ACWA Robotics 的自主机器人为实现水资源恢复能力指明了道路

面对全球供水系统的压力，ACWA Robotics 利用自主机器人进行创新，这些机器人可以在管道中导航，以检测泄漏并优化维修。了解这家法国初创企业如何利用技术提高可持续性并保护珍贵的水资源。

图片来源：ACWA Robotics。

Mark de Wolf

2024 年 9 月 4 日

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在人口增长、城市扩张和气候变化的重压下，世界各地的供水系统都面临着巨大挑战。对清洁水的需求不断增加，而由于管道泄漏，损失的水量达到数万亿加仑。
为了应对紧迫的环境问题，设计与制造 (Design & Make) 公司将可持续发展放在首位。像法国初创企业 ACWA Robotics 这样的创新企业正在开发解决方案，利用技术解决可持续发展问题并拓展新业务。
ACWA 独特的自主机器人设计用于在供水系统的管道内穿行，捕捉需要关注区域的数据。这有助于公用事业部门优化昂贵的维修和管道更新工作，并保护珍贵的水资源。

世界各地的供水系统都面临着压力。每年，随着人口的增长和更多建筑物的拔地而起，过去安装的水管也在不断老化。在美国，数万亿加仑的饮用水因泄漏和破损而流失，而潜在的维修费用更是惊人 - 在未来 20 年内，仅修复美国岌岌可危的水网所需的费用就高达 6250 亿美元。

气候变化只会使问题更加严重，因为获取清洁水已经成为一个紧迫的全球性问题。今年，约翰内斯堡的水龙头已经干涸，而墨西哥城则因水管和供水连接老化而损失了多达 40% 的水。

但希望就在眼前：世界各地的设计与制造 (Design & Make) 公司都将可持续发展作为优先事项，以此来应对严重的环境问题。根据 Autodesk 的《2024 State of Design & Make》（英文）报告，各行各业中有 97% 的公司正在采取行动来提高可持续发展能力。他们正在利用技术来实现环保目标，并创造机会开发创新解决方案和拓展新业务。

法国初创企业 ACWA Robotics 就是其中之一。公司通过开发机器人解决方案来应对水务行业面临的严峻挑战，这些机器人可以在管道系统中穿行，收集数据，从而提高水务管理的效率。

改善供水系统的愿景

ACWA 的自主水下机器人正在等待装载到模拟供水系统管道内部条件的测试环境中。图片来源：ACWA Robotics。

“ACWA 是自主清洁水设备 (Autonomous Clean Water Appliance) 的缩写，”ACWA Robotics 总经理 Jean-François Guiderdoni 说，“在全球范围内，有 4000 万公里的管道为建筑物、房屋和企业输送清洁水。对于通过这条输水主干线输送的水，我们的平均损失率达到了 20% 至 40%。这是一个庞大的数字，这与管道的状况有关。”

为了改善这种状况，水务公司需要更新、维修和更换更多的管道，以减少水的流失。但是，Guiderdoni 说：“由于所有这些基础设施都是很久以前安装和埋设的，他们并不清楚应该在何时何地进行更新。”

为了向供水系统操作人员提供他们所需的信息，ACWA Robotics 率先开发了一种铰接式模块化机器人，这种机器人可以在不中断供水的情况下自主穿行数英里的管道。当多个传感器捕捉数据以精确定位薄弱区域、泄漏位置时，它会弯曲和转弯，并更广泛地识别潜在问题点，从而帮助公用事业部门采取有效措施。

智能机器人可以去工程师去不了的地方

机器人在水下穿过水管，捕捉有关管道状况和潜在问题点的数据。图片来源：ACWA Robotics。

该公司的智能管道机器人的目标是收集有关供水管网状况的完整数据集。“我们处理的是较大的管道，也就是你们所说的支管或总管，”Guiderdoni 说，“这些是主干管道，一旦破裂，就会影响整个城市或社区，造成巨大的经济损失，使整个城市的活动陷于停顿。”

这些机器人利用高清图像和一整套无损检测 (NDT) 技术，捕捉管道直径、不同位置的管道残余厚度以及正在形成腐蚀的区域等指标。除了运行状况评估外，ACWA 的机器人还能在固定传感器无法到达的地方收集水温、pH 值、流速和浊度读数，从而帮助改善水质和性能。

机器人沿管道穿行的路线是提前确定好的。这些点通过经度、纬度和海拔高度进行地理参照，该公司表示，它能够将位置校准到 40 厘米的误差范围内。机器人完成任务后，会返回其入口点或预定义的出口区域。

将机器人投入实际应用

铰接式机器人的渲染图，显示了它如何在水管中弯曲穿行。图片来源：ACWA Robotics。

从一开始，ACWA 所面临的挑战就是要设计出一种结构紧凑、足够灵活的设备，以便在供水系统管道中穿行 - 小到可以让水流不中断，大到可以携带数据收集所需的机载系统。

该公司使用 Autodesk Fusion 将机器人投入实际应用，机器人主体材质为铝，由 250 个零件组装而成。它仅有的预制零件是电机、滚珠轴承、轴密封件、螺母和螺栓以及电池，其他一切都是专门为机器人设计的。

