El robot ahorrador de agua que usa falda

Fotografías de Bob O'Connor

El Laboratorio de Investigación de Mecatrónica del MIT alberga brazos robóticos, robots de reciclaje de teléfonos móviles, escáneres 3D y peces robot. Pero el laboratorio, ubicado en el sótano del Edificio 1, también alberga un cementerio: una caja en el escritorio que hasta hace poco estuvo ocupada por el ingeniero mecánico You Wu, SM '14, PhD '18.

La caja, que Wu llama el cementerio del pasado, contiene versiones anteriores de su robot, Daisy, un robot con forma de volante de cuatro pulgadas de largo capaz de navegar por tuberías para detectar pequeñas fugas en las rejillas de agua. Se sepultó a los robots después de no funcionar según lo previsto, pero el esfuerzo no fue en vano, porque Wu aprendió algo de cada uno. Los primeros tres se apagaron cuando se sumergieron porque sus cuerpos de goma gotearon. Los siguientes no detectaron las fugas lo suficientemente bien. El éxito llegó con la iteración 11 del robot. La versión actual es la 17.

Al crecer en Changzhou, China, Wu era muy consciente de la importancia de conservar el agua. La creciente población de la ciudad estresó tanto sus redes eléctricas y de agua que las autoridades planearon cortes deliberados para racionar los recursos. La empresa que empleaba a los padres de Wu, ambos ingenieros, tuvo que cambiar su fin de semana al domingo y al lunes para evitarlos. Entonces, al llegar al MIT en 2012 después de estudiar ingeniería mecánica en la Universidad de Purdue, donde se centró en dispositivos portátiles como un guante táctil para la realidad virtual y los videojuegos, Wu se unió al Laboratorio de Investigación de Mecatrónica del profesor Kamal Youcef-Toumi, SM '81, ScD '85 y comenzó a trabajar en el proyecto de detección de fugas del laboratorio. Dimitrios Chatzigeorgiou, PhD '15, había desarrollado un dispositivo para identificar fugas de gas y Wu se encargó de adaptarlo para las tuberías de agua.

Wu se sintió atraído por la idea de ayudar a abordar un problema importante: la red de agua promedio pierde alrededor de una quinta parte de su suministro por fugas. El Banco Mundial estima que cada año, eso suma más de 32 mil millones de metros cúbicos de agua tratada que se filtra de los sistemas de suministro de agua urbanos en todo el mundo. En los EE. UU., las empresas de servicios públicos luchan para hacer frente a la infraestructura en ruinas y las tuberías envejecidas. En una encuesta de 2012 de proveedores de agua de EE. UU. en la región de los Grandes Lagos, 55 encuestados estimaron que las 63 000 millas de tuberías que administraban colectivamente filtraban 66 500 millones de galones de agua al año, suficiente para suministrar agua limpia a 1,9 millones de estadounidenses durante un año. Más allá de desperdiciar agua, las grandes fugas pueden causar inundaciones y sumideros, que no solo amenazan la seguridad pública, sino que también pueden provocar daños en la infraestructura cuya reparación cuesta millones de dólares.

La tecnología actual de detección de fugas de agua solo puede informarle sobre las fugas que crecen hasta cierto tamaño, solo las fugas una vez que son grandes, dice Wu. Los dispositivos acústicos que escuchan sonidos o vibraciones asociados con una fuga pueden detectar cambios en el flujo de agua centímetro a centímetro a través de una tubería, pero solo funcionan cuando las fugas son lo suficientemente grandes como para que sus vibraciones se destaquen del ruido de fondo (como el sonido de los automóviles). en una carretera cercana). Tales fugas, dice Wu, a menudo fluyen a 10 galones por minuto, aproximadamente el doble de rápido que la tasa de agua que escapa de la regadera promedio.

Eso no es lo suficientemente bueno, dice Wu. Las fugas crecen de pequeñas a grandes. Queremos detectarlos antes de que se conviertan en grandes, para que pueda ahorrar agua y también proteger la infraestructura.

You Wu, SM '14, PhD '18, se dio cuenta de que una falda sería un buen sensor después de pisarla. Le pisas la falda a alguien y lo saben, dice.

Para detectar pequeñas fugas, el Laboratorio de Investigación de Mecatrónica se centró en colocar robots en las tuberías para detectar fugas desde adentro. Cuando Wu se unió, el laboratorio estaba trabajando en un robot autopropulsado con un tambor sensor que demostró que era posible detectar fugas de gas a escala milimétrica. Pero cuando Wu probó su capacidad para detectar fugas de agua, descubrió que la turbulencia del agua le impedía distinguir entre fugas y otros ruidos ambientales. Entonces, cuando se convirtió en líder del proyecto en 2015, comenzó a pensar en otras formas de abordar la detección de fugas.

Mientras organizaba una fiesta de verano en 2016, Wu accidentalmente pisó la falda del vestido largo de su novia. De repente se le ocurrió que sería casi imposible pisar o tirar de una falda sin que quien la llevara se diera cuenta. Pisas la falda de alguien, y ellos saber , él dice. Eso ¡ajá! El momento le dio la idea de reemplazar el tambor sensor de detección de fugas del robot con una falda sensora. Con ese concepto como punto de partida, aprovechó su experiencia en robótica blanda y rediseñó completamente el robot.

El resultado fue Daisy, el detector de fugas colorido, blandito y con falda. Fabricado con gomas y plásticos impresos en 3D y moldeados a mano, cada robot Daisy se ensambla a mano en el laboratorio. El pequeño robot tiene una cabeza amarilla dura, un cuerpo flexible semitransparente que contiene componentes electrónicos y una falda azul brillante llena de sensores. Cada parte juega un papel importante, pero es la falda la que realiza el trabajo más difícil: detectar las fugas.

