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Nos últimos anos, as inundações tornaram-se mais comuns e acidentes como formação de sumidouros surgiram devido a tubulações de água corroídas. Observa-se que os canos de água produzidos no Japão durante o período de crescimento econômico recorde estão agora se aproximando do fim de sua vida útil. Para diminuir esses incidentes, é vital detectar rapidamente o vazamento na tubulação de água. No entanto, o número de engenheiros experientes disponíveis está diminuindo com o declínio da taxa de natalidade e o envelhecimento da população, dificultando o tratamento dos vazamentos em tempo hábil.
Para resolver esse problema, a Hitachi desenvolveu um sensor de vibração ultrassensível proprietário ("sensor de detecção de vazamento de água"). O sensor é instalado em tubulações de água subterrâneas e detecta vibrações exclusivas de vazamentos, o que permite que áreas com suspeitas de vazamentos sejam identificadas remotamente. Masahiro Takeshima, da Divisão de Sistemas de Informação do Governo e Corporações Públicas da Hitachi, Ltd., que lidera este projeto de desenvolvimento, falou sobre os bastidores da criação deste sensor.
A primeira vez que Masahiro veio a saber sobre a Hitachi foi na escola primária, quando visitou uma fábrica na Província de Yamaguchi em que o pai de seu amigo estava trabalhando. Essa fábrica estava fabricando trens para o Tohoku Shinkansen, que ainda não haviam sido revelados publicamente. Os trens de cor verde fizeram seu coração palpitar, e ele se apaixonou pela Hitachi, pensando "A Hitachi é uma empresa tão legal!"
Ele pesquisou semicondutores na universidade e fez experiências com diodos emissores de luz azul. Ele começou a trabalhar na Hitachi em 1993 e, desde então, tem estado envolvido no lançamento de novos negócios. Ele participou de muitos projetos, incluindo um sistema de segurança para prisões que mostra a localização dos prisioneiros e sistemas de TI para mercados atacadistas.
Masahiro durante a entrevista
Masahiro se envolveu no desenvolvimento do sensor de detecção de vazamento de água em 2016, durante um projeto de treinamento interno para encontrar dicas para gerar novos negócios. O curso de treinamento abordou um tópico sobre a solução de problemas enfrentados por empresas de gás, departamentos de abastecimento de água e outros prestadores de serviços de infraestrutura, mas ele não tinha muita experiência com negócios de infraestrutura. Para entender mais sobre esse campo, ele visitou quase 20 empresas e governos locais durante o período de um mês para conversar com as pessoas na linha de frente de infraestrutura.
Masahiro diz: "Ao falar com os clientes com o propósito de vender um determinado produto, é comum dizer: 'Você precisa desse tipo de produto', mas eu disse a eles 'Diga-me o que quer que seja que você esteja enfrentando'. Isso me permitiu extrair seus verdadeiros sentimentos."
Masahiro conversou com muitos provedores de serviços de infraestrutura para descobrir novos problemas
Um dos lugares que ele visitou foi o Yokohama Waterworks Bureau. Lá, ele aprendeu que uma questão premente envolvia vazamentos de canos de água que estão se aproximando do fim de sua vida útil.
"Fiquei surpreso ao saber disso, pois simplesmente pensei que você vira a torneira e a água sai, e eu nunca tinha pensado sobre canos de água corroídos e vazando, então eu pensei que esta é uma situação terrível que deve ser resolvida."
Convencionalmente, os engenheiros usariam uma ferramenta chamada "detector acústico de vazamento de água" para ouvir vibrações em canos de água para determinar se havia algum vazamento nos tubos. No entanto, este método requer que o operador tenha conhecimento técnico para reconhecer o som de um vazamento, e o número de engenheiros com tal experiência vem declinando ao longo dos anos.
Masahiro diz: "Eu fui ao local e tentei ouvir vazamentos, mas eu não tinha ideia de qual som era o som de um vazamento. Senti que, se continuarmos a confiar nesses engenheiros veteranos, a detecção precoce de vazamentos de água se tornará cada vez mais difícil. Não só os clientes estão lutando com isso, mas também pensei que é um problema social que a Hitachi deveria tentar resolver."
Há canos de água enterrados no solo em todo o Japão, e é dito que eles cercariam a Terra 14 vezes se colocados um lado do outro. Esses tubos estão se deteriorando, e o número de engenheiros veteranos necessários para inspecioná-los também está diminuindo com o passar do tempo. Masahiro, que viu essa situação com seus próprios olhos, decidiu lançar um novo negócio que se concentra na detecção de vazamentos de água.
O primeiro método que Masahiro pensou para detectar vazamentos de água subterrânea foi desenvolver um sensor sensível que pode detectar vibrações minúsculas geradas por vazamentos. Foi nessa época que Masahiro aprendeu sobre um sensor para exploração de recursos subterrâneos que estava sendo desenvolvido em um projeto diferente, então ele pensou em aplicar esse sensor para detectar vibrações de vazamentos.
Sensores sensíveis: instalados em tubulações de água para detectar vibrações de vazamentos
Ele criou um protótipo e entrou em contato com vários departamentos de obras hidráulicas para colaborar com testes de prova de conceito (PoC), mas foi aí que ele encontrou um obstáculo: nenhuma obra hidráulica estava interessada em colaborar. Como o produto ainda não estava provado, todos lhe disseram que queriam vê-lo assim que estivesse totalmente pronto para uso.
