Мы полагаемся на 3500 швейцарских автомобильных мостов — плюс еще тысячи на кантональных дорогах — чтобы безопасно перевезти нас через долины, ручьи, реки и другие дороги. У большинства этих мостов есть два общих фактора: они необходимы для транспортной инфраструктуры Швейцарии и сделаны из железобетона. Этот материал делает их безопасными и прочными — до начала коррозии.
Коррозия ставит под угрозу инфраструктуру Швейцарии
Коррозия возникает, когда хлорид проникает из противообледенительной соли и разрушает арматурную сталь внутри бетона или когда CO2 из атмосферы снижает обычно высокий pH бетона. Повреждения со временем усугубляются и часто видны только на очень поздней стадии.
В долгосрочной перспективе это может поставить под угрозу удобство использования и безопасность мостов и других несущих конструкций из железобетона. Кроме того, восстановление этих мостов обходится очень дорого: чем больше ущерб от коррозии, тем дороже ремонтные работы. «Кроме того, многим мостам в Швейцарии уже более 50 лет, что делает коррозию все более серьезной проблемой для инфраструктуры Швейцарии», — объясняет Бернхард Эльзенер, профессор Института строительных материалов ETH Zurich.
Вот почему 25 лет назад профессор Эльзенер и группа исследователей разработали технологию для выявления коррозии на ранней стадии, прикрепив электрод к колесу и катая им по поверхности железобетона.
Датчик измеряет разность электрических потенциалов в железобетоне — большие различия означают, что арматура уже начала корродировать в этих областях. Данные передаются на компьютер и затем анализируются.
По словам Эльзенера, эта технология для измерения потенциального отклонения уже долгое время успешно используется при обследовании мостов. Но остается одна проблема: «Колесный электрод прикреплен к палке, и его нужно крутить вручную.
Это означает, что многие участки, такие как опорные столбы и нижняя сторона высоких мостов, находятся вне досягаемости."
Обнаружение коррозии с помощью робота
Для решения этой проблемы Институт строительных материалов объединил усилия с Институтом робототехники и интеллектуальных систем и сформировал проектную группу, в которую также вошли Бернхард Эльзенер, Алексис Лейббрандт, Оливер Глаузер, Ули Ангст и Роберт Флатт из Института строительных материалов. в роли Жиля Капрари из лаборатории автономных систем ETH Zurich. Цель заключалась в разработке робота, который мог бы обнаруживать коррозию во всех областях, в том числе в местах, недоступных для людей, и на самой ранней стадии.
Исследователям не пришлось долго искать решение: «Четыре года назад студенты одного из наших целевых проектов разработали робота, который может перемещаться не только по земле, но также по стенам и потолкам. Это сделало его идеальным для нашего проекта », — объясняет Роланд Сигварт, профессор Института робототехники и интеллектуальных систем и вице-президент по исследованиям и корпоративным отношениям ETH Zurich.
Движение робота основано на технологии Vortex, в которой пропеллер прикреплен к нижней части робота.
Пропеллер вращается достаточно быстро, чтобы подвижная присоска могла прикрепить робота к стенам и потолку, где он затем может использовать свои колеса для перемещения по этим поверхностям. Робот управляется с помощью пульта дистанционного управления или компьютера.
Paraswift сейчас C2D2
"Робот изначально назывался Paraswift и был разработан для использования компанией Disney. Когда к роботу прикреплена камера, он может легко снимать комнату со всех сторон », — объясняет Сигварт. Для нового проекта команда переименовала Paraswift в C2D2 (Climbing Corrosion Detecting Device) и модифицировала его для использования в качестве детектора коррозии: «Мы сделали корпус и колеса более прочными и внедрили технологию идентификации коррозии», — объясняет Эльзенер. возглавляя проект.
Электрод расположен на нижней стороне робота и измеряет разность потенциалов железобетона, пока робот движется по конструкции. Затем специалист анализирует собранные данные.
Инженеры также прикрепили розовый шар к верхней части C2D2, чтобы камерам было проще его обнаруживать, а исследователям — контролировать и определять его местонахождение. Этот мяч содержит дополнительную камеру, которая записывает окружающую обстановку и позволяет роботу идентифицировать любые потенциальные препятствия и избегать их.
Успешные начальные испытания
Команда надеется, что к концу проекта в середине 2015 года робот сможет самостоятельно определять и преодолевать такие препятствия. Исследователи также намерены заменить ручное управление C2D2 навигационной системой, которая сделает робота автономным, и в настоящее время они работают над программным обеспечением, которое будет анализировать большую часть данных.
Команда проекта запатентовала робота в 2012 году.
Компании, заинтересованные в лицензии, могут обратиться в ETH Transfer, офис передачи технологий в ETH Zurich. C2D2 уже зарекомендовал себя во время испытаний на различных мостах в Швейцарии. Теперь инженерам осталось только оптимизировать робота для использования на вертикальных поверхностях.
Они проведут еще тесты до конца проекта. Федеральное дорожное управление (FEDRO), которое финансирует проект, на основе этих результатов примет решение, следует ли использовать C2D2 для регулярных проверок мостов в будущем.
Это то, что Elsener определенно рекомендует: «C2D2 может помочь создать безопасную и устойчивую инфраструктуру при относительно низких затратах — это было мотивацией проекта."
C2D2 получил награду в категории «Продление срока службы» на международном конкурсе Concrete Innovation Conference (COIN) 13 июня 2014 г. Конкурс проводился впервые в этом году.
