MIT發明的「羽毛球」機器人竟是水管、燃氣管泄露的殺手！

在世界範圍內，潔凈、安全的水供應仍然是個迫切需求。然而，當今的水供應管網中，平均有 20 % 的水由於管道泄漏而流失浪費。這一浪費，不僅會加重水資源短缺的問題，還會對管道沿路的設施，如公路、樓房地基等造成侵蝕破壞。

不幸的是，管道的泄漏檢測是非常昂貴且耗時的——而且一些發展中國家廣泛使用的木質、陶瓷、或者塑料製作管道，先進的探測並不適用。

現在，MIT 的研究者提供了一個快速、廉價的解決方案，能夠發現管道中最微小的泄露，且不受管道材料限制。他們發明了一種新型機器人裝置，能夠在任何材料的管道中，發現針尖大小的泄露點。

這個檢測系統使用具有彈性的小型機器人進行檢測，其外觀看起來就像是個大號的羽毛球。

它可以通過消防栓滲透進入水管網系統。然後它會隨著水的流動被動移動，並記錄沿途的位置。在這個過程中，通過監測已經擴張到管壁，具有彈性的橡膠「裙擺」受到的拉力，它可以檢測到微小的壓力變化，從而判斷泄露。

與此前的泄露檢測技術相比，它不需要掘地三尺，也沒有停水之擾。在使用後，這個裝置可以通過在另一個消防栓上設置一個阻攔網捕獲，隨後將內部的數據上傳。除了這個隨著水流被動檢測的裝置，該團隊也在研究能夠主動移動的版本。

墨西哥城市蒙特雷對這項研究非常有興趣，因為據估計，該城市每年由於泄露會損失供應網中 40 % 的水，價值高達 8 千萬美金。更糟糕的是，當泄露的水通過破損點迴流到管道後，水供應網路又會受到污染。

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MIT 的這支名叫Pipe Guard的團隊希望將這個機器人泄漏檢測系統商業化，從而幫助減少此類損失。在沙烏地阿拉伯，絕大多數的水由海水淡化工廠供應，而這些水中 33% 會由於泄露浪費。因此，沙特的法赫德國王石油與礦物大學贊助並協助了這個團隊的工作。

在機械工程學系教授 Kamal Youcef-Toumi 和研究生 You Wu 等 4 人的努力下，這個系統已經經歷了九年的研發和測試。這個系統會在九月份的智能機器人與系統國際會議（IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems，IROS ）上展示。同時，他們也會在這個夏天使用墨西哥蒙特雷的 12 英寸的混凝土水管網進行測試。

圖丨機器人實物圖

Youcef-Toumi 表示，在今年早些時候，他們合作進行了一次成功的實地測試，測試結果為裝置的設計改進提供了幫助。

這些測試在沙特阿爾克巴爾 Pipetech LLC 公司提供的一個數英里長的測試用生鏽管道里進行。測試中的管路彎彎曲曲，有 T 型結構和各種連接，還有人造泄漏點供機器人發現。機器人成功地區分了真正的泄露和由於壓力變化或管道結構改變造成的擾動。

Wu說：「在測試的 3 天中，我們每天 14 次將機器人從一個連接處放入，並從另一個介面取出。每一次測試都獲得了成功。」 它還發現了一個 1 加侖每分鐘的泄露點，這個泄漏點只有常規檢測方法平均檢測極限的十分之一，是常規方法最佳檢測精度的三分之一大。

這種泄漏問題其實在城市中廣泛存在。中國最大的塑料管生產商之一、上海邦中國際集團的 CEO 畢宏海表示：「在中國有很多新興城市，他們的管網都是使用塑料水管。在這些新型水管中，仍然有高達 30 % 的水由於泄露浪費了。目前為止還沒有什麼有效的工具能夠準確定位泄露點。 MIT PipeGuard 團隊的機器人創造了檢測工具的變革。」

在蒙特雷實地測試之後，這個團隊的下一步是研發更加靈活、可摺疊的機器人，使之能夠快速適應不同尺寸的管道。比如，在波士頓的地下水管網中，有 6 英寸、8 英寸 和 12 英寸的管道交錯-其中很多管道是很久以前安裝的，管理部門並沒有它們的準確分布圖。 機器人將會像「雨傘」一樣張合，來適應不同尺寸的管道， Wu 表示。

這個機器人的價值並不僅僅在於減少水資源的損失，它還能讓水供應變得更加安全可靠。「當地下泄露產生時，流水產生的力會侵蝕街道、房屋、並破壞其他地下設施。長此以往，還會對居民和商業的水供應造成影響。」 馬薩諸塞州水務部工程與配給主管 Mark Gallager 表示。

這個系統能夠在早期發現非常微小的泄露，從而提早檢測修復，避免更嚴重的損失。

Gallager 說：「如果我們能夠在泄露第一次出現，或者造成嚴重後果之前發現它，那麼就能每年減少數百萬加侖的水流失。此外它還能夠大大減少對地下基礎設施的破壞以及水供應服務的中斷，而這又極大的減少了相關花銷。」

這個系統不僅可以發現任何水管道中的泄露，還可以被用在其他類型的管網系統中，比如天然氣管道。天然氣管道通常非常的老舊，而且沒有詳細的圖紙，在一些城市中造成了嚴重的氣體聚積甚至是爆炸。可是通常天然氣泄露通常並不能被發現，直到泄露足夠嚴重，人們才能夠聞到添加劑的味道。其實，MIT 的這套系統起初是為檢測氣體管道泄露研發的，不過後來被改造用在了水管上。

最後，這個團隊希望機器人不僅能夠發現泄露點，還能用他們設計的特殊機構來現場修復小規模的泄露。

這個裝置問世以來，吸引了很多榮譽和獎項。這個團隊在 2017 MIT 水創新競賽中贏得了 1 萬美金的獎金，同時也入圍 MIT 十萬美金創業大賽（MIT $100K Entrepreneurship Competition ）的決賽，獲獎 1 萬美金。在決賽中他們還獲得了 Booz Allen Hamilton 數據分析獎，獎金 1 萬美元，同時他們與其他 24 個團隊一起，獲得了全國性的 Infy Maker 獎，獎金 1 萬美金。

10 萬美金競賽的評委，DKNY 的 CEO Caroline Brown 說：「面對複雜的問題，PipeGuard 給出了一種簡單、實用而且優雅的解決方案。這個機器人是應用智慧設計簡化複雜問題、並將效率最大化的一個很好的案例。」

這個團隊中還包括 Kristina Kim 和 Michael Finn Henry, 後者是波士頓當地一個高中生，此前在 MIT 做暑期實習生。PipeGuard 的創建者是 Wu 和 MIT 碩士生 Jonathan Miller 和 Daniel Gomez。

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