Masahiro diz: "Várias empresas tentaram a detecção de vazamento do sensor no passado, mas fazer com que o sensor detectasse corretamente os vazamentos era difícil. Isso não se limita apenas aos canos de drenagem principais – detectar vazamentos em canos de fornecimento estreitos que escorrem dos tubos de drenagem também é extremamente difícil. Alguém em um departamento de abastecimento de água me disse: "A detecção de vazamentos é muito complicada e não é algo que pode ser realizado facilmente". No entanto, meu desejo de enfrentar esse desafio aumentou porque foi difícil."
Local de teste em terras agrícolas na província de Ibaraki, com canos de água criados pela equipe do projeto
Foi quando o pensamento de Masahiro mudou. Ele pensou que, se os departamentos de abastecimento de água não colaborassem com ele, ele faria seu próprio local de teste. Ele e sua equipe arrendaram terras agrícolas na Província de Ibaraki e instalaram cerca de 200 metros de tubos. Eles causaram danos aos tubos para gerar vazamentos artificiais e coletaram dados de vibração.
"Os dados de vibração que coletamos no local de teste eram apenas dados simulados. Mas era essencial que primeiro provássemos que poderíamos coletar esses dados, e eu pensei que, indo a essas distâncias para coletar dados, seríamos capazes de mostrar aos clientes que éramos sérios."
Enquanto Masahiro e sua equipe estavam coletando dados em seu local de teste autofabricado, um evento significativo ocorreu: a cidade de Kumamoto sofreu um grande terremoto em abril de 2016, fragilizando muitos canos de água.
Houve um rápido aumento nos problemas relacionados a vazamentos de água imediatamente após o terremoto, e a Cidade de Kumamoto estava ocupada lidando com isso. Quando Masahiro soube disso, ele queria usar o sensor que eles estavam aprimorando para detectar vazamentos e ajudar a área do desastre. Por isso, ele se aproximou do Departamento de Águas e Saneamento da Cidade de Kumamoto para ver se eles estariam interessados em testes de PoC.
Masahiro diz: "Eu sabia que tinha que fazer um experimento no mundo real. Como íamos usar um produto que ainda não era comercializado, o departamento realizou um conselho de revisão, no qual obtivemos aprovação para fazer testes de PoC."
Finalmente, os testes de PoC começaram no distrito comercial e nas áreas residenciais da cidade de Kumamoto em março de 2018, com vários sensores sendo instalados em canos de água. No entanto, eles não obtiveram os resultados que eles estavam esperando. Isso ocorreu porque os sensores detectaram erroneamente vibrações de fossas sépticas, água usada por hotéis, trens, pessoas andando e todos os tipos de outras vibrações. encontrados em um ambiente urbano.
Ao contrário do local de teste nas terras agrícolas em Ibaraki, a quantidade de ruído urbano foi maior do que eles esperavam. A razão pela qual a detecção de vazamentos de água com um sensor tem sido difícil há muito tempo era por causa da dificuldade em diferenciar vazamentos e outras vibrações.
"Foi chocante. A cidade estava banhada por ruído, e o desafio era como melhorar a precisão do sensor. Mas nunca pensei em desistir. Mesmo que desistíssemos no final, eu queria olhar minuciosamente para todos os ângulos primeiro."
Masahiro durante a entrevista
Masahiro e sua equipe caminharam por toda a cidade e coletaram amostras de várias vibrações. Quando eles obtiveram informações sobre um vazamento, eles imediatamente correram para o local e coletaram dados sobre as vibrações do vazamento. Eles então compararam as vibrações de um vazamento e as vibrações de outras fontes para esclarecer as diferenças.
Como resultado da análise de mais de 10.000 conjuntos de dados de vibração, eles identificaram com sucesso as características das vibrações causadas por vazamentos de água. Eles descobriram que as vibrações de vazamentos de água são contínuas, enquanto outras vibrações, como de trens, construção e pessoas andando, têm formas de onda descontínuas.
"Embora tenha sido extremamente difícil melhorar a precisão, senti fortemente que os falsos positivos devem ser reduzidos ao mais próximo de zero possível para a Hitachi comercializar o dispositivo. Primeiro, isolamos o ruído confuso e, em seguida, analisamos as diferenças com vibrações de vazamentos de água para melhorar o algoritmo."
Masahiro continuou a aumentar a precisão do sensor baseado nos dados coletados. O teste de PoC que eles realizaram na Cidade de Kumamoto descobriu 14 novos vazamentos. Os testes provaram que o sensor poderia identificar vazamentos com alta probabilidade e sem falsos positivos.
Como outros ficaram impressionados com esses resultados, o sensor de detecção de vazamento de água de Masahiro gradualmente ganhou atenção em todo o Japão, começando com os testes de PoC que começaram na Cidade de Fukuoka em outubro de 2021.
Masahiro concluiu dizendo: "Se alguém muda o pensamento de um problema que antes se pensava ser insolúvel, uma solução para o problema se apresenta. Depois de estar envolvido neste projeto, acredito firmemente que, se não houver precedente, então você mesmo deve criar um. Espero que o sensor de detecção de vazamento de água prolifere não apenas em todo o Japão, mas em todo o mundo no futuro."
