Di seluruh Amerika Serikat bagian utara dan Kanada, pemilik rumah sedang memeriksa blower salju mereka, menimbun kayu bakar dan mengeringkan pipa-pipa luar ruangan sebagai persiapan untuk cuaca dingin. Namun, bagi pemerintah kota, pipa air kedap musim dingin tidak mudah — pipa-pipa itu merentang panjang di bawah tanah, dan kali ini, tanah beku dan perbedaan suhu menyebabkan retakan-retakan halus berkembang menjadi kebocoran besar, sering kali dengan hasil yang menghancurkan.
Anda melihat artikel-artikel berita dari waktu ke waktu tentang lubang-lubang pembuangan dan sumber air utama, tetapi masalahnya sebenarnya jauh lebih luas, berbahaya dan berdampak daripada jurang yang aneh di jalan kota.
Perhimpunan Insinyur Sipil Amerika memperkirakan dalam Kartu Laporan Infrastruktur 2017 bahwa 240.000 pemecah air utama terjadi setiap tahun di AS, dengan 2 triliun galon air minum yang diolah keluar. Ini berarti 14 hingga 18 persen air yang diolah setiap hari hilang, cukup untuk melayani 15 juta rumah. Dan itu memburuk; sebuah studi tahun 2018 dari Utah State University menemukan bahwa pipa pecah di AS dan Kanada telah naik 27 persen dalam enam tahun terakhir. Selain itu, tagihan air yang dibayarkan oleh pelanggan tidak cukup untuk mendanai infrastruktur air, dan American Water Works Association memperkirakan harga $ 1 triliun untuk memperbaikinya. Di banyak negara berkembang, masalahnya lebih buruk; perkiraan konservatif Bank Dunia menunjukkan 35 persen air yang dimasukkan ke dalam sistem distribusi mungkin hilang di 44 negara yang mereka periksa. Nilai sekitar $ 14 miliar hilang per tahun di seluruh dunia.
Kebalikannya, kebocoran kecil (kurang dari 10 galon per menit) bahkan tidak disebut kebocoran, dan tidak diperhitungkan dengan angka 240.000 dari ASCE. Retakan yang lebih kecil dan sulit ditemukan ini disebut "kebocoran potensial" —dapat disebut kebocoran, retakan harus melepaskan air yang cukup sehingga terlihat dari tanah. Tapi kebocoran potensial menjadi kebocoran, dan kebocoran menjadi pecah, dan jutaan galon (dan dolar) merembes atau menuangkan ke tanah.
Apa yang harus dilakukan kota?
Praktik terbaik menurut American Water Works Association dimulai dengan audit air, menghitung jumlah air yang akan melakukan perjalanan melalui sistem yang idealnya efisien, dan membandingkannya dengan jumlah yang benar-benar digunakan oleh konsumen, yang dikenal sebagai "air pendapatan."
"Efisiensi air adalah segmen industri yang berkembang cukup baik, di mana Anda ingin memantau kinerja sistem Anda sehubungan dengan pendapatan dan air non-pendapatan, " kata Dennis Mutti, presiden C3 Water, yang bekerja dengan kota di Ontario barat daya untuk merencanakan dan mengoptimalkan sistem air, termasuk air minum dan air limbah.
Hasil audit itu memberi gambaran pada kota-kota berapa banyak air yang hilang. Untuk mengurangi itu, mereka sering menyewa kontraktor untuk mencari kebocoran. Secara konvensional, deteksi kebocoran melibatkan menunggu bukti yang terlihat itu, atau secara sistematis memeriksa seluruh sistem, membuka hidran atau menggali pipa untuk menempatkan sensor pendengaran pada mereka dengan harapan mendengar kebocoran.
Ratusan mil terpisah, dua penemu yang berbeda memusatkan perhatian pada kebocoran yang semakin kecil dengan dua cara yang sangat berbeda. Seseorang mendengarkan, dengan hati-hati dan dengan bantuan kecerdasan buatan, untuk perubahan halus dalam suara air mengalir; yang lain menggunakan robot lunak untuk dengan hati-hati merasakan tarikan lembut yang dibuat oleh perbedaan tekanan dari kebocoran kecil. Masing-masing telah bermitra dengan berbagai kotamadya, dan masing-masing berniat untuk menyelamatkan sebagian dari jutaan galon itu untuk melarikan diri ke tanah.
