https://frosthead.com

טכנולוגיות אלה עלולות לשים קץ למתחמי מים דולפים

ברחבי צפון ארצות הברית וקנדה, בעלי בתים בודקים את מפוח השלג שלהם, מצטיידים בעצי הסקה ומנקזים צינורות חיצוניים לקראת מזג אוויר קר. עם זאת, עבור עיריות, עיקרי מים עם הגנה בחורף אינם כה קלים - הצינורות נמתחים ארוכים מתחת לפני האדמה, והפעם השנה, הבדלי קרקע וטמפרטורות שונות גורמים לסדקים נאים להתפתח לנזילות מלאות, לרוב עם תוצאות קטסטרופליות.

אתה רואה כתבות חדשותיות מדי פעם על בולענים והפסקות עיקריות במים, אבל הבעיה היא למעשה הרבה יותר נפוצה, מגוחכת ומשפיעת על התהום המוזרה ברחוב עירוני.

האגודה האמריקאית למהנדסים אזרחיים מעריכה בכרטיס דוח התשתיות לשנת 2017 כי 240, 000 הפסקות עיקריות במים מתרחשות מדי שנה בארה"ב, כש -2 טריליון גלונים של מי שתייה מטופלים נמלטים. משמעות הדבר היא ש -14 עד 18 אחוז מהמים המטופלים בכל יום הולכים לאיבוד, מספיק לשרת 15 מיליון בתים. וזה מחמיר; מחקר משנת 2018 מאוניברסיטת יוטה מצא כי הפסקות הצינור בארה"ב ובקנדה עלו ב -27 אחוזים בשש השנים האחרונות. יתר על כן, חשבונות המים שמשלמים הלקוחות אינם מספיקים כדי לממן את תשתיות המים, ואיגוד מפעלי המים האמריקאיים מעריך תג מחיר של טריליון דולר על מנת לתקן זאת. במדינות מתפתחות רבות הבעיה גרועה יותר; ההערכה השמרנית של הבנק העולמי מציעה כי 35 אחוז מהמים שהוכנסו למערכות חלוקה עלולים ללכת לאיבוד בכל 44 המדינות בהן בדקו. בערך 14 מיליארד דולר הולכים לאיבוד בשנה ברחבי העולם.

לעומת זאת, נזילות קטנות (פחות מ -10 גלון לדקה) אינן מכונות אפילו דליפות, ואינן נחשבות למספר ה- 240 של ASCE. הסדקים הקטנים והקשים ביותר למצוא אלה נקראים "נזילות פוטנציאליות" - בכדי להיקרא דליפה, הסדק חייב לשחרר מספיק מים שהוא יתקרב לעין מהאדמה. אבל דליפות פוטנציאליות הופכות לדליפות, והדלפות הופכות לשבירות, ומיליוני גלונים (ודולרים) מחלחלים או שופכים לאדמה.

מה עיר לעשות?

שיטות העבודה המומלצות על פי איגוד מפעלי המים האמריקניים מתחילות בביקורת מים, תוך חישוב כמות המים שתעבור דרך מערכת יעילה באופן אידיאלי, והשוואה לסכום שמשתמש בפועל על ידי הצרכנים, המכונה "מי הכנסות."

"יעילות מים היא קטע מפותח למדי של הענף, בו אתה בוחן לנסות לפקח על ביצועי המערכת שלך ביחס להכנסות ולמים שאינם הכנסות, " אומר דניס מוטי, נשיא C3 מים העובד. עם עיריות בדרום מערב אונטריו לתכנן ולייעל מערכות מים, כולל מי שתייה ושפכים.

התוצאה של ביקורת זו נותנת לערים מושג כמה מים הולכים לאיבוד. כדי להקל על כך הם לעיתים קרובות שוכרים קבלנים כדי לחפש דליפות. באופן קונבנציונאלי, גילוי דליפות כרוך בהמתנה לאותה ראיות גלויות, או בדיקה שיטתית של מערכות שלמות, פתיחת דלקים או חפירת צינורות למקם עליהם חיישני שמיעה בתקווה לשמוע דליפה.