Insertado en redes de agua en uniones accesibles, como bocas de incendio, Daisy está diseñado para inspeccionar tuberías sin interrumpir el servicio. A medida que el agua fluye, el robot es arrastrado arrastrando su faldón a lo largo de la superficie interna de la tubería. Si hay una fuga, la presión de succión que la acompaña tira de la falda, cuyos sensores registran la fuerza, señalando la ubicación de la fuga dentro de un pie. También detecta la forma de la fuga y su velocidad, incluso si es tan lenta como un galón por minuto. Una vez que Daisy viaja a través de una cuadrícula, todos los datos que recopila se pueden cargar en una computadora portátil y ver en formato de mapa. La capacidad de generar un mapa actualizado de las tuberías de la red es útil en sí misma, ya que los cambios relacionados con la construcción a menudo no se mapean. Y cuando Daisy encuentra fugas, poder concentrarse en ellas mientras son pequeñas hace posible repararlas con una interrupción mínima, lo que limita los costos de reparación y la pérdida de agua.

Las fugas crecen de pequeñas a grandes. Queremos detectarlos antes de que se conviertan en grandes, para que pueda ahorrar agua y también proteger la infraestructura.

En agosto de 2017, Wu fundó una startup para comercializar Daisy como una herramienta de búsqueda de fugas para tuberías de agua. En junio de 2018, disolvió esa empresa (cuyo nombre, Pipeguard Robotics, también fue utilizado por una empresa de aislamiento de tuberías) e incorporó WatchTower Robotics para continuar con el desarrollo de Daisy, que ahora comercializa como un producto llamado Lighthouse. Desde que se graduó en junio, ha trabajado a tiempo completo en la empresa; pasó el verano en Denver en Techstars Technology Accelerator. Ahora bien versado en explicar la tecnología de Daisy y su impacto potencial, ha ganado muchos concursos de sostenibilidad y premios de diseño, incluido el Premio a la Innovación del Agua del MIT, el Gran Premio de Presentación del Día de Demostración HUBWeek de Boston, el Premio James Dyson de EE. el premio Year en la Cumbre de Impacto de la Asociación de Medios Ambientales 2018 en Los Ángeles. También fue elegido como MIT Solve Fellow y fue nombrado como uno de los Forbes 30 menores de 30 en manufactura e industria de la revista para 2018. (No pensé que podría lograrlo, dice sobre el Forbes lista.)

Si bien la undécima versión de Daisy funcionó, Wu todavía está modificando el diseño. Para cada iteración, suelda los componentes electrónicos internos del robot, prepara moldes de goma y codifica los microchips que transfieren datos del robot a la pantalla de la computadora. Para sus primeros diseños, vertió goma azul en el molde de la falda de Daisy e incrustó varias configuraciones de piezas de goma negra conductora en la falda antes de que la goma azul se curara. Esas piezas de goma negra sirven como sensores: cuando un cambio en el flujo de agua las estira o las comprime, su resistencia cambia y Daisy registra el cambio en la corriente eléctrica que fluye a través de ellas.

Luego se le ocurrió la idea de coser sus sensores en la tela con un patrón específico y luego sumergir esa tela en el caucho azul líquido, curándolos juntos en el molde de la falda. Cuando se solidificaba, el caucho envolvía la tela y el material de detección, lo que hacía que la falda de detección resultante fuera impermeable, flexible y resistente al desgarro. Esa lluvia de ideas, que condujo a la versión número 14 de Daisy, envió a Wu a YouTube para aprender a usar una máquina de coser. La incorporación de tela en la falda cargada de sensores hace que se mueva solo en ciertas direcciones en respuesta a tipos específicos de fugas, lo que le permite a Daisy brindar información más precisa sobre las fugas que encuentra. Otros ajustes han mejorado la interfaz de usuario del bot, facilitando a los usuarios la lectura e interpretación de los datos de detección. Y en el proceso de convertir Daisy en el producto comercial Lighthouse, Wu ha estado desarrollando una gama de tamaños de 2 a 16 pulgadas para adaptarse a diferentes diámetros de tubería.

Mark Gwynne, director de TI de Severn Trent Water, una compañía de agua con sede en el Reino Unido, ayudó a coordinar las pruebas de campo del robot de Wu en el Reino Unido en enero de 2018. Definitivamente podemos ver un lugar para él en términos de ser parte del conjunto de herramientas. para todos nuestros ingenieros de agua, dice Gwynne. La tecnología es totalmente innovadora.

Pero cuando las cosas no salen bien en una prueba, también es información útil. Durante las pruebas de campo en Virginia en enero pasado, Wu notó que su robot dejaba de recopilar datos unos seis minutos después de su viaje a través de la tubería de agua. Sospechó que las aguas casi heladas apagaron los componentes electrónicos del robot, pero en el campo no pudo determinar si su corazonada era correcta. Entonces, esa noche, Wu se elevó sobre la bañera de su hotel, que llenó con hielo, agua y sus robots. Seis minutos después, vio que los robots se apagaban y confirmó al culpable. De vuelta en el laboratorio, Wu se concentró en aislar aún más a los bots para que pudieran resistir las bajas temperaturas. Desde entonces, ninguno de sus robots se ha apagado por frío.

Wu espera inspirar a otros a usar sus experiencias de vida para informar sus diseños de robots. Al abordar los problemas desde un ángulo diferente, se pueden generar ideas en las que la gente no había pensado antes y que podrían resultar muy bien, dice. No solo los ingenieros bien capacitados pueden hacer robots. Todo el mundo puede hacer robots.

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