הרובוטים האלה לא מחורבנים. אבל הם כן מטפלים בשטויות שלך.

מהרובוטים שנכשלים באופן חרוץ בעבודתם ועד הרובוטים שמתמודדים עם השטויות המילוליות שלנו, Mashable's רובוטים מחורבנים צולל לתוך העולם המורכב של אוטומציה - לטוב או לרע או להרבה, הרבה לרע.

כשאני משקיף על נמל לוס אנג'לס עם מנופי המשלוח ודרכי המים שלו, אני חושב על 800,000 ליטרים של מים הדומים באיכותם למי שתייה השוכבים במיכלים מתחת לרגלי. פחות מ-24 שעות קודם לכן, זה היה מי ביוב גולמי שנכנס אלטרמינל איילנד טיוב מיםמפעל, שבו מהנדס הסביבה לאנס ת'יבודו מראה לי מסביב כדי שאוכל לראות את סינון ההייטק בפעולה.

מה איפשר את השינוי של המים? מערכות טיהור מתקדמות, המופעלות באופן קבוע ואוטומטי על ידי תוכנת מחשב מרכזית השוכנת במשרד קטן במרחק של כמה מאות מטרים משם.

בין חום, דינמיקת נוזלים, חיידקים וכוח הכבידה, לטבע יש כלים משלו לספיגה חוזרת בבטחה של פסולת אנושית בחזרה לסביבה. אבל כדי להאיץ את התהליך, לשמור על תפקוד המערכות, ואפילו לאסוף תובנות בריאותיות מהביוב שלנו, בני האדם יצרו מכונות המסוגלות לבצע אוטומציה ולנהל בצורה חכמה את התהליך הקריטי לחלוטין - אם כי לפעמים מסריח.

"מה שמפעל טיהור שפכים עושה זה להשתמש בתהליכים טבעיים, אבל להאיץ אותם", אמר ת'יבודו.

הרובוטים שמטפלים בקקי שלנו אינם מזן הג'טסון. הם מכשירים שיושבים על גבי מיכלי ביוב, ולוקחים דגימות באופן אוטומטי במרווחי זמן קבועים. הם זוחלים דרך צינורות כדי לקרצף הצטברות, מה שמבטיח זרימה חלקה. אלו מערכות מחשב שמכוונות את תפוקת המינרלים, מעמעמות או מבהירות את אור ה-UV ומכוונות את הלחץ בדוד כדי לשמור על איזון מערכות טיהור. הם מחלצים RNA מהפסולת של מעונות בקולג' כדי לזהות נוכחות של מחלה.

ובמישור של בריאות הציבור וגם בניהול סביבתי, הם קריטיים לחלוטין. ללא טיפול בשפכים מתקדם המופעל על ידי מחשב, "החלופה היא שלא יהיו מספיק מים כשהילדים שלנו יהיו מבוגרים", אמר Thibodeaux. "אז אנחנו צריכים להסתכל על שימוש חוזר במים ככל האפשר."

לאן הולך הקקי שלך, הרובוט יודע.

כמו ברוב מפעלי השפכים, מיכלים בצורת ביצה בגודל של מבנים רב-קומתיים, הנקראים מעכלים, שולטים בנוף כשאתם מתקרבים למפעל הטיוב המים של האי טרמינל. מעכלים הם המקום שבו כל הפסולת האנושית המסוננת הולכת להתחמם ו"לעוכל" על ידי חיידקים, וזו הסיבה שהם מאפיין כל כך איקוני ברוב האתרים.

המעכלים של טרמינל איילנד יושבים בצומת של הנתיבים הראשיים והביוסולידס בעלי השם המתאים. אבל יש הרבה יותר באתר, כולל מספר נתיבי מים, מיכלים וכל כך הרבה צינורות.

למפעל הטיוב המים בטרמינל איילנד יש שני חלקים עיקריים. הראשון הוא מפעל מסורתי לטיפול במים, שבו מסננים חומרים רעילים ומוצקים כדי שהמים יוכלו להשתחרר בחזרה לסביבה. השני הוא היהלום הטכנולוגי של מחלקת התברואה בלוס אנג'לס: מתקן טיהור המים המתקדם.

