V severní části Spojených států a Kanady majitelé domů kontrolují sněhové frézy, zásobují palivové dříví a vypouštějí venkovní potrubí, aby se připravili na chladné počasí. Pro obce však není vodovod odolný proti zimním podmínkám tak snadný - potrubí se pohybuje dlouho pod zemí a v tomto ročním období způsobuje zmrzlá půda a teplotní rozdíly jemné trhliny, které se vyvinou v plné úniky, často s katastrofálními výsledky.
Z času na čas vidíte novinky o sinkholech a vodních přestávkách, ale problém je ve skutečnosti mnohem rozšířenější, zákeřnější a působivější než lichá propast v městské ulici.
Americká společnost stavebních inženýrů odhaduje ve své zprávě o infrastruktuře z roku 2017, že v USA dojde každoročně k 240 000 průlomům vody, přičemž unikne 2 biliony galonů upravené pitné vody. To znamená, že se denně ztratí 14 až 18 procent upravované vody, což je dost na to, aby sloužilo 15 milionům domácností. A zhoršuje se to; Studie z roku 2018 ze Státní univerzity v Utahu zjistila, že v USA a Kanadě došlo v posledních šesti letech k nárůstu potrubí o 27 procent. Navíc účty za vodu placené zákazníky nestačí k financování vodní infrastruktury a Americká asociace vodních děl odhaduje cenu 1 bilionu dolarů, aby ji opravila. V mnoha rozvojových zemích je problém horší; podle konzervativního odhadu Světové banky může dojít ke ztrátě 35 procent vody vložené do distribučních systémů ve 44 zemích, které prozkoumaly. Na celém světě se ročně ztratí kolem 14 miliard dolarů.
Naproti tomu malé netěsnosti (méně než 10 galonů za minutu) nejsou dokonce označovány jako netěsnosti a nepočítají se do počtu 240 000 ASCE. Tyto menší, těžko vyhledatelné trhliny se nazývají „potenciální netěsnosti“ - aby se tomu dalo říkat netěsnost, musí trhlina uvolňovat dostatečné množství vody, aby se viditelně dobře zvedla ze země. Ale potenciální netěsnosti se stanou netěsnostmi a úniky se zlomí a miliony galonů (a dolarů) prosakují nebo vylévají do země.
Co dělat město?
Osvědčené postupy podle Americké asociace vodních děl začínají vodním auditem, který spočítá množství vody, které by prošlo ideálně efektivním systémem, a porovná ji s množstvím, které spotřebitelé skutečně využívají, známým jako „výnosová voda“.
„Účinnost vody je poměrně dobře rozvinutým segmentem průmyslu, ve kterém se snažíte monitorovat výkon vašeho systému s ohledem na příjmy a vodu bez příjmu, “ říká Dennis Mutti, prezident C3 Water, který pracuje s obcemi v jihozápadním Ontariu pro plánování a optimalizaci vodních systémů, včetně pitné a odpadní vody.
Výsledek auditu dává městům představu o tom, kolik vody se ztrácí. Aby to zmírnili, často najímají dodavatele, aby hledali netěsnosti. Obvykle zahrnuje detekce úniku čekání na tento viditelný důkaz nebo systematickou kontrolu celých systémů, otevírání hydrantů nebo vykopávání trubek, aby na ně byly umístěny sluchové senzory v naději, že je slyšet únik.
Stovky kilometrů od sebe, dva různí vynálezci nulování na stále menší úniky dvěma velmi odlišnými způsoby. Jeden pečlivě as pomocí umělé inteligence poslouchá jemné změny ve zvuku tekoucí vody; druhý používá měkkého robota, aby pečlivě pocítil jemné tahání způsobené tlakovým rozdílem malé netěsnosti. Každý z nich se spojil s různými obcemi a každý má v úmyslu zachránit část těchto milionů galonů před únikem do země.
