Pesquisadores do Instituto de Robótica da Universidade Carnegie Mellon estão desenvolvendo um robô modular que pode rastejar dentro de dutos de gás natural para mapear onde estão os canos, detectar canos decrépitos ou com vazamento e, quando necessário, reparar o cano aplicando um revestimento de resina ao longo de sua parede interna.
“Nem sabemos onde estão todos os canos antigos”, diz Howie Choset, professor de Ciência da Computação Kavčić-Moura, que dirige o projeto no Laboratório de Biorobótica com o cientista pesquisador Lu Li.
Os espaços confinados das tubulações, em grande parte inacessíveis às pessoas, são um local natural para a implantação de robôs. Ao longo dos anos, os pesquisadores da CMU e as empresas spinout desenvolveram uma série de esquemas e robôs para inspecionar tubulações de esgoto, distribuição de gás e usinas de energia nuclear.
Choset, por exemplo, liderou um projeto de demonstração que enviou robôs parecidos com cobras para dentro das tubulações de uma usina nuclear desativada.
O projeto mais recente, quase concluído após três anos, inclui não apenas a inspeção robótica de tubulações de gás natural, mas também o reparo via robô.
É patrocinado pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) através da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada-Energia (ARPA-E) e seu programa de Encapsulamento Rápido de Oleodutos Evitando Substituição Intensiva (REPAIR).
O gás natural nos EUA chega a 75 milhões de lares e a mais de cinco milhões de clientes comerciais através de uma rede de 2,0 milhões de quilómetros de linhas principais de distribuição e 900.000 quilómetros de linhas de serviço, de acordo com o DOE.
Custa até US$ 10 milhões por milha para escavar e reparar essas linhas existentes. O programa REPAIR visa usar robôs e revestimentos inteligentes para construir novos tubos dentro de tubos com vazamento. Este processo – deixar os tubos no lugar e repará-los de dentro para fora – poderia reduzir drasticamente os custos, segundo estimativas do DOE.
O DOE deseja reparos que durem pelo menos 50 anos e está especialmente interessado na inspeção e reparo de tubos de ferro fundido e aço descoberto. Embora estes tubos tenham sido largamente suplantados por outros feitos de aço preto e outros materiais, ainda representam cerca de 3% da rede e são responsáveis por um número desproporcional de fugas e falhas.
O sistema robótico desenvolvido pela CMU poderá ser implantado em tubulações de qualquer material. Também é modular, portanto pode ser configurado para cada trabalho. Inclui um módulo de mobilidade que assenta sobre um par de rodas de duas polegadas, com uma terceira roda no topo do módulo.
Tanto a resina para consertar tubos quanto as baterias que alimentam o robô podem ser bastante pesadas, e as três rodas fornecem a tração necessária para que o módulo puxe até 60 libras de carga útil.
O sistema robótico não é particularmente rápido, mas pode inspecionar cerca de 14 quilômetros de tubos em oito horas. As operações de reparo precisam ser um pouco mais lentas, disse Lu, mas podem reabilitar cerca de 2,9 quilômetros de tubulação em oito horas.
“Acho que a resina é a verdadeira estrela do show”, diz Choset.
Desenvolvida pela Universidade de Illinois, a resina inicialmente tem a consistência de um sorvete cremoso, mas endurece em segundos depois de aplicada na parede do tubo.
Os pesquisadores da CMU desenvolveram um módulo de robô com um bico giratório que aplica resina como um cordão contínuo que espirala ao longo da parede do tubo à medida que o robô avança. Uma empresa do Colorado está em processo de comercialização da resina.
Além de um módulo de aplicação de resina, o sistema inclui um módulo de mapeamento, que possui sensor óptico de alta resolução.
O sensor examina a cor do tubo e usa um sistema de laser para fazer medições precisas dos defeitos do tubo para construir reconstruções tridimensionais. Os engenheiros no local de inspeção podem usar a realidade aumentada para encontrar e mapear conectores de superfície, soldas e identificar defeitos estruturais.
A inteligência artificial ajuda a avaliar os dados coletados pelo robô. Os robôs usam uma técnica chamada localização e mapeamento simultâneos (SLAM) para produzir mapas altamente detalhados dos tubos.
Os pesquisadores avaliaram seu sistema usando uma plataforma de testes construída pela Peoples Gas. O sistema robótico agora tem um alcance de 200 pés, disse Li, mas a meta final é de dois quilômetros (cerca de 6.500 pés).
Lu disse que a versão atual do robô foi projetada para tubos de 12 polegadas de diâmetro e uma versão para tubos de 6 polegadas está em desenvolvimento.
“Acreditamos que também podemos reduzir o tamanho para um diâmetro de 2 polegadas num futuro próximo”, diz Lu, mas será um desafio adicional. “Menor é mais difícil.”
