يعتبر الحصول على مياه نظيفة وآمنة من الاحتياجات العاجلة حول العالم. ومع ذلك ، تفقد أنظمة إمدادات المياه الحديثة ما متوسطه 20 ٪ من المياه بسبب التسربات. فهي لا تؤثر فقط على جودة إمدادات المياه ، ولكنها يمكن أن تسبب أيضًا أضرارًا جسيمة للمباني والطرق ، مما يؤدي إلى تآكل الأسس. أنظمة كشف التسرب مكلفة وبطيئة في التشغيل: تعمل بشكل سيئ حيث يتم تركيب الأنابيب المصنوعة من الخشب أو الطين أو البلاستيك ، والتي تشكل معظم أنظمة إمدادات المياه في العالم.
يحاول الباحثون
في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)
حل هذه المشكلة. وفقا للعلماء ، فإن النظام الجديد قادر على البحث بسرعة وبتكلفة زهيدة عن التسريبات الصغيرة ، بغض النظر عن المواد التي تصنع منها الأنابيب. استغرق تطوير واختبار مثل هذا النظام تسع سنوات - طوال هذا الوقت ، عمل أستاذ الهندسة الميكانيكية كمال يوسف التومي وفريقه PipeGuard على ذلك. العلماء على استعداد لتقديم نتائج عملهم في المؤتمر الدولي القادم IEEE / RSJ حول الروبوتات والأنظمة
الذكية (
IROS ) في سبتمبر.
في صيف عام 2017 ، قام الفريق باختبار أنابيب توزيع الخرسانة مقاس 12 بوصة في مونتيري ، المكسيك. في هذه المدينة ، سمحت الإدارة بإجراء الاختبارات ليس عن طريق الصدفة - كل عام تفقد مونتيري حوالي 40 ٪ من مياهها بسبب التسربات ، ويقدر الضرر في شكل ربح مفقود بحوالي 80 مليون دولار. في الوقت نفسه ، يؤدي التسرب إلى تلوث عام للمياه ، حيث أن المياه المتسربة تعود أحيانًا إلى أنابيب التوزيع.
يستخدم النظام روبوتًا مطاطيًا صغيرًا يشبه الريشة الريشة. يمكن دمج الجهاز في نظام إمداد المياه من خلال أي صنبور النار. هناك ، يذهب بشكل سلبي مع التدفق ، ويسجل موقعه أثناء تحركه. في موازاة ذلك ، يكتشف الروبوت تغييرات طفيفة في الضغط من خلال قياس قيمته بمساعدة "تنورة" مطاطية تملأ قطر الأنبوب.
ثم يتم إزالة الجهاز عن طريق الشبكة من صنبور آخر ، يتم تحليل البيانات. في هذه الحالة ، لا تحتاج إلى حفر أي شيء أو حتى قطع إمدادات المياه. بالإضافة إلى الروبوت السلبي الذي يتحرك على طول الأنبوب ، والذي رسمته قوة المياه ، طور فريق من العلماء نسخة نشطة يمكنها التحكم في حركتها.
تعتزم شركة TubGuard تسويق نظامها للكشف عن التسرب الآلي لتقليل الخسائر الكلية. على سبيل المثال ، في المملكة العربية السعودية ، حيث تأتي معظم مياه الشرب من محطات تحلية المياه باهظة الثمن ، يتم فقد حوالي 33٪ بسبب التسرب. وقد أجريت التجارب الميدانية الأولى في بداية عام 2017 هناك.
قامت بايبيتك ، شركة أنابيب الخبر ، بتزويد التجربة بأنبوب صدئ بطول 1.6 كيلومتر وقطر 2 بوصة. غالبًا ما يُستخدم نظام الأنابيب هذا لاختبار التقنيات الجديدة واعتمادها. اقترحت اختبارات الروبوتات في الأنابيب ذات الانحناءات والمفاصل T إنشاء تسرب صناعي لإثبات قدرات النظام.
خلال هذه التجربة ، اكتشف الروبوت بنجاح التسربات وميزها عن الإشارات الخاطئة الناجمة عن التغيرات في الضغط أو حجم الأنبوب أو الخشونة أو الاتجاه المكاني للأنبوب. تم إجراء الاختبارات 14 مرة على مدى ثلاثة أيام ، وفي كل مرة ، وفقًا لعضو فريق PipeGuard ، طالب الدراسات العليا You Wu ، كانت ناجحة. علاوة على ذلك ، اكتشف الروبوت تسربًا صغيرًا ، كان حوالي 3.5 لترًا (جالونًا) في الدقيقة ، وهو عُشر أقل من الحد الأدنى للحجم الذي يمكن لطرق الكشف القياسية تحديده في المتوسط.
بعد التجارب الميدانية في مونتيري ، يخطط الفريق لإنشاء نسخة قابلة للطي أكثر مرونة من الروبوت الخاص به ، والتي يمكن أن تتكيف بسرعة مع الأنابيب بأقطار مختلفة. على سبيل المثال ، نظام خط الأنابيب بوسطن هو "مزيج" من الأنابيب 6 و 8 و 12 بوصة. تم تثبيت العديد منها منذ فترة طويلة بحيث لا تحتوي المدينة على بيانات دقيقة عن موقعها الدقيق. سيتمكن الإصدار الجديد من الروبوت من الفتح مثل مظلة والعمل في أنابيب بأقطار مختلفة.
ووفقًا للباحثين ، فإن أهمية الروبوت ليس فقط للحد من فقد المياه ، ولكن أيضًا لتوفير إمدادات مياه أكثر أمانًا وموثوقية. إن قدرة النظام الآلي على اكتشاف أصغر التسريبات ستسمح بأعمال الإصلاح في الوقت المناسب قبل وقوع حادث خطير حقًا. علاوة على ذلك ، يمكن استخدام الروبوتات في أنابيب المياه وأنظمة التوزيع الأخرى ، على سبيل المثال ، الغاز الطبيعي.
غالبًا ما تكون هذه الأنابيب قديمة ولا يتم تمييزها على الخرائط. يمكن أن يتراكم الغاز فيها ، مما يؤدي إلى انفجارات خطيرة. ومع ذلك ، يصعب عادة اكتشاف التسربات في خط أنابيب الغاز حتى تصبح كبيرة بما يكفي بحيث يمكن للشخص أن يشم الروائح المضافة. في الواقع ، تم تطوير نظام MIT في الأصل للكشف عن هذه التسريبات ، وتم تكييفه لاحقًا لإمدادات المياه.
يأمل PipeGuard ألا يبحث الروبوت في النهاية عن التسرب فحسب ، بل سيحصل أيضًا على آلية خاصة يمكن من خلالها إصلاح التسريبات الصغيرة في مكانها.