Když vy Wu vyrůstal v Šanghaji, jednou týdně ve čtvrtek, jeho sousedství vypnulo vodu pro své občany, jako způsob, jak chránit a zabránit nedostatku vody. "Zavřeli vodu pro moji komunitu, což ovlivňuje možná čtvrt milionu lidí na půl milionu lidí, " říká Wu, který se v roce 2008 přestěhoval do USA a zúčastnil se MIT. "Cítil jsem, že jsme skvělí občané, pomáhali jsme městu šetřit vodu." V době, kdy jsem přišel na MIT, jsem si uvědomil, počkejte chvilku, šetříme vodu, ale zároveň 20 až 30 procent čisté vody bylo ztraceno na úniky ve stejném systému. “
Začal si pohrávat se senzory a přemýšlel, jestli existuje lepší způsob, jak najít netěsnosti, než se dost špatně na to, aby to slyšeli - nebo jak to některá města dělají, čekal, až se potrubí úplně otevře. Více než šest let pracoval na projektu a po ukončení studia založil společnost Watchtower Robotics. Tato společnost právě začíná pilotní programy na nasazení třetího prototypu Wu, badmintonového ptáka ve tvaru ptáka s názvem Lighthouse, který protéká potrubím proudem vody. V průběhu pohybu sledují snímače ohýbání sadu ploutví na základně robota pro drobné remorkéry, ke kterým dochází při průchodu tlakovými diferenciály vytvářenými netěsnostmi. Nakonec se objeví z požárního hydrantu po proudu a provozovatelé používají data k výpočtu, kde by mohlo dojít k úniku. Pro tento proces získal Wu 10 patentů a jeho společnost je licencovala od MIT. Zařízení dokáže detekovat netěsnost 1 gallon za minutu
Jak Lighthouse cestuje, senzory flex monitorují sadu ploutví na základně robota pro drobné remorkéry, ke kterým dochází, když prochází tlakovými diferenciály vytvářenými netěsnostmi. (S laskavým svolením vědců) Na zamrzlém severu - Waterloo, Ontario - skupina vědců modifikuje tradiční způsob a poslouchá úniky pomocí umělé inteligence. Stejně jako robotika strážní věže je cílem identifikovat stále menší úniky. Jsou příliš malé na to, aby je bylo možné detekovat prostřednictvím změn tlaku, a je těžké je rozeznat od hluku pozadí, z čehož je hodně, když pumpujete spoustu vody potrubím. Ve skutečnosti není úplně přesné říkat, že vůbec poslouchají. Jejich zařízení, popsané v nedávném článku v Urban Water Journal, je potopeno do vody pod požárním hydrantem a používá hydrofonní senzory ke sledování vibrací ve vodě pro vše, co je neobvyklé. Procesem zvaným analýza spektra signálů umělá inteligence matematicky dekonstruuje signál na komponenty a porovnává je s netěsnými vibracemi.
"Pokud se podíváte na surový nebo celý signál, nemůžete snadno rozlišit mezi [netěsnými a netěsnými zvuky] velmi snadno, " říká Roya Cody, studentka PhD University of Waterloo, která vytvořila článek Urban Water Journal . "Ale když se podíváte na dílčí komponenty, únik a okolní případy vypadají velmi odlišně."
Výcvik této umělé inteligence - to je, dát jí základní linii pro netěsné a netěsné scénáře, s nimiž je porovnat - vědci vybudovali síť trubek z PVC o průměru 6 palců ve své laboratoři, doplněnou spojkami T, požárním hydrantem a simulované úniky umístěné v různých vzdálenostech od hydrofonu. Připojili jej přímo k městskému vodnímu systému Waterloo, který běží na 50 liber na čtvereční palec.
Výsledkem je systém, který lze implementovat natrvalo, aby mohl běžet na pozadí a nabízet upozornění, když dojde k narušení potrubí; hydrofony v hydrantech tam zůstávají a pracují nepřetržitě, místo aby byly umístěny a provozovány za účelem hledání úniků.
Při porovnání svého robota s AI Waterloo poukazuje Wu na důležité různé případy použití pro technologie. V městském systému se hustota dýmek a složitá síť hodí k poslechovým zařízením, zejména pomocí počítačové inteligence, která může pomoci analyzovat data namísto spoléhat se pouze na školené techniky. Ale přesunout se na předměstí nebo venkovské oblasti a dlouhé úseky potrubí - někdy jen několik domů na míle potrubí - by vyžadovaly příliš mnoho hydrofonů, aby byly praktické. Jeho robot zde svítí; prostě to hodíš do hydrantu a znovu ho zvedni, míle po čáře.
Cena Jamese Dysona jmenovala Lighthouse svým americkým národním vítězem v roce 2018. (Dyson Awards) Vynálezci se nyní účastní pokusů a partnerství, aby mohli vytáčet své výrobky a připravit je na trh. Společnost Mutti je průmyslovým partnerem University of Waterloo a pomohla této laboratoři získat strategický grant od Rady pro přírodní vědy a inženýrský výzkum v Kanadě k dalšímu rozvoji technologie a testování v Guelphu v Ontariu. Strážná věž Robotics mezitím nedávno dokončila svůj první pilotní projekt v Corydonu v Indianě a další dva plánuje v Bostonu a San Antoniu. Úspěch pro obě společnosti bude znamenat méně katastrofických přestávek a méně lidí vykopat potrubí.
"Na konci dne každá z těchto přestávek, ke které dochází, vyžaduje skutečné lidi, často ve velmi nepříjemných podmínkách, aby se dostali ven, vykopali, opravili, obvykle ve velmi krátkém pořadí, " říká Mutti. "Čím více věcí, které můžeme udělat, abychom to usnadnili a poskytli jim lepší nástroje, jak toho dosáhnout, je velká výhoda nejen pro lidi, kteří platí účet za vodu, ale pro společnost obecně."