מאות קילומטרים זה מזה, שני ממציאים שונים מאפסים דליפות קטנות יותר ויותר בשתי דרכים שונות מאוד. האחד מקשיב, בזהירות ובעזרת בינה מלאכותית, לשינויים עדינים בצלילי מים זורמים; השני משתמש ברובוט רך כדי להרגיש בזהירות את הגרירה העדינה שנעשית על ידי הפרשי הלחץ של דליפה זעירה. כל אחת מהן הצטרפה לשיתופי פעולה עם עיריות שונות וכל אחת מהן מתכוונת להציל חלק מאותם מיליוני גלונים לברוח לאדמה.

כשאתה גדל בשנחאי, פעם בשבוע בימי חמישי, השכונה שלו הייתה מכבה מים לאזרחיה, כדרך לשמר ולמנוע מחסור במים. "הם סוגרים את המים לקהילה שלי, שמשפיעים על רבע מיליון אנשים עד חצי מיליון איש", אומר וו, שעבר לארה"ב בשנת 2008 והשתתף ב- MIT. "הרגשתי שאנחנו אזרחים גדולים, אנחנו עוזרים לעיר לשמור על מים. כשהגעתי ל- MIT, הבנתי, חכה שנייה, אנו שומרים על מים, אך יחד עם זאת, 20 עד 30 אחוז מהמים הנקיים אבדו לדליפות באותה מערכת. "

הוא התחיל להתעסק עם חיישנים, תוהה אם יש דרך טובה יותר למצוא נזילות לפני שהן מספיק רעות לשמוע - או כמו שעושות כמה ערים, מחכות עד שהצינורות ייפתחו לגמרי. במשך שש שנים עבד על הפרויקט והקים חברה לאחר סיום הלימודים חברה, מגדל השמירה. החברה ההיא ממש מתחילה כעת בתכניות פיילוט לפריסת האב-טיפוס השלישי של וו, רובוט רך בצורת בירמידי בצורת בירדי בשם מגדלור המחליק דרך הצינורות עם זרימת המים. בזמן שהוא נוסע, חיישני פלקס עוקבים אחר מערך סנפירים בבסיס הרובוט אחר הגרירה הזעירה שמתרחשת בזמן שהוא עובר הפרשי לחץ הנוצרים על ידי נזילות. בסופו של דבר זה קורה מתוך מכשיר כיבוי אש במורד הזרם, ומפעילים משתמשים בנתונים כדי לחשב היכן עשוי להיות הנזילה. לצורך הליך זה, וו השיג 10 פטנטים, והחברה שלו מורשה אותם מ- MIT. המכשיר יכול לזהות דליפה קטנה כגלון לדקה

MIT-Leak-Detection-Press.jpg בזמן שהמגדלור נוסע, חיישני הגמישות עוקבים אחר מערך של סנפירים בבסיס הרובוט אחר הגרירה הזעירה שמתרחשת בזמן שהוא עובר הפרשי לחץ הנוצרים על ידי נזילות. (באדיבות החוקרים)

בצפון הקפוא - ווטרלו, אונטריו - קבוצה של חוקרים משנה את השיטה המסורתית יותר, מאזינים לדליפות בעזרת בינה מלאכותית. בדומה לרובוטיקה של מגדל השמירה, המטרה היא לזהות דליפות קטנות יותר ויותר. אלה קטנים מכדי לגלות באמצעות שינויים בלחץ, וקשה להבחין ברעש רקע, שיש בהם הרבה כשאתה משאיר חבורה של מים דרך צינורות. למעשה, זה לא לגמרי מדויק לומר שהם מקשיבים בכלל. המכשיר שלהם, שתואר במאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת Urban Water, הוא שקוע במים מתחת לזרם אש ומשתמש בחיישנים הידרופוניים כדי לפקח על רעידות במים לכל דבר שאינו שגרתי. באמצעות תהליך שנקרא ניתוח ספקטרום אותות, ה- AI מפרק את האות מתמטית לרכיבים ומשווה אותם לוויברציות לא דולפות.