הושלם בשנת 2017, מתקן זה כרוך בתהליך נוסף בן שלושה שלבים (לאחר ניקוי מסורתי) שהופך את המים כך שצריך להוסיף מינרלים טהוריםבְּחֲזָרָהכדי להחזיר את איזון ה-pH. נכון לעכשיו, העיר משתמשת במיםכמחסום נוזלילשמור על שטיפת מי האוקיינוס ​​למי התהום במחסום גפר דומינגז בקליפורניה. הוא גם נמכר ללקוחות תעשייתיים וחקלאיים באזור הנמל של לוס אנג'לס כמקור אנרגיה ולהשקיית יבולים לא אנושיים.

נכון לעכשיו, מי השתייה בלוס אנג'לס מגיעים מהטבעאבל מתרוקן במהירותמקורות, כמו נהר הקולורדו. אבל אם ראש העיר אריק גרסי יקבל את דרכו, אנג'לנוס יעשה זאתכולם שותים מים ממוחזרים כמו אלה שיצר טרמינל איילנד עד 2035. נכון לעכשיו, המים הממוחזרים אינם מותרים לצריכה אנושית מכיוון שממשלות מקומיות לא קבעו תקנות ותקנים. Thibodeaux אמר כי ההדרכה העירונית נמצאת בעבודות, אבל מכשול נוסף הוא קמטוט האף הציבורי מהמחשבה על שתיית מי קקי בעבר.

"הלקוחות לא מוכנים", אמר ת'יבודו.

נציגי העירייה תיארו את טרמינל איילנד כמפעל ההייטק ביותר של לוס אנג'לס, אז חצי ציפיתי שלמערכת הסינון המתקדמת יהיו מכונות על גלגלים שיסובב ידיות, או שתציג בריכות עם רובוטים ששוחים מסביב ועושים את הקרצוף בעצמם. ולמעשה, ישנם כמה פרויקטים בודדים שיצרו רובוטים שעושים פיזית ניקוי ביוב וטיהור מים. חברות רובוטיקה פיתחו מכונות כאלהלזחול דרך צינורותכדי למנוע מהם להידבק. עיר בדנמרק שיתפה פעולה עם חברת רובוטיקהבשנת 2018לחקור מעקב אחר מזל"טים וניקוי אוטומטי של צמחים. בשנת 2012, עיר אחת באנגליה הצטרפה לבריסטול רובוטיקס כדי ליצור את"EcoBot III": רובוט שמטהר מים על ידי, על פי ZDNet, "קקי" את הפסולת.

עם זאת, אף אחד מהפרויקטים הללו לא השיג את קנה המידה הדרוש כדי להפוך את הפסולת של העיר למים. וזו הסיבה שהטכנולוגיה המניעה מפעלי טיהור כמו של טרמינל איילנד לא נראית כמו שדמיינתי. במקום זאת, יש קופסאות המכילות ציוד מדידה ובקרה אלקטרוניים בנקודות מפתח לאורך המפעל. כל אלה מפנים נתונים למערכת מחשוב מרכזית, שבה מהנדסים מפקחים ושולטים כל הזמן בחלקים נעים רגישים כדי לשמור על איזון המערכת העדינה.

בעיבוד פסולת מסורתית, הביוב יושב בנתיבי מים גדולים שבהם מסננים נעים איטיים סורקים את חלקיקי המים הלא-מים ששוקעים לתחתית וצפים למעלה. טיהור מתקדם לוקח את זה הרבה יותר רחוק.

תהליכים הנקראים מיקרו סינון, אוסמוזה הפוכה וחמצון מתקדם - אשר משתמשאור UV-C, סוג של קרינה אלקטרומגנטית עם אורך גל מסוים שהורג פתוגניםכולל וירוס קורונה- להביא את המים לרמת טוהר שהלקוחות יקבלו בתקווה בעשור הקרוב. בעיקרו של דבר, מים עוברים דרך מסננים עם פתחים כל כך קטנים שהם מונעים חלקיקים שלא ניתן לראות בעין בלתי מזוינת. בשלב הטיהור הסופי, הוא מקבל פיצוץ באור UV-C לניקוי סופי.

יש סעיף נפרד לכל שיטה במפעל. בקטע המיקרו-סינון, אלפי צינורות זעירים שנראים כמו בוקטיני מפלסטיק מתאספים יחד בצינור אחד ארוך. באוסמוזה הפוכה, צינורות מכילים שכבות ספיראליות של מסננים המאפשרות רק לחלקיקי מים לעבור דרכם. לבסוף, המים המטוהרים כפולים עוברים דרך מיכלים מנוקבים בנורות UV-C המאירות קרינה קוטלת פתוגנים דרך המים.

