İngiltere’nin yollarının, binalarının ve parklarının altında gözden gizlenmiş yaklaşık bir milyon kilometrelik borular yatıyor. Bu boruların bakım ve onarımı için yılda yaklaşık 1,5 milyon yol kazısı yapılması gerekiyor ve bu da yolların tamamen veya kısmen kapanmasına neden oluyor. Bu işler gürültülü, kirli ve çok fazla rahatsızlığa neden oluyor. Ayrıca yılda yaklaşık 5.5 milyar sterline mal oluyorlar.
Bu şekilde olmak zorunda değil. Benimki gibi araştırma ekipleri, altyapı robotları geliştirerek boruların bakımına harcanan zaman ve parayı azaltmanın bir yolu üzerinde çalışıyor.
Gelecekte, bu robotlar bizim yollarımızı onarmak, su ve kanalizasyon borularımızı denetlemek, lamba direklerimizin bakımını yapmak , köprülerimizi incelemek ve diğer önemli altyapıya bakmak için çalışacak ve bizim için çalışacak. Zararlı gazlarla dolu kanalizasyon boruları gibi insanlar için zor veya tehlikeli yerlere gidebilecekler .
Hem temiz su hem de kanalizasyonda yer altı boru şebekelerinde çalışacak küçük robotlar geliştiriyoruz. Sızıntı ve tıkanıklık olup olmadığını kontrol edecekler, boruların nerede olduğunu haritalayacaklar ve herhangi bir sorun belirtisi için durumlarını izleyecekler. Ancak robotların mevcut kablosuz iletişimimizin onlara ulaşamadığı yerlere gitmesi gerektiğinde ne olur? Onlarla iletişim kuramazsak, kontrolü elimizde tutamayız.
boru botları
Yeraltı boru ağları karmaşık, çeşitli ve üzerinde çalışılması zordur. Farklı derinliklere yerleştirilmiş farklı malzemelerden yapılmış birçok farklı boru boyutu vardır. Birçok farklı konfigürasyonda birbirine bağlanırlar ve farklı içeriklerle farklı kapsamlarda doldurulurlar.
Pipebots , boru sisteminin bakımına yardımcı olacak robotlar üzerinde çalışan, Birleşik Krallık hükümeti tarafından finanse edilen büyük bir projedir. Bu robotlar, içinde bulundukları borulara bağlı olarak farklı boyutlarda olacak. Örneğin, en küçükleri 2,5 cm (1 inç) bir küpün içine sığacak, en büyükleri ise 50 cm uzunluğunda olacak. .
Gemideki sensörler dizisi sayesinde otonom olarak çalışacaklar. Robotlar, nerede olduklarını tespit etmek için bilgisayar vizyonunu ve bir ivmeölçer, bir jiroskop ve bir manyetik alan sensörünün bir kombinasyonunu kullanacak. Borularda gezinmelerine yardımcı olmak için ultrason ve kızılötesi mesafe sensörlerine sahip olacaklar. Son olarak, su borularındaki çatlakları, kanalizasyon borularındaki tıkanmaları tespit etmek ve bu boruların genel durumunu ölçmek için akustik ve ultrason sensörlerine de sahip olacaklar .
Bu şekilde toplanan bilgiler borulardan sorumlu su şirketlerine gönderilecektir. İlk etapta robotlar sadece boruları izleyecek ve gerektiğinde ayrı bir onarım ekibi çağıracak.
En büyük zorluklardan biri, borular aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurmalarını sağlamak olacaktır. Bu, borular boş, su veya kanalizasyonla dolu olabileceğinden veya arada bir yerde olabileceğinden, çeşitli koşullarda çalışabilen bir kablosuz iletişim ağı gerektirir. Araştırdığımız üç ana seçenek radyo dalgaları, ses dalgaları ve ışıktır.
Radyo dalgaları
Radyo dalgalarını kullanan kablosuz iletişim teknolojisi bugünlerde her yerde – wifi, Bluetooth ve tabii ki 4G gibi cep telefonu ağları. Bunların her biri farklı bir frekansta çalışır ve farklı bant genişliklerine sahiptir.
Ne yazık ki, bu sinyallerin hiçbiri toprak ve topraktan geçemez, bir tren tünelden geçtiğinde cep telefonu bağlantısının nasıl kesildiğini hepimiz çok iyi biliyoruz. Ancak, tünelin içinde zaten bir baz istasyonumuz olsaydı, radyo dalgalarının uzunluğu boyunca ilerlemesine izin verirdi.
Neyse ki, kanalizasyon boruları, en azından nispeten boş olduklarında, radyo dalgalarına tünellere çok benziyor. Pipebot’ları denetleyen kanalizasyonun her zaman kontrol merkeziyle bağlantısı olduğundan emin olmak için wifi ve Bluetooth’a benzer bir teknolojiyi uyarlıyoruz .
Su, radyo dalgalarını toprak ve topraktan bile daha fazla engeller. Aslında, yeterince yüksek frekanslarda bir ayna görevi görür . Bu yüzden su borularımızdaki robotların kontrolünde kalabilmek için hem ses hem de ışık kullanmamız gerekiyor.
Ses ve ışık
Ses ve ışık kullanan kablosuz iletişim yöntemleri henüz ticari olarak yaygın olarak mevcut değildir. Ancak araştırma camiasında dalgalar yaratıyorlar.
Bir yöntem olan görünür ışık iletişimi (VLC), LED’ler gibi küçük ve enerji açısından verimli olan ve ayrıca saniyede onlarca gigabit düzeyinde göz kamaştırıcı veri hızları sağlayan vericiler ve alıcılar kullanır . Bununla birlikte, ışık düz bir çizgide hareket ettiğinden, VLC yalnızca birbirine yakın robotların iletişim kurması gerektiğinde kullanılabilir. Olası bir çözüm, aynı boruda birçok robotun bulunması ve bilgilerin borulardaki kıvrımlar arasında dolaşabileceği bir zincirleme oluşturmaktır.
Ses ise borular boyunca kilometrelerce yol alabilir ve köşeleri kolaylıkla dolaşabilir. Dezavantajı ise hoparlörler ve mikrofonlar güç tüketebilir ve ses özellikle yüksek veri hızları sunmaz. 5G ve 5G sonrası teknoloji kullanılarak gönderilebilen saniyede birkaç milyar bit yerine , ses dalgaları saniyede yalnızca birkaç bit taşıyabilir . Bu, belirli bir robotun hala çalışıp çalışmadığını bilmek için yeterli olsa da, borular hakkında birçok yararlı bilgiyi iletmek yeterli olmayacaktır.
Radyo, ses veya ışık dalgalarından herhangi birini seçmek gibi bir durum olmayacak. Yeraltındaki minik yardımcılarımız için geliştirdiğimiz kablosuz iletişim ağı bu yöntemlerin bir kombinasyonunu kullanacak. Bu, robotların yapmaları gerekeni yapmalarını, onların kontrolünün bizde olmasını ve sözlerini yerine getirmelerini sağlayacaktır.
2024 yılına kadar gerçekçi bir ağda eksiksiz bir Pipebots sisteminin gösterilmesini umuyoruz. Bu başarılı olduğunda, Pipebot’ların canlı su ve kanalizasyon şebekelerinde güvenli bir şekilde konuşlandırılmasını sağlamak için kapsamlı bir sertifikasyon ve uyum sürecinden geçmemiz gerekecek.