Ketika You Wu tumbuh di Shanghai, sekali seminggu pada hari Kamis, lingkungannya akan mematikan air bagi warganya, sebagai cara untuk melestarikan dan mencegah kekurangan air. "Mereka menutup air untuk komunitas saya, yang mempengaruhi mungkin seperempat juta orang hingga setengah juta orang, " kata Wu, yang pindah ke AS pada 2008 dan menghadiri MIT. “Saya merasa seperti kami adalah warga negara yang hebat, kami membantu kota menghemat air. Pada saat saya datang ke MIT, saya menyadari, tunggu sebentar, kami menghemat air, tetapi pada saat yang sama, 20 hingga 30 persen air bersih hilang karena kebocoran dalam sistem yang sama. ”
Dia mulai main-main dengan sensor, bertanya-tanya apakah ada cara yang lebih baik untuk menemukan kebocoran sebelum cukup buruk untuk didengar — atau seperti yang dilakukan beberapa kota, menunggu sampai pipa-pipa terbuka sepenuhnya. Lebih dari enam tahun ia bekerja di proyek itu, mendirikan sebuah perusahaan, Menara Pengawal Robotika, setelah lulus. Perusahaan itu baru saja memulai program percontohan untuk menggunakan prototipe ketiga Wu, robot lunak bulutangkis berbentuk burung bernama Mercusuar yang menyelinap melalui pipa dengan aliran air. Saat bergerak, sensor-sensor fleksibel memonitor serangkaian sirip di dasar robot untuk tunda kecil yang terjadi saat melewati perbedaan tekanan yang dibentuk oleh kebocoran. Akhirnya muncul dari hidran hilir, dan operator menggunakan data untuk menghitung di mana kebocoran mungkin. Untuk proses ini, Wu telah memperoleh 10 paten, dan perusahaannya melisensikannya dari MIT. Perangkat dapat mendeteksi kebocoran sekecil 1 galon per menit
Saat Mercusuar berjalan, sensor-sensor fleksibel memonitor set sirip di dasar robot untuk kapal tunda kecil yang terjadi saat melewati perbedaan tekanan yang dibentuk oleh kebocoran. (Atas perkenan para peneliti) Di utara yang beku — Waterloo, Ontario — sekelompok peneliti memodifikasi metode yang lebih tradisional, mendengarkan kebocoran dengan bantuan kecerdasan buatan. Seperti Robotika Menara Pengawal, tujuannya adalah untuk mengidentifikasi kebocoran yang semakin kecil. Ini terlalu kecil untuk dideteksi melalui perubahan tekanan, dan sulit untuk membedakan dari kebisingan latar belakang, yang ada banyak ketika Anda memompa banyak air melalui pipa. Bahkan, tidak sepenuhnya akurat untuk mengatakan bahwa mereka mendengarkan sama sekali. Perangkat mereka, yang dijelaskan dalam artikel terbaru di Urban Water Journal, ditenggelamkan ke dalam air di bawah hidran kebakaran dan menggunakan sensor hidrofonik untuk memantau getaran di dalam air untuk apa pun yang tidak biasa. Melalui proses yang disebut analisis spektrum sinyal, AI secara matematis mendekonstruksi sinyal menjadi komponen, dan membandingkannya dengan getaran yang tidak bocor.
"Jika Anda melihat sinyal mentah atau keseluruhan, Anda tidak dapat membedakan antara [suara bocor dan tidak bocor] dengan sangat mudah, " kata Roya Cody, mahasiswa University of Waterloo PhD yang menulis artikel Urban Water Journal . "Tetapi jika Anda melihat subkomponen, kebocoran dan kasus ambien terlihat sangat berbeda."
Untuk melatih AI ini - yaitu, untuk memberikan dasar untuk skenario bocor dan tidak bocor yang dapat dibandingkan - para peneliti membangun jaringan pipa PVC berdiameter 6 inci di lab mereka, lengkap dengan persimpangan-T, hidran kebakaran dan kebocoran yang disimulasikan terletak pada berbagai jarak dari mikrofon. Mereka menghubungkannya langsung ke sistem air kota Waterloo, yang beroperasi pada 50 pound per inci persegi.
Hasilnya adalah sistem yang dapat diimplementasikan secara permanen, berjalan di latar belakang dan menawarkan peringatan ketika pipa dikompromikan; hidrofon dalam hidran tetap ada dan beroperasi terus-menerus, daripada harus ditempatkan dan dioperasikan untuk mencari kebocoran.
Membandingkan robotnya dengan Waterloo's AI, Wu menunjukkan berbagai kasus penggunaan penting untuk teknologi. Dalam sistem perkotaan, kepadatan pipa dan jaringan yang kompleks cocok untuk perangkat mendengarkan, terutama dengan bantuan kecerdasan komputer, yang dapat membantu menganalisis data daripada mengandalkan hanya pada teknisi yang terlatih. Tetapi pindah ke pinggiran kota atau daerah pedesaan, dan pipa-pipa panjang - kadang-kadang hanya beberapa rumah lebih dari satu mil perpipaan - akan membutuhkan terlalu banyak hidrofon untuk praktis. Robotnya bersinar di sini; letakkan saja dalam hidran, dan ambil kembali, bermil-mil di telepon.
The James Dyson Award menamakan Mercusuar sebagai Pemenang Nasional AS pada tahun 2018. (Penghargaan Dyson) Para penemu sekarang berpartisipasi dalam uji coba dan kemitraan untuk memasukkan produk mereka dan membuat mereka siap untuk pasar. Perusahaan Mutti adalah mitra industri untuk University of Waterloo, dan membantu lab tersebut mendapatkan hibah strategis dari Dewan Riset Ilmu Pengetahuan Alam dan Rekayasa Kanada untuk lebih mengembangkan teknologi dan mengujinya di Guelph, Ontario. Robotika Menara Pengawal, sementara itu, baru-baru ini menyelesaikan proyek percontohan pertamanya di Corydon, Indiana, dan merencanakan dua lagi di Boston dan San Antonio. Sukses bagi salah satu perusahaan akan berarti lebih sedikit jeda bencana dan lebih sedikit orang yang menggali pipa.
“Pada akhirnya, setiap istirahat yang terjadi ini membutuhkan orang sungguhan, seringkali dalam kondisi yang sangat tidak menyenangkan, untuk keluar, menggali, melakukan perbaikan, biasanya dalam waktu yang sangat singkat, ” kata Mutti. “Semakin banyak hal yang dapat kita lakukan untuk membuatnya lebih mudah dan memberi mereka alat yang lebih baik untuk melakukannya dengan manfaat besar tidak hanya orang membayar tagihan air, tetapi untuk masyarakat pada umumnya.”