בכל שלוש המערכות, זרימה, קיבולת ולחץ צריכים להישמר ברמות עקביות. שני מהנדסים עוקבים אחר הכל מבניין משרדים בעל תקרה נמוכה במפעל. הם מסוגלים להציג ייצוג דיגיטלי של כל מיכל ונתיב מים במפעל, לפקוח עין על הקיבולת, להתאים בקרות, להעריך מתי משהו לא מסתדר, ולנתח מגמות מפתח ונקודות נתונים.

"צריך מערכת מחשוב כדי להפעיל אותה ולהיות מסוגלים לשמור על הפרמטרים שצריך לעמוד בהם כדי שנוכל לייצר את איכות המים הנדרשת", אמר ת'יבודו. "יש הרבה שמערכת מחשב יכולה לעשות - כמו חזרתיות, יכולת לבצע התאמות באופן מיידי על סמך הנתונים שנכנסים - שאדם לא יכול".

כאשר ערים כמו לוס אנג'לס מקדמות יוזמות ירוקות במאמץ להילחם בשינויי האקלים, הצורך במים ממוחזרים ימשיך לגדול. Thibodeaux רואה את רמת האוטומציה באי טרמינל, ובמפעלים אחרים, רק מתרבה. חלק מעובדי המפעל מקווים שרובוטיקה תהפוך לחלק גדול עוד יותר ממפעלי תברואה: עמיתים הביעו בפני Thibodeaux שהם מאוד רוצים שרובוטים לאיסוף דגימות ישתלטו על המשימה עתירת הזמן הזו. אבל אוטומציה של מפעל עירוני היא פחית התולעים שלו.

"יהיו לך הרבה אנשים שיצטרכו למצוא עבודה אחרת", אמר ת'יבודו. "אלה עוד כמה מכשולים, במיוחד בעירייה, שצריך לטפל בהם. אני חושב שזה יטופל. זה פשוט לוקח זמן".

זהב נוזלי

קצת יותר מ-100 מייל דרומית לאי טרמינל, ישנם רובוטים שונים לדגימת קקי בעבודה קשה בקמפוס UC San Diego. זה המקום שבו חוקרים, כולל מומחה להנדסת חיידקים והנדסה סביבתית, Smruthi Karthikeyan, החלו בשיטה אוטומטיתלחזות התפרצויות COVID-19ולזהות היכן יש צורך לפרוס בדיקות COVID מהירות - הכל על ידי ניטור הביוב.

כן, יש להרוויח מהפקת שפכים למחקר מדעי באותה מידה שיש להרוויח מסינון לטיהור מים.

Karthikeyan רצה למצוא דרך מהירה יותר (ופחות מביכה) לזהות נוכחות של COVID בביוב מאשר לקחת דגימות, לטהר אותן ולבדוק אותן ביד. ניטור שפכים הוא שיטה מדויקת לחזות התפרצויות, שכן וירוסים מופיעים בפסולת של אדם באותן רמות עומס ויראלי כמו בגופו. שפכים, אם כן, יכולים לחשוף נוכחות של וירוס עוד לפני שהתסמינים מתחילים להופיע.

בשיתוף עם ממשלת סן דייגו, Karthikeyan וצוותה הציבו דגמים אוטומטיים במפעל טיהור שפכים של פוינט לומה, ועל בורות ביוב סביב בתי ספר. הכיפות האלה בגובה של כמה מטרים יושבות על גבי נקודות גישה לביוב, כמו בורות ביוב, ומפילות מיכל דגימה לתוך הביוב במרווחי זמן קבועים ושומרות אותו בתוך הכיפה שלה כדי שהחוקרים יבואו לאסוף. המכונות מתעדות את השעה והמיקום בצורה דיגיטלית, ויוצרות תיעוד אוטומטי של מתי נלקחו דגימות ומאיפה - נקודת נתונים מרכזית למטרה הסופית של בדיקות COVID.

האוטומציה אפשרה לחוקרים לקחת במהירות ובדייקנות דגימות שהם יכלו לבדוק ל-COVID. אם הדגימה הצביעה על עלייה במקרי COVID, פקידי העירייה יוכלו להגביר את הקריאות לבדיקות ומעקב קהילתי. זה איפשר להם לעצור את ההתפרצויות לפני שהן החמירו.

"השתמשנו בשפכים כפונדקאית כדי לעקוב אחר המקרים של המחוז", אמר קרתיקיין. "נוכל למעשה לחזות כיצד ייראו מקרים מחוזיים בשבוע הבא. זה ייתן למחוז התחלה טובה של שבