I sistemi idrici di tutto il mondo sono sotto stress. Ogni anno, le tubazioni diventano più vecchie mentre la popolazione aumenta e altri edifici vengono costruiti. Negli Stati Uniti, migliaia di miliardi di galloni di acqua potabile vengono sprecati a causa di perdite e rotture, e il costo potenziale delle riparazioni è sbalorditivo: 625 miliardi di dollari nei prossimi 20 anni solo per riparare le reti idriche in difficoltà del paese.
Il cambiamento climatico non farà che peggiorare la situazione, perché l'accesso all'acqua pulita è già diventato un problema globale urgente. Quest'anno i rubinetti di Johannesburg sono rimasti a secco, mentre Città del Messico sta perdendo fino al 40% dell'acqua a causa di tubazioni e collegamenti fatiscenti.
Ma la speranza è all'orizzonte. Le aziende di progettazione e produzione di tutto il mondo rispondono ai gravi problemi ambientali facendo della sostenibilità una priorità. In base al rapporto 2024 State of Design & Make (inglese) di Autodesk, il 97% delle aziende di tutti i settori sta adottando misure per migliorare la sostenibilità. Utilizzano la tecnologia per raggiungere obiettivi ambientali, creando così opportunità per sviluppare soluzioni innovative e costruire nuove imprese.
La startup francese ACWA Robotics è una di queste aziende. Affronta le sfide critiche del settore idrico sviluppando soluzioni robotiche in grado di esplorare i sistemi di tubazioni per raccogliere dati e garantire una gestione dell'acqua più efficiente.
Una visione per migliorare i sistemi idrici
Il robot subacqueo autonomo di ACWA è pronto per essere caricato in un ambiente di prova che simula le condizioni all'interno di una tubazione del sistema idrico. Immagine per gentile concessione di ACWA Robotics.
"ACWA è l'acronimo di Autonomous Clean Water Appliance", afferma Jean-François Guiderdoni, Amministratore delegato di ACWA Robotics. "In tutto il mondo, 40 milioni di chilometri di tubazioni portano acqua pulita ad edifici, case e imprese. Perdiamo in media dal 20% al 40% dell'acqua trasportata da questa spina dorsale della distribuzione idrica. Si tratta di una quantità enorme e il problema è dovuto alle condizioni delle tubazioni."
Per migliorare la situazione, le aziende idriche devono rinnovare, riparare e sostituire un numero maggiore di tubazioni per ridurre le perdite di acqua. Tuttavia, come sottolinea Guiderdoni, "poiché l'intera infrastruttura è stata installata molto tempo fa ed è interrata, non sanno esattamente dove e quando dovrebbero procedere con il rinnovo."
Per fornire agli operatori dei sistemi idrici le informazioni necessarie, ACWA Robotics ha sviluppato un robot modulare articolato in grado di navigare autonomamente per chilometri all'interno delle tubazioni, senza interrompere l'erogazione dell'acqua. Il robot si muove attraverso curve e angoli mentre molteplici sensori raccolgono dati per individuare le aree deboli, le posizioni delle perdite e, più in generale, identificare i punti critici, consentendo così alle aziende idriche di adottare misure efficienti.
I robot intelligenti arrivano dove gli ingegneri non possono
Il robot si muove sott'acqua attraverso una tubazione, raccogliendo dati sullo stato delle tubazioni e sui potenziali punti critici. Immagine per gentile concessione di ACWA Robotics.
L'obiettivo dei robot intelligenti per le tubazioni dell'azienda è quello di raccogliere un set completo di dati sullo stato della rete idrica. "Ci occupiamo delle tubazioni più grandi, quelle che si chiamano condotte principali o dorsali", racconta Guiderdoni. "Queste sono le condotte strategiche che, quando si rompono, possono creare problemi a un'intera città o quartiere, generando enormi perdite economiche e bloccando completamente le attività."
I robot raccolgono metriche come il diametro delle tubazioni, lo spessore residuo in diversi punti e le aree soggette a corrosione, utilizzando immagini ad alta definizione e un'ampia gamma di tecnologie di test non distruttivi (NDT). Oltre ad eseguire valutazioni sullo stato delle tubazioni, i robot di ACWA possono raccogliere dati su temperatura dell'acqua, pH, velocità del flusso e torbidità in aree inaccessibili ai sensori fissi, contribuendo così a migliorare la qualità e le prestazioni del sistema idrico.
Il percorso del robot lungo la tubazione viene definito prima dell'inizio dell'operazione. I punti vengono georeferenziati in base a longitudine, latitudine ed elevazione sul livello del mare e l'azienda afferma che sarà in grado di calibrare la posizione con un margine di errore di 40 cm. Dopo aver completato la sua missione, il robot ritorna al punto di ingresso o ad un'area di uscita predefinita.
Realizzare il robot
Un rendering del robot articolato mostra come si piega per attraversare una tubazione idrica. Immagine per gentile concessione di ACWA Robotics.
Fin dall'inizio, la sfida di ACWA è stata progettare un'unità compatta e flessibile, in grado di navigare all'interno delle tubazioni dei sistemi idrici, abbastanza piccola da consentire il flusso dell'acqua senza interruzioni, ma sufficientemente grande da ospitare i sistemi necessari per la raccolta dei dati.
"L'azienda si è affidata ad Autodesk Fusion per dare vita al suo robot, il cui corpo principale è realizzato in alluminio e assemblato con 250 componenti." Le uniche parti preassemblate sono motori, cuscinetti a sfera, guarnizioni per alberi, dadi, bulloni e batterie. Tutto il resto è progettato specificamente per il robot.
Il gruppo di progettazione del robot è diviso in due team, uno per la progettazione meccanica e uno per l'elettronica. Fusion ha consentito ad entrambi i team di collaborare senza problemi e creare cianografie 2D e 3D, immagini renderizzate in 3D, nonché schede di circuito, schede elettroniche e componenti meccanici personalizzati. I team utilizzano Fusion Simulation Extension (.it) per condurre e raccogliere analisi precise delle simulazioni termiche e di sollecitazione.
Raggiungere l'indipendenza tramite l'IA
ACWA Robotics ha testato il suo robot autonomo in simulazioni di condizioni estreme, spingendo la pressione dell'acqua fino a 250 PSI e la velocità del flusso fino a 1,5 m/s. Immagine per gentile concessione di ACWA Robotics.
I dati raccolti dai robot che si spostano all'interno delle tubazioni, oltre a permettere l'individuazione delle perdite, forniscono anche una valutazione strutturale delle tubazioni. "Siamo in grado di indicare ai clienti dove ci sono forti corrosioni, giunzioni difettose o crepe nelle tubazioni di cemento", afferma Guiderdoni, aggiungendo che queste informazioni permettono "di intervenire prima che si verifichi una perdita."
Le informazioni sulla valutazione strutturale possono fornire "una serie di indicazioni che aiuteranno i gestori a decidere dove intervenire per una riparazione, dove non è necessario alcun intervento o dove occorre sostituire una tubazione subito o magari tra due, tre, quattro o cinque anni", racconta. "L'obiettivo finale è quello di fornire all'azienda una visione molto chiara delle condizioni della tubazione e di come dovrebbe investire il suo denaro."
Le future fasi di sviluppo prevedono che i robot di ACWA vengano dotati di capacità di intelligenza artificiale (IA) per migliorare la raccolta dei dati. "L'intelligenza artificiale permetterà ai robot di adattarsi in modo dinamico durante le loro missioni", afferma. "Ad esempio, un robot potrebbe scattare foto all'interno di una condotta dell'acqua. Potrebbe rilevare una crepa e analizzarla più da vicino nel caso in cui avesse caratteristiche precise di forma e lunghezza. Questo è solo uno dei modi in cui l'intelligenza artificiale può contribuire proattivamente alla manutenzione delle tubazioni, raccogliendo nel contempo dati più accurati."
L'attenzione alla sostenibilità attrae nuovi talenti
I lavoratori implementano un progetto pilota di un prototipo di robot con Aqua Publica, l'azienda idrica di Bastia, città in cui ACWA è stata fondata, in Corsica. Immagine per gentile concessione di ACWA Robotics.
Mentre la tecnologia di ACWA Robotics continua ad evolversi, il reclutamento di talenti qualificati rappresenta una preoccupazione costante per l'azienda, così come per molte imprese che operano nel settore della progettazione e produzione (inglese). "Trovare e trattenere i talenti è una sfida, soprattutto per gli ingegneri", afferma Guiderdoni. "Per noi è fondamentale trovare la persona giusta."
Tuttavia, lo scopo fondamentale di ACWA, ovvero quello di affrontare le questioni critiche legate alla sostenibilità, rappresenta un vantaggio per l'azienda quando deve attirare nuovi dipendenti. In base al rapporto State of Design & Make, il 72% dei leader aziendali (inglese) considera la sostenibilità uno dei principali fattori di fidelizzazione dei talenti.
Guiderdoni osserva che i giovani dipendenti sono motivati non solo dalla retribuzione e da un lavoro stimolante, ma anche dalla sensazione di poter influire positivamente sul mondo che li circonda. "C'è una nuova generazione di persone che vuole lavorare sulla sostenibilità e fare la differenza", afferma. "Se da un lato le persone che lavorano con noi possono avere difficoltà con la tecnologia, dall'altro hanno la netta percezione dell'impatto che produce il loro impegno. Sanno di non essere solo un ingranaggio in un meccanismo."
Dalla goccia al torrente
Oggi i gestori dei sistemi idrici devono affrontare sfide sempre più urgenti legate ai rifiuti, alla mancanza di consapevolezza e persino all'indolenza che spesso porta a rimandare le decisioni sugli investimenti infrastrutturali.
"Nel settore idrico, le cose cambiano lentamente", afferma Guiderdoni. "Stiamo introducendo nuove tecnologie in un ambiente riluttante al cambiamento, anche se oggi c'è una forte spinta verso l'adozione di soluzioni più moderne e innovative. In passato, un'azienda idrica avrebbe potuto dire: "Beh, ci sarà sempre qualche perdita d'acqua. Se c'è un problema, aumenteremo il prezzo." Ora le aziende stanno scoprendo che il prezzo ha raggiunto il limite e i costi sono aumentati e stanno quindi iniziando a puntare maggiormente sulle prestazioni."
"Le sollecitazioni verso una maggiore sostenibilità sono numerose, ad esempio la pressione mediatica, quella aziendale, le nuove regole e gli incentivi della Commissione Europea o dei governi. Governi ed aziende ora riconoscono il grande potenziale economico della sostenibilità. Sta effettivamente creando valore e generando un circolo virtuoso."
- Jean-François Guiderdoni, Amministratore delegato, ACWA Robotics
Anche la pressione per agire in modo più consapevole dal punto di vista ambientale sta aumentando. In base al rapporto State of Design & Make, quattro aziende su cinque sono motivate ad adottare misure di sostenibilità (inglese) dalle richieste dei soggetti coinvolti a tutti i livelli. "Le sollecitazioni verso una maggiore sostenibilità sono numerose, ad esempio la pressione mediatica, quella aziendale, le nuove regole e gli incentivi della Commissione Europea o dei governi", racconta Guiderdoni. "Governi ed aziende stanno riconoscendo il grande potenziale economico della sostenibilità. Sta effettivamente creando valore e generando un circolo virtuoso."
Mentre le aziende idriche devono affrontare una domanda crescente resa più urgente dai cambiamenti climatici, è fondamentale massimizzare il valore delle risorse esistenti, in linea con un principio chiave della sostenibilità. Guiderdoni fa notare che le recenti interruzioni del settore hanno incluso un'ondata di nuove tecnologie per trovare in modo intelligente e accurato le perdite nelle tubazioni dell'acqua. "Ciò che guiderà la fase successiva è la gestione delle risorse. Questo significa intervenire prima che le tubazioni si rompano", afferma. "Le persone sono sempre più consapevoli che l'acqua, e in particolare le infrastrutture di distribuzione, devono essere gestite rapidamente. Sono emozionato all'idea di poter fare la differenza e dimostrare che saremo in grado di aiutare le aziende idriche ad attuare cambiamenti nei prossimi anni."
Informazioni su Mark de Wolf
Mark de Wolf è un giornalista freelance e un copywriter pluripremiato, specializzato in servizi relativi alla tecnologia. Nato a Toronto. Cresciuto a Londra. Residente a Zurigo. Contattalo sul sito markdewolf.com.