Czujniki przypominające skórę umożliwiają monitorowanie strukturalne infrastruktury transportowej
Pomimo rosnącej świadomości roli monitoringu stanu strukturalnego w utrzymaniu infrastrukturze transportowej, istniejące techniki nadal opierają się na czujnikach punktowych, nie zaś na przestrzennych. Tego rodzaju podejście wymaga wykorzystania sieci czujników punktowych, co znacząco zwiększa koszty monitoringu. Wydatki nie są jednak jedyną wadą takiego rozwiązania – istniejące tensometry nie są w stanie mierzyć naprężeń przekraczających 1-2 %, w związku z czym nie są w stanie ostrzegać nas o zbliżających się katastrofach. Próbę innowacyjnego rozwiązania tych problemów podjęli uczestnicy projektu SENSKIN, którzy opracowali łatwe w instalacji, tanie i energooszczędne dieleketryczno-elastomerowe tensometry, które mogą przekazywać zgromadzone dane bezprzewodowo. „Opracowane czujniki są pasywne, natomiast węzły są zasilane przy pomocy panelu fotowoltaicznego, który ładuje akumulator litowo-jonowy typu 18650 o pojemności 3 000 mAh”, wyjaśnia dr Angelos Amditis, dyrektor ds. badań w ICCS oraz koordynator projektu SENSKIN. Opracowane w ramach projektu czujniki są nie tylko tańsze, ale dodatkowo pozwalają nam wykrywać szerszy zakres naprężeń – od niewielkich, aż po ekstremalnie wysokie. Dzięki temu, że komunikacja pomiędzy czujnikiem i węzłem odbywa się bezprzewodowo, montaż czujników jest dużo prostszy i szybszy niż dotychczas. Krzem jest również tańszym materiałem wykorzystywanym do produkcji czujników.
Sieć odporna na opóźnienia
Wykorzystane w ramach projektu podejście opiera się na idei sieci odpornych na opóźnienia (DTN), a głównym założeniem jest możliwość dokonywania pomiarów w dowolnym momencie, niezależnie od warunków. Wykorzystane podejście umożliwia buforowanie zgromadzonych danych w przypadku utraty połączenia, a następnie przesyłanie ich po odzyskaniu łączności. Wykorzystywany model oparty na przechowywaniu i przesyłaniu danych w sieci DTN rozwiązuje problemy związane z przerwami w łączności i niedostatkami infrastruktury, a jednocześnie wspiera rozwój zaawansowanych podejść do routingu. System jest w stanie wykorzystywać węzły pośrednie w celu przesyłania danych z czujników w sytuacjach, gdy dany węzeł nie ma bezpośredniego połączenia z bramą. „W przypadku wystąpienia ekstremalnego zdarzenia, które wywoła sytuację kryzysową, dane zostaną zachowane dzięki tak zwanym protokołom komunikacji awaryjnej, a następnie przekazane do stacji przetwarzającej, bez utraty dostępności i dokładności”, wyjaśnia dr Amditis. Zespół opracował również system wspomagania decyzji, który ułatwia przeprowadzanie proaktywnych, uzależnionych od stanu i warunków prac konserwacyjnych przy obciążeniach eksploatacyjnych oraz po ekstremalnych zdarzeniach. „Pomiary przekazywane przez poszczególne czujniki określają stan infrastruktury – na przykład mostu – dzięki oznaczeniom kolorystycznym. Niebieski kolor oznacza dobry stan, żółty wskazuje na uszkodzenie, natomiast czerwony oznacza stan krytyczny. Ponadto moduły analizy kosztów cyklu życia oraz analizy cyklu życia przekazują sugestie dotyczące konserwacji i przewidywanych kosztów utrzymania w nadchodzących latach”, dodaje dr Amditis. Partnerzy skupieni wokół projektu SENSKIN prowadzą testy opracowanego przez siebie rozwiązania. Pierwszy test pilotażowy odbył się na pierwszym Moście Bosforskim w Stambule, gdzie zostały przeprowadzone próby elementów telekomunikacyjnych systemu oraz testy integracyjne. Drugie, główne badania pilotażowe zostały przeprowadzone w okresie od września 2018 do maja 2019 roku na moście G4 w Krystallopigi w Grecji. „Dzięki tym próbom udało nam się wprowadzić szereg istotnych usprawnień rozwiązania, a także szczegółowo przetestować czujniki i elementy telekomunikacyjne, które sprawdziły się doskonale. Opracowany w ramach projektu czujnik sprawdza się nieco słabiej w mierzeniu bardzo niskich naprężeń, ale z drugiej strony radzi sobie doskonale z mierzeniem bardzo dużych naprężeń, w przeciwieństwie do wykorzystywanych dotychczas czujników”, mówi dr Amditis. Przeprowadzony projekt był niezwykle złożony i wykorzystywał innowacyjne podejścia do zastosowania istniejących technologii. „Jestem najbardziej dumny z faktu, że za każdym razem, kiedy pojawiały się pozornie niemożliwe do pokonania przeszkody na drodze do realizacji tego projektu, nasze konsorcjum łączyło siły, pracowało na sto procent swoich możliwości i opracowywało rozwiązania pozwalające na rozwój rozwiązania i osiągnięcie pozytywnego rezultatu”, podsumowuje dr Amditis.
Słowa kluczowe
SENSKIN, monitorowanie stanu strukturalnego, czujniki przypominające skórę, infrastruktura, system wspomagania decyzji, sieć odporna na opóźnienia
