Der Zugang zu sauberem und sicherem Wasser ist weltweit eines der dringenden Bedürfnisse. Moderne Wasserversorgungssysteme verlieren jedoch durchschnittlich 20% des Wassers aufgrund von Undichtigkeiten. Sie beeinträchtigen nicht nur die Qualität der Wasserversorgung, sondern können auch Gebäude und Straßen schwer beschädigen und die Fundamente erodieren. Leckanzeigesysteme sind teuer und langsam zu betreiben: Sie funktionieren schlecht, wenn Rohre aus Holz, Ton oder Kunststoff installiert werden, aus denen die meisten Wasserversorgungssysteme der Welt bestehen.
Forscher
am Massachusetts Institute of Technology (MIT) versuchen
, dieses Problem zu
lösen . Laut Wissenschaftlern ist das neue System in der Lage, selbst bei winzigen Lecks schnell und kostengünstig nach winzigen Lecks zu suchen, unabhängig davon, aus welchem Material die Rohre hergestellt werden. Die Entwicklung und Erprobung eines solchen Systems dauerte neun Jahre - die ganze Zeit arbeiteten Professor für Maschinenbau Kamal Youcef Toumi und sein Team PipeGuard daran. Wissenschaftler sind bereit, die Ergebnisse ihrer Arbeit auf der bevorstehenden internationalen IEEE / RSJ-Konferenz über intelligente Roboter und Systeme (
IROS ) im September
vorzustellen .
Im Sommer 2017 testet das Team 12-Zoll-Betonverteilungsrohre in Monterrey, Mexiko. In dieser Stadt erlaubte die Verwaltung, dass die Tests nicht zufällig durchgeführt wurden - jedes Jahr verliert Monterrey etwa 40% seines Wassers aufgrund von Undichtigkeiten, und der Schaden in Form von entgangenem Gewinn wird auf etwa 80 Millionen US-Dollar geschätzt. Gleichzeitig führen Leckagen zu einer allgemeinen Wasserverschmutzung, da ausgetretenes Wasser manchmal in Verteilerrohre zurückkehrt.
Das System verwendet einen kleinen Gummiroboter, der wie ein Badminton-Federball aussieht. Das Gerät kann über jeden Hydranten in das Wasserversorgungssystem eingebettet werden. Dort geht es passiv mit dem Fluss und registriert seinen Ort, während er sich bewegt. Parallel dazu erkennt der Roboter auch kleine Druckänderungen, indem er seinen Wert mit Hilfe einer Gummischürze misst, die den Rohrdurchmesser ausfüllt.
Dann wird das Gerät vom Netzwerk von einem anderen Hydranten entfernt, die Daten werden analysiert. In diesem Fall müssen Sie nichts graben oder sogar die Wasserversorgung unterbrechen. Zusätzlich zu einem passiven Roboter, der sich entlang des Rohrs bewegt und von der Kraft des Wassers angezogen wird, hat ein Wissenschaftlerteam eine aktive Version entwickelt, die seine eigene Bewegung steuern kann.
PipeGuard beabsichtigt, sein Roboter-Lecksuchsystem zu kommerzialisieren, um die Gesamtverluste zu reduzieren. In Saudi-Arabien beispielsweise, wo der größte Teil des Trinkwassers aus teuren Entsalzungsanlagen stammt, gehen etwa 33% aufgrund von Leckagen verloren. Dort fanden Anfang 2017 die ersten Feldversuche statt.
Pipetech LLC, ein Al-Khobar-Pipeline-Unternehmen, stellte für das Experiment einen rostigen Rohrabschnitt mit einer Länge von etwa 1,6 km und einem Durchmesser von 2 Zoll zur Verfügung. Dieses Rohrleitungssystem wird häufig zum Testen und Zertifizieren neuer Technologien verwendet. Tests von Robotern in Rohren mit Biegungen und T-Verbindungen deuteten auf die Entstehung eines künstlichen Lecks hin, um die Leistungsfähigkeit des Systems zu demonstrieren.
Während dieses Experiments erkannte der Roboter erfolgreich Lecks und unterschied sie von falschen Signalen, die durch Änderungen des Drucks oder der Rohrgröße, der Rauheit oder der räumlichen Ausrichtung des Rohrs verursacht wurden. Die Tests wurden 14 Mal an drei Tagen durchgeführt und waren laut PipeGuard-Teammitglied, Doktorand You Wu, jedes Mal erfolgreich. Darüber hinaus entdeckte der Roboter ein winziges Leck, das etwa 3,5 Liter pro Minute betrug, was ein Zehntel weniger ist als die Mindestgröße, die Standard-Erkennungsmethoden im Durchschnitt bestimmen können.
Nach Feldversuchen in Monterrey plant das Team die Entwicklung einer flexibleren Faltversion seines Roboters, die sich schnell an Rohre mit unterschiedlichen Durchmessern anpassen lässt. Beispielsweise ist das Boston-Pipelinesystem eine „Mischung“ aus 6-, 8- und 12-Zoll-Rohren. Viele von ihnen wurden vor so langer Zeit installiert, dass die Stadt keine genauen Daten über ihren genauen Standort hat. Die neue Version des Roboters kann sich wie ein Regenschirm öffnen und in Rohren mit unterschiedlichen Durchmessern arbeiten.
Laut den Forschern besteht die Bedeutung des Roboters nicht nur darin, den Wasserverlust zu reduzieren, sondern auch eine sicherere und zuverlässigere Wasserversorgung zu gewährleisten. Die Fähigkeit eines Robotersystems, kleinste Lecks zu erkennen, ermöglicht rechtzeitige Reparaturarbeiten lange vor einem wirklich schweren Unfall. Darüber hinaus können Roboter sowohl in Wasserleitungen als auch in anderen Verteilungssystemen, beispielsweise Erdgas, eingesetzt werden.
Solche Rohre sind auch oft alt und nicht auf den Karten markiert. In ihnen kann sich Gas ansammeln, was zu schweren Explosionen führen kann. Leckagen in einer Gasleitung sind jedoch normalerweise schwer zu erkennen, bis sie groß genug werden, damit eine Person die hinzugefügten Geruchsstoffe riechen kann. Tatsächlich wurde das MIT-System ursprünglich entwickelt, um diese Lecks zu erkennen, und anschließend für die Wasserversorgung angepasst.
PipeGuard hofft, dass der Roboter letztendlich nicht nur nach Lecks sucht, sondern auch einen speziellen Mechanismus erhält, mit dem kleine Lecks an Ort und Stelle repariert werden können.