Svārkus valkājošs, ūdeni taupošs robots

Boba O'Konora fotogrāfijas

MIT Mehatronikas pētniecības laboratorijā atrodas robotu rokas, mobilo tālruņu pārstrādes roboti, 3-D skeneri un robotu zivis. Bet laboratorijā, kas atrodas 1. korpusa pagrabā, atrodas arī kapsēta — kaste uz rakstāmgalda, kurā vēl nesen atradās inženieris mehāniķis You Wu, SM ’14, PhD '18.

Kastē, ko Vu dēvē par pagātnes kapsētu, ir bijušās viņa robota Deizijas versijas — četras collas gara atspoles formas robots, kas spēj pārvietoties pa caurulēm, lai atklātu nelielas noplūdes ūdens režģos. Roboti tika noguldīti pēc neveiksmes, kā paredzēts, taču pūles nebija veltas, jo Vu no katra kaut ko iemācījās. Pirmie trīs izslēdzās, kad tika iegremdēti, jo to gumijas korpusi noplūda. Nākamās dažas noplūdes nekonstatēja pietiekami labi. Panākumi tika gūti ar robota 11. atkārtojumu. Pašreizējā versija ir 17.

Uzaugot Čandžou, Ķīnā, Vu labi apzinājās ūdens taupīšanas nozīmi. Pilsētas strauji augošais iedzīvotāju skaits tik ļoti noslogoja tās elektrības un ūdens tīklus, ka varas iestādes plānoja apzinātus pārtraukumus, lai ierobežotu resursus. Uzņēmumam, kurā strādāja Vu vecāki, abi inženieri, nedēļas nogale bija jāpārceļ uz svētdienu un pirmdienu, lai strādātu ar tiem. Ierodoties MIT 2012. gadā pēc mašīnbūves studijām Purdjū universitātē, kur viņš koncentrējās uz valkājamām ierīcēm, piemēram, pieskārienu un sajūtu cimdu virtuālajai realitātei un videospēlēm, Vu pievienojās profesora Kamala Jucefa-Toumi Mehatronikas pētniecības laboratorijai, SM '81, ScD '85 un sāka strādāt pie laboratorijas noplūžu noteikšanas projekta. Dimitrios Chatzigeorgiou, PhD '15, bija izstrādājis ierīci gāzes noplūdes noteikšanai, un Wu tika uzdots pielāgot to ūdensvadiem.

Wu piesaistīja ideja palīdzēt risināt lielu problēmu: vidējais ūdens tīkls zaudē apmēram piekto daļu no piegādes noplūdes dēļ. Pasaules Banka lēš, ka katru gadu tas kopā veido vairāk nekā 32 miljardus kubikmetru attīrīta ūdens, kas noplūst no pilsētu ūdensapgādes sistēmām visā pasaulē. ASV komunālajiem uzņēmumiem ir grūti tikt galā ar brūkošo infrastruktūru un novecojošām caurulēm. 2012. gadā veiktajā ASV ūdens piegādātāju aptaujā Lielo ezeru reģionā 55 respondenti lēsa, ka no 63 000 jūdzēm cauruļu, ko viņi kopīgi pārvalda, ik gadu noplūda 66,5 miljardi galonu ūdens, kas ir pietiekami, lai 1,9 miljonus amerikāņu apgādātu ar tīru ūdeni gadu. Papildus ūdens izšķērdēšanai lielas noplūdes var izraisīt plūdus un iegrimes, kas ne tikai apdraud sabiedrisko drošību, bet arī var izraisīt infrastruktūras bojājumus, kuru novēršana izmaksā miljoniem dolāru.

Pašreizējā ūdens noplūdes noteikšanas tehnoloģija var pastāstīt tikai par noplūdēm, kas pieaug līdz noteiktam izmēram — tikai tad, ja tās ir lielas, saka Vu. Akustiskās ierīces, kas klausās skaņas vai vibrācijas, kas saistītas ar noplūdi, var uztvert izmaiņas ūdens plūsmā collas collas pa cauruli, taču tās darbojas tikai tad, ja noplūdes ir pietiekami lielas, lai to vibrācijas izceltos no fona trokšņa (piemēram, automašīnu skaņas). uz tuvējā ceļa). Vu saka, ka šādas noplūdes bieži plūst ar ātrumu 10 galoni minūtē — apmēram divreiz ātrāk nekā ūdens, kas izplūst no vidējās dušas galvas.

Tas nav pietiekami labi, saka Vu. Noplūdes aug no mazām līdz lielām. Mēs vēlamies tos sajust, pirms tie izaug par lieliem, lai jūs varētu ietaupīt ūdeni un arī aizsargāt infrastruktūru.

