Sijoną nešiojantis, vandenį taupantis robotas

Bobo O'Connoro nuotraukos

MIT Mechatronikos tyrimų laboratorijoje yra robotų ginklų, mobiliųjų telefonų perdirbimo robotų, 3-D skaitytuvų ir robotų žuvų. Tačiau laboratorijoje, esančioje 1 pastato rūsyje, taip pat yra kapinės – dėžė ant stalo, kurią dar visai neseniai užėmė mechanikos inžinierius You Wu, SM '14, PhD '18.

Dėžutėje, kurią Wu vadina praeities kapinėmis, yra buvusios jo roboto Daisy versijos – keturių colių ilgio vėžlio formos robotas, galintis važiuoti vamzdžiais ir aptikti nedidelius nuotėkius vandens tinklelyje. Robotai buvo paguldyti po to, kai jiems nepavyko atlikti savo planų, tačiau pastangos nebuvo bergždžios, nes Wu iš kiekvieno kažko išmoko. Pirmieji trys panirę išsijungė, nes nutekėjo jų guminiai korpusai. Keletas kitų nutekėjimų nenustatė pakankamai gerai. Sėkmė atėjo su 11 roboto iteracija. Dabartinė versija yra 17-oji.

Užaugęs Čangdžou mieste, Kinijoje, Wu puikiai žinojo vandens tausojimo svarbą. Didėjantis miesto gyventojų skaičius taip smarkiai apkrovė elektros ir vandens tinklus, kad valdžios institucijos planavo tyčinius nutraukimus, kad racionaliautų išteklius. Įmonė, kurioje dirba Wu tėvai, abu inžinieriai, turėjo perkelti savaitgalį į sekmadienį ir pirmadienį, kad galėtų dirbti su jais. 2012 m. atvykęs į MIT po mechanikos inžinerijos studijų Purdue universitete, kur daugiausia dėmesio skyrė nešiojamiems prietaisams, tokiems kaip virtualios realybės pirštinės ir vaizdo žaidimai, Wu prisijungė prie profesoriaus Kamal Youcef-Toumi Mechatronikos tyrimų laboratorijos. SM '81, ScD '85 ir pradėjo dirbti su laboratorijos nuotėkio aptikimo projektu. Dimitrios Chatzigeorgiou, PhD '15, sukūrė prietaisą dujų nuotėkiams nustatyti, o Wu buvo įpareigotas pritaikyti jį vandens vamzdžiams.

Wu patraukė idėja padėti išspręsti didelę problemą: vidutinis vandens tinklas praranda maždaug penktadalį savo tiekimo dėl nuotėkio. Pasaulio bankas apskaičiavo, kad kiekvienais metais iš viso pasaulio miestų vandens tiekimo sistemų nuteka daugiau nei 32 milijardai kubinių metrų išvalyto vandens. JAV komunalinėms įmonėms sunku susidoroti su griūvančia infrastruktūra ir senstančiais vamzdžiais. 2012 m. atliktame JAV vandens tiekėjų Didžiųjų ežerų regione apklausoje 55 respondentai apskaičiavo, kad iš 63 000 mylių vamzdžių, kuriuos jie bendrai valdo, kasmet nutekėjo 66,5 milijardo galonų vandens – tiek pakaktų 1,9 milijono amerikiečių aprūpinti švariu vandeniu metus. Didelis nuotėkis gali sukelti ne tik vandens švaistymą, bet ir potvynius ir smegduobes, kurios ne tik kelia grėsmę visuomenės saugumui, bet ir gali pakenkti infrastruktūrai, kurios taisymas kainuoja milijonus dolerių.

Dabartinė vandens nuotėkio aptikimo technologija gali pasakyti tik apie nuotėkius, kurie išauga iki tam tikro dydžio – tik tada, kai jie yra dideli, sako Wu. Akustiniai prietaisai, kurie klauso garsų ar vibracijų, susijusių su nuotėkiu, gali užfiksuoti vandens srauto pokyčius vamzdyje coliais coliais, tačiau jie veikia tik tada, kai nuotėkis yra pakankamai didelis, kad jų vibracija išsiskirtų iš foninio triukšmo (pvz., automobilių garso). netoliese esančiame kelyje). Tokie nutekėjimai, Wu teigimu, dažnai teka 10 galonų per minutę greičiu – maždaug dvigubai greičiau nei vanduo išteka iš vidutinės dušo galvutės.

Tai nėra pakankamai gerai, sako Wu. Nuotėkis auga nuo mažų iki didelių. Norime juos pajusti, kol jie neišaugs į didelius, kad galėtumėte sutaupyti vandens ir apsaugoti infrastruktūrą.

Jūs Wu, SM '14, PhD '18, supratote, kad užlipus ant sijono, jis bus geras jutiklis. Jūs užlipate ant kažkieno sijono, ir jie žino, sako jis.

Siekdama aptikti nedidelius nuotėkius, Mechatronikos tyrimų laboratorija daugiausia dėmesio skyrė robotų tiekimui į vamzdžius, kad būtų galima pastebėti nuotėkius iš vidaus. Kai Wu prisijungė, laboratorija dirbo prie savaeigio roboto su jutikliu būgnu, kuris įrodė, kad įmanoma aptikti milimetro skalės dujų nuotėkį. Tačiau kai Wu išbandė jo gebėjimą aptikti vandens nuotėkį, jis nustatė, kad vandens turbulencija neleidžia atskirti nuotėkio nuo kito aplinkos triukšmo. Taigi, kai 2015 m. tapo projekto vadovu, jis pradėjo galvoti apie kitus būdus, kaip aptikti nuotėkį.

2016-aisiais rengdamas vasaros vakarėlį Wu netyčia užlipo ant savo merginos ilgos suknelės sijono. Staiga jam pagalvojo, kad būtų beveik neįmanoma užlipti ant sijono arba jį tampyti, dėvėtojui to nesuvokiant. Tu užlipi ant kažkieno sijono, o jis žinoti , jis sako. Tai aha! momentas davė jam idėją pakeisti roboto nuotėkį aptikimo jutimo būgną jutimo sijonu. Atsižvelgdamas į šią koncepciją kaip atspirties tašką, jis pasinaudojo savo minkštųjų robotų patirtimi ir visiškai perkūrė roboto dizainą.

Rezultatas buvo Daisy, sijonas dėvintis, blizgus, spalvingas nuotėkio detektorius. Kiekvienas Daisy botas, pagamintas iš 3-D spausdintų ir rankomis formuotų gumų ir plastikų, surenkamas rankomis laboratorijoje. Mažasis robotas turi kietą geltoną galvutę, pusiau permatomą lankstų korpusą su elektronika ir ryškiai mėlyną jutikliais užpildytą sijoną. Kiekviena dalis atlieka svarbų vaidmenį, tačiau būtent sijonas atlieka sunkiausią darbą: aptinka nuotėkius.

Įstatomas į vandens tinklus prieinamose sankryžose, pavyzdžiui, priešgaisrinius hidrantus, „Daisy“ yra skirtas vamzdžiams tikrinti netrukdant aptarnavimui. Vandeniui tekant, botas nešamas kartu, vilkdamas sijoną vidiniu vamzdžio paviršiumi. Jei yra nuotėkis, kartu esantis siurbimo slėgis traukia už sijono, kurio jutikliai registruoja jėgą, tiksliai nustatydami nuotėkio vietą per vieną pėdą. Jis taip pat nustato nuotėkio formą ir greitį, net jei jis lėtas kaip galonas per minutę. Kai Daisy keliauja per tinklelį, visus jos surinktus duomenis galima įkelti į nešiojamąjį kompiuterį ir peržiūrėti žemėlapio formatu. Galimybė generuoti naujausią tinklelio vamzdžių žemėlapį savaime yra naudinga, nes su statyba susiję pokyčiai dažnai nenurodomi. Ir kai Daisy aptinka nuotėkių, galimybė juos pašalinti, kol jie yra maži, leidžia juos sutvarkyti kuo mažiau trikdant, sumažinant remonto išlaidas ir vandens praradimą.

Nuotėkis auga nuo mažų iki didelių. Norime juos pajusti, kol jie neišaugs į didelius, kad galėtumėte sutaupyti vandens ir apsaugoti infrastruktūrą.

2017 m. rugpjūčio mėn. Wu įkūrė startuolį, siekdamas komercializuoti „Daisy“ kaip vandens vamzdžių nuotėkio paieškos įrankį. 2018 m. birželio mėn. jis likvidavo tą įmonę (kurios pavadinimą Pipeguard Robotics taip pat naudojo vamzdžių izoliavimo įmonė) ir įtraukė WatchTower Robotics, kad toliau vystytų Daisy, kurią dabar parduoda kaip produktą pavadinimu Lighthouse. Baigęs studijas birželio mėn., įmonėje dirbo visą darbo dieną; vasarą jis praleido Denveryje Techstars Technology Accelerator. Iki šiol puikiai išmanantis, kaip paaiškinti Daisy technologiją ir galimą jos poveikį, jis yra laimėjęs daugybę tvarumo konkursų ir dizaino apdovanojimų, įskaitant MIT vandens inovacijų prizą, Boston HUBWeek Demo Day Pitch Grand Prize, 2018 m. JAV Jameso Dysono apdovanojimą ir ateities novatorių. Metų apdovanojimas 2018 m. Environmental Media Association Impact Summit susitikime Los Andžele. Jis taip pat buvo pasirinktas MIT Solve Fellow ir buvo pavadintas vienu iš Forbes žurnalo 30 iki 30 metų gamybos ir pramonės srityje 2018 m. (Nemaniau, kad man pavyks, jis sako apie Forbes sąrašą.)

Kol veikė 11-oji Daisy versija, Wu vis dar tobulina dizainą. Kiekvienai iteracijai jis sulituoja vidinę roboto elektroniką, paruošia gumines formas ir koduoja mikroschemas, kurios perduoda duomenis iš roboto į kompiuterio ekraną. Kurdamas savo ankstyvuosius dizainus, jis įliejo mėlyną gumą į Daisy sijono formą ir į sijoną įdėjo įvairių konfigūracijų laidžios juodos gumos gabalėlių, kol mėlyna guma nesugijo. Tie juodos gumos gabalėliai tarnauja kaip jutikliai: pasikeitus vandens srautui juos ištempus ar suspaudžiant, pasikeičia jų varža, o Daisy fiksuoja jais tekančios elektros srovės pokytį.

Tada jam kilo mintis susiūti jutiklius ant audinio pagal konkretų raštą ir panardinti tą audinį į skystą mėlyną gumą, sukietinant juos sijono formoje. Jai sukietėjus, guma apgaubtų audinį ir jutimo medžiagą, todėl gautas jutimo sijonas būtų atsparus vandeniui, lankstus ir atsparus plyšimui. Tas minčių šturmas, dėl kurio atsirado Daisy versija 14, nusiuntė Wu į „YouTube“, kad išmokytų naudotis siuvimo mašina. Įtraukus audinį į jutikliais apkrautą sijoną, jis juda tik tam tikromis kryptimis, reaguodamas į konkrečius nuotėkius, todėl Daisy gali pateikti tikslesnę informaciją apie nuotėkius, su kuriais susiduria. Kiti patobulinimai pagerino roboto vartotojo sąsają, todėl vartotojams lengviau skaityti ir interpretuoti aptikimo duomenis. Padidindama Daisy į komercinį Lighthouse produktą, Wu sukūrė įvairių dydžių nuo 2 iki 16 colių, kad atitiktų skirtingus vamzdžių skersmenis.

Markas Gwynne'as, Jungtinėje Karalystėje įsikūrusios vandens įmonės Severn Trent Water IT direktorius, 2018 m. sausio mėn. padėjo koordinuoti Wu roboto lauko bandymus JK. Neabejotinai matome jam vietą, nes tai yra įrankių rinkinio dalis. visiems mūsų vandens inžinieriams, sako Gwynne. Technologija yra visiškai novatoriška.

Tačiau kai testo metu viskas nesiseka, tai taip pat naudinga informacija. Pernai sausį atlikdamas lauko bandymus Virdžinijoje, Wu pastebėjo, kad jo robotas nustos rinkti duomenis maždaug po šešių minučių kelionės per vandens vamzdį. Jis įtarė, kad beveik užšalęs vanduo išjungė roboto elektroniką, tačiau lauke negalėjo nustatyti, ar jo nuojauta buvo teisinga. Taigi tą vakarą Wu iškilo virš savo viešbučio vonios, kurią pripildė ledo, vandens ir savo robotais. Po šešių minučių jis pamatė išsijungiančius robotus ir patvirtino kaltininką. Grįžęs į laboratoriją, Wu sutelkė dėmesį į tolesnį robotų izoliavimą, kad jie galėtų atlaikyti šaltą temperatūrą. Nuo to laiko nė vienas jo robotas neišsijungė nuo šalčio.

Wu tikisi įkvėpti kitus panaudoti savo gyvenimo patirtį ir informuoti apie savo robotų dizainą. Pažvelgus į problemas kitu kampu, gali kilti idėjų, apie kurias žmonės anksčiau negalvojo ir kurios gali pasirodyti tikrai gerai veikiančios, sako jis. Ne tik gerai apmokyti inžinieriai gali sukurti robotus. Kiekvienas gali sukurti robotus.

paslėpti