορετικές περιπτώσεις χρήσης για τις τεχνολογίες. Σε ένα αστικό σύστημα, η πυκνότητα των σωληνώσεων και το πολύπλοκο δίκτυο προσφέρεται για συσκευές ακρόασης, ειδικά με τη βοήθεια της πληροφορικής, η οποία μπορεί να βοηθήσει στην ανάλυση των δεδομένων αντί να βασίζεται μόνο σε εκπαιδευμένους τεχνικούς. Αλλά μετακινούνται στα προάστια ή στις αγροτικές περιοχές και τα μεγάλα τμήματα των σωληνώσεων - μερικές φορές λίγα σπίτια πάνω από τα μίλια των σωληνώσεων - θα απαιτούσαν πάρα πολλά υδρόφωνα για να είναι πρακτικά. Το ρομπότ του λάμπει εδώ. απλά ρίξτε το σε ένα κρουνό, και σηκώστε το πάλι, μίλια από τη γραμμή.
Το Βραβείο James Dyson ονόμασε τον Φάρο τον αμερικανικό νικητή των ΗΠΑ το 2018. (Βραβεία Dyson) Οι εφευρέτες συμμετέχουν τώρα σε δοκιμές και συνεργασίες για να καλέσουν στα προϊόντα τους και να τα ετοιμάσουν για αγορά. Η εταιρεία Mutti είναι ένας βιομηχανικός εταίρος στο Πανεπιστήμιο του Waterloo και βοήθησε το εργαστήριο να αποκτήσει μια στρατηγική επιχορήγηση από το Συμβούλιο Έρευνας και Τεχνολογίας του Καναδά για την περαιτέρω ανάπτυξη της τεχνολογίας και δοκιμής στο Guelph του Οντάριο. Η Σκοπιά Ρομποτική, εν τω μεταξύ, ολοκλήρωσε πρόσφατα το πρώτο πιλοτικό της έργο στο Κορυδώνα, Ιντιάνα, και σχεδιάζει άλλα δύο στη Βοστώνη και το Σαν Αντόνιο. Η επιτυχία για κάθε εταιρεία θα σημαίνει λιγότερα καταστροφικά σπασίματα και λιγότερους ανθρώπους να σκάβουν σωληνώσεις.
"Στο τέλος της ημέρας, κάθε ένα από αυτά τα διαλείμματα παίρνει τους πραγματικούς ανθρώπους, συχνά σε πολύ δυσάρεστες συνθήκες, να βγουν έξω, να ανασκάψουν, να κάνουν μια επισκευή, συνήθως σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα", λέει ο Mutti. "Τα περισσότερα πράγματα που μπορούμε να κάνουμε για να διευκολύνουμε και να τους προσφέρουμε καλύτερα εργαλεία για να το κάνουμε αυτό είναι ένα μεγάλο πλεονέκτημα όχι μόνο για τους ανθρώπους που πληρώνουν ένα νομοσχέδιο για το νερό, αλλά και για την κοινωνία εν γένει".