"אם אתה מסתכל על אות גולמי או שלם, אתה לא יכול להבדיל בין [צלילים דולפים ובלתי מדליקים] בקלות רבה", אומרת רויה קודי, סטודנטית לתואר שלישי באוניברסיטת ווטרלו שכתבה את המאמר Urban Water Journal . "אבל אם מסתכלים על רכיבי המשנה, הנזילה והמקרים הסביבתיים נראים שונים מאוד."

כדי לאמן את ה- AI הזה - כלומר לתת לו בסיס בסיס לתרחישים דולפים ולא דולפים שאפשר להשוות - החוקרים בנו רשת של צינורות PVC בקוטר 6 אינץ 'במעבדה שלהם, להשלים עם צמתים T, מכשיר כיבוי אש. ודליפות מדומות הממוקמות במרחקים שונים מההידרופון. הם חיברו אותו ישירות למערכת המים העירונית ווטרלו, שפועלת במהירות של 50 פאונד לאינץ '.

התוצאה היא מערכת שניתן להטמיע לצמיתות, לרוץ ברקע ולהציע התראות כאשר נפגע צינור; ההידרופונים במי-הידיים נשארים שם ופועלים ללא הפסקה, במקום להציב ולהפעיל אותם כדי לחפש דליפות.

בהשוואה בין הרובוט שלו ל- AI של ווטרלו, וו מצביע על מקרי שימוש חשובים שונים לטכנולוגיות. במערכת עירונית, צפיפות הצינורות והרשת המורכבת נותנת את עצמה למכשירי האזנה, במיוחד בעזרת מודיעין מחשבים, שיכולים לסייע בניתוח הנתונים במקום להסתמך רק על טכנאים מיומנים. אבל לעבור לפרברים או לאזורים כפריים, וקטעי הצינורות הארוכים - לפעמים רק כמה בתים לאורך קילומטרים של צנרת - ידרשו יותר מדי הידרופונים להיות מעשיים. הרובוט שלו מאיר כאן; פשוט שחרר אותו בקרם מים והרים אותו שוב, קילומטרים לאורך הקו.

אתה מגדלור וו 2.jpg פרס ג'יימס דייסון הגדיר את מגדלור הזוכה הלאומי בארה"ב בשנת 2018. (פרסי דייסון)

הממציאים משתתפים כעת בניסויים ובשותפויות כדי לחייג את המוצרים שלהם ולהכין אותם לשוק. החברה של מוטי היא שותפה תעשייתית לאוניברסיטת ווטרלו וסייעה למעבדה זו לקבל מענק אסטרטגי מטעם המועצה לחקר מדעי הטבע וההנדסה של קנדה לפיתוח נוסף של הטכנולוגיה ולבדיקתה בגאלף, אונטריו. מגדל השמירה רובוטיקס, בינתיים, השלים לאחרונה את פרויקט הפיילוט הראשון שלו בקורידון, אינדיאנה, ומתכנן שניים נוספים בבוסטון ובסן אנטוניו. הצלחה של אחת משתי החברות פירושה פחות הפסקות אסון ופחות אנשים החופרים צינורות.

"בסופו של יום, כל אחת מההפסקות הללו המתרחשות דורשת אנשים אמיתיים, לרוב בתנאים מאוד לא נעימים, לצאת, לחפור, לבצע תיקון, בדרך כלל בסדר מאוד מאוד קצר", אומר מוטי. "ככל שאפשר לעשות יותר דברים כדי להקל עליהם ולתת להם כלים טובים יותר לעשות זאת הוא יתרון גדול לא רק לאנשים שמשלמים חשבון מים, אלא לחברה בכלל."

טכנולוגיות אלה עלולות לשים קץ למתחמי מים דולפים