机器人设计小组分为两个团队，一个团队负责机械设计，一个团队负责电子设计。Fusion 帮助两个团队顺畅协作，创建二维和三维蓝图、三维渲染图像以及定制电路板、电子卡和机械零件。团队使用 Fusion Simulation Extension（英文）对应力和热仿真进行精确分析并收集分析结果。

通过人工智能实现独立性

ACWA Robotics 已在水压高达 250 PSI、流速高达 1.5 m/s 的恶劣条件下对其自主机器人进行了模拟测试。图片来源：ACWA Robotics。

管道穿行机器人收集的数据不仅用于识别泄漏，它还可以对管道进行结构评估。“我们可以告诉客户混凝土管道中哪里有很多腐蚀、接头故障或裂缝，”Guiderdoni 说，并补充说这些信息使得“在发生泄漏之前进行干预”成为可能。

结构评估信息可以提供“一系列线索，帮助公用事业部门决定他们应该在哪里进行维修，在哪里不需要做任何事情，或者他们需要在今年或者两年、三年、四年或五年内在哪里更新管道，”Guiderdoni 表示，“最终目标是让公用事业部门非常清楚地了解管道的状况以及他们应该如何使用资金。”

在未来的发展阶段，ACWA 的机器人将采用人工智能 (AI) 功能来改进其收集数据的方式。“人工智能使机器人在执行任务时能够动态适应，”Guiderdoni 表示，“例如，机器人可以在水管内拍照。它可能会检测到裂缝。如果裂缝呈现特定的形状和长度，机器人就会停下来仔细观察。这只是人工智能在收集更准确数据的同时主动帮助管道维护的一种方式。”

注重可持续发展吸引新人才

工人们与 Aqua Publica 合作试运行机器人样机，Aqua Publica 是 ACWA 所在城市科西嘉岛巴斯蒂亚市的一家水务公司。图片来源：ACWA Robotics。

尽管 ACWA Robotics 的技术在不断发展，但与设计与制造 (Design & Make) 行业（英文）的许多公司一样，招聘技术人才也是该公司持续关注的问题。“寻找和留住人才是一项挑战，尤其是工程师，”Guiderdoni 表示，“对我们来说，找到合适的人才至关重要。”

不过，ACWA 的核心使命是解决关键的可持续发展问题，这使公司在招揽新员工时更具优势。根据《State of Design & Make》报告，72% 的企业领导者（英文）认为可持续发展是留住人才的首要因素。

Guiderdoni 指出，激励年轻员工的不仅有报酬和具有挑战性的工作，还有他们对世界产生积极影响的意念。“新的一代人想要致力于可持续发展并产生影响，”Guiderdoni 说，“加入我们公司的年轻人既可以应对技术上的挑战，同时又可以看到他们所做的工作所产生的（积极）影响。他们知道自己的作用绝不是微不足道的。”

从涓涓细流到滚滚洪流

当今的供水系统管理者面临着越来越大的压力，需要应对浪费、缺乏意识甚至懒惰等挑战，这些问题导致有关基础设施投资的决策被一拖再拖。

“在水务领域，变革非常缓慢，”Guiderdoni 说，“我们正在将新技术带入一个相当保守的环境，但目前出现了一种颠覆和变革的趋势。过去，水务公司可能会说：‘好吧，总会有一些水流失。如果有问题，我们会提高价格。’现在他们发现，价格已经达到了一个临界点，现在更贵了，所以他们开始努力提高性能。”

“提高可持续发展能力的压力来源有很多 - 媒体压力、企业压力、新法规以及欧盟委员会或各国政府的激励措施。政府和企业都意识到，可持续发展蕴含着巨大的经济潜力。可持续发展实际上是在创造价值，形成良性循环。”

- Jean-François Guiderdoni，ACWA Robotics 总经理

以更具环保意识的方式采取行动的压力也在增加。根据《State of Design & Make》报告，五分之四的公司都在利益相关方的要求下积极采取可持续发展措施（英文）。“提高可持续发展能力的压力来源有很多 - 媒体压力、企业压力、新法规以及欧盟委员会或各国政府的激励措施，”Guiderdoni 表示，“政府和企业都意识到，可持续发展蕴含着巨大的经济潜力。可持续发展实际上是在创造价值，形成良性循环。”

随着水务公司努力应对因气候变化而加剧的需求增长，更大限度地利用现有资源的价值至关重要，这也是可持续发展的一个核心原则。Guiderdoni 指出，最近的行业颠覆性变革包括新技术的激增，有助于智能、准确地发现水管中的泄漏点。“推动下一阶段发展的是资产管理。这意味着要在管道破裂之前采取行动，”Guiderdoni 说，“现在，人们开始意识到，需要迅速处理水，特别是水的分配基础设施。我很高兴能发挥积极作用，并证明我们能够帮助公用事业部门在未来几年做出改变。”

关于 Mark de Wolf

Mark de Wolf 是一名兼职新闻记者，同时也是一名屡获殊荣的文案撰稿人，擅长撰写各种技术案例。他出生于多伦多，在伦敦长大，常驻苏黎世。如需联系他，请访问 markdewolf.com。