Jūs, Vu, SM '14, PhD '18, sapratāt, ka svārki būs labs sensors, uzkāpjot uz tiem. Jūs uzkāpjat kādam uz svārkiem, un viņš zina, viņš saka.

Lai atklātu nelielas noplūdes, Mehatronikas pētniecības laboratorija koncentrējās uz robotu nogādāšanu caurulēs, lai uztvertu noplūdes no iekšpuses. Kad Wu pievienojās, laboratorija strādāja pie pašgājēja robota ar sensoru cilindru, kas pierādīja, ka ir iespējams noteikt milimetru mēroga gāzes noplūdes. Bet, kad Vu pārbaudīja tā spēju noteikt ūdens noplūdes, viņš atklāja, ka ūdens turbulence neļāva tai atšķirt noplūdes no citiem apkārtējās vides trokšņiem. Tāpēc, kad viņš 2015. gadā kļuva par projekta vadītāju, viņš sāka domāt par citiem veidiem, kā pievērsties noplūžu noteikšanai.

Rīkojot vasaras ballīti 2016. gadā, Vu nejauši uzkāpa uz savas draudzenes garās kleitas svārkiem. Viņam pēkšņi ienāca prātā, ka būtu gandrīz neiespējami uzkāpt uz svārkiem vai paraut tos, to nēsātājam nepamanot. Jūs uzkāpjat kādam uz svārkiem, un viņš zināt , viņš saka. Tas aha! Šis brīdis viņam radīja ideju nomainīt robota noplūdes noteikšanas trumuļus ar sensora svārkiem. Izmantojot šo koncepciju kā sākumpunktu, viņš izmantoja savas mīkstās robotikas zināšanas un pilnībā pārveidoja robotu.

Rezultātā tika iegūts Deizija, svārkos valkāts, drūms, krāsains noplūdes detektors. Izgatavots no 3-D drukātām un ar rokām veidotām gumijām un plastmasām, katrs Daisy robots tiek montēts ar rokām laboratorijā. Mazajam robotam ir cieta dzeltena galva, daļēji caurspīdīgs elastīgs korpuss, kurā ir elektronika, un spilgti zili sensoru pildīti svārki. Katrai daļai ir svarīga loma, taču tieši svārki veic grūtāko darbu: nosaka noplūdes.

Ievietots ūdens tīklos pieejamos krustojumos, piemēram, ugunsdzēsības hidrantos, Daisy ir paredzēts cauruļu pārbaudei, netraucējot pakalpojumu. Ūdenim plūstot cauri, bots tiek nēsāts līdzi, velkot tā svārkus gar caurules iekšējo virsmu. Ja ir noplūde, pievienotais sūkšanas spiediens velk pie apmales, kuras sensori fiksē spēku, precīzi nosakot noplūdes vietu vienas pēdas robežās. Tas arī nosaka noplūdes formu un tās ātrumu, pat ja tā ir tik lēna kā galons minūtē. Kad Daisy izbrauc cauri tīklam, visus tās apkopotos datus var augšupielādēt klēpjdatorā un skatīt kartes formātā. Iespēja ģenerēt atjauninātu tīkla cauruļu karti pati par sevi ir noderīga, jo ar būvniecību saistītās izmaiņas bieži netiek kartētas. Un, ja Deizija konstatē noplūdes, spēja tās novērst, kamēr tās ir mazas, ļauj tās novērst ar minimāliem traucējumiem, ierobežojot remonta izmaksas, kā arī ūdens zudumus.

Noplūdes aug no mazām līdz lielām. Mēs vēlamies tos sajust, pirms tie izaug par lieliem, lai jūs varētu ietaupīt ūdeni un arī aizsargāt infrastruktūru.

2017. gada augustā Vu nodibināja jaunuzņēmumu, lai komercializētu Daisy kā ūdensvadu noplūžu meklēšanas rīku. 2018. gada jūnijā viņš likvidēja šo uzņēmumu (kura nosaukumu Pipeguard Robotics izmantoja arī cauruļu izolācijas uzņēmums) un pievienoja WatchTower Robotics, lai turpinātu izstrādāt Daisy, ko viņš tagad tirgo kā produktu ar nosaukumu Lighthouse. Kopš absolvēšanas jūnijā viņš uzņēmumā strādājis pilnu slodzi; vasaru viņš pavadīja Denverā Techstars Technology Accelerator. Šobrīd viņš ir labi pārzinājis Deizijas tehnoloģiju un tās potenciālās ietekmes skaidrošanu, un viņš ir ieguvis daudzus ilgtspējības konkursus un dizaina balvas, tostarp MIT Water Innovation Prize, Boston HUBWeek Demo Day Pitch Grand Prize, 2018. gada ASV Džeimsa Disona balvu un nākotnes novatoru. gada balva Vides mediju asociācijas ietekmes samitā 2018 Losandželosā. Viņš tika izvēlēts arī par MIT Solve Fellow un tika nosaukts par vienu no Forbes žurnāla 30 jaunāki par 30 gadiem ražošanā un rūpniecībā 2018. gadā. (Es nedomāju, ka varēšu to paveikt, viņš saka par Forbes saraksts.)

Kamēr darbojās 11. Daisy versija, Vu joprojām pielāgo dizainu. Katrai iterācijai viņš lodē kopā robota iekšējo elektroniku, sagatavo gumijas veidnes un kodē mikroshēmas, kas pārsūta datus no robota uz datora ekrānu. Pirmajiem dizainparaugiem viņš Deizijas svārku veidnē ielēja zilu gumiju un svārkos iestrādāja dažādas konfigurācijas vadošas melnas gumijas gabalus, pirms zilā gumija sacietēja. Šie melnās gumijas gabali kalpo kā sensori: kad ūdens plūsmas izmaiņas tos izstiepj vai saspiež, mainās to pretestība, un Deizija fiksē caur tiem plūstošās elektriskās strāvas izmaiņas.

Tad viņam radās ideja uzšūt savus sensorus uz auduma pēc noteikta raksta un pēc tam iegremdēt šo audumu šķidrā zilā gumijā, sacietējot tos kopā svārku veidnē. Kad tā sacietē, gumija aptver audumu un sensora materiālu, padarot iegūtos sensoru svārkus ūdensizturīgus, elastīgus un izturīgus pret plīsumiem. Šī prāta vētra, kas noveda pie Deizijas versijas 14, nosūtīja Vu uz YouTube, lai viņš iemācītos lietot šujmašīnu. Iekļaujot audumu ar sensoru piekrautā apmale, tas var kustēties tikai noteiktos virzienos, reaģējot uz noteikta veida noplūdēm, ļaujot Deizijai sniegt precīzāku informāciju par noplūdēm, ar kurām tā saskaras. Citi uzlabojumi ir uzlabojuši robota lietotāja saskarni, padarot lietotājiem vieglāk nolasīt un interpretēt noteikšanas datus. Paplašinot Daisy par komerciālo Lighthouse produktu, Wu ir izstrādājis dažādu izmēru diapazonu no 2 līdz 16 collām, lai pielāgotos dažādiem cauruļu diametriem.

Marks Gvins, Apvienotajā Karalistē bāzētā ūdens uzņēmuma Severn Trent Water IT direktors, 2018. gada janvārī palīdzēja koordinēt Vu robota lauka testus Apvienotajā Karalistē. Mēs noteikti varam atrast tam piemērotu vietu, jo tas ir daļa no instrumentu komplekta. visiem mūsu ūdens inženieriem, saka Gvina. Tehnoloģija ir pilnīgi revolucionāra.

Bet, ja testā viss neiet labi, arī tā ir noderīga informācija. Lauka testu laikā Virdžīnijā pagājušā gada janvārī Vu pamanīja, ka viņa robots pārtrauks vākt datus apmēram sešas minūtes pirms brauciena pa ūdensvadu. Viņam bija aizdomas, ka gandrīz sasalstošie ūdeņi izslēdza robota elektroniku, taču uz lauka viņš nevarēja noteikt, vai viņa nojausma bija pareiza. Tāpēc tajā vakarā Vu pacēlās virs savas viesnīcas vannas, kuru viņš piepildīja ar ledu, ūdeni un saviem robotiem. Pēc sešām minūtēm viņš redzēja, ka roboti izslēdzas, un apstiprināja vainīgo. Atgriežoties laboratorijā, Wu koncentrējās uz robotu turpmāku izolāciju, lai tie varētu izturēt aukstu temperatūru. Kopš tā laika neviens no viņa robotiem nav izslēdzies no aukstuma.

Wu cer iedvesmot citus izmantot savu dzīves pieredzi, lai informētu par savu robotu dizainu. Pieejot problēmām no cita leņķa, var nākt klajā ar idejām, par kurām cilvēki iepriekš nav iedomājušies un kas varētu izrādīties patiešām labi nostrādātas, viņš saka. Ne tikai labi apmācīti inženieri var izgatavot robotus. Ikviens var izgatavot robotus.

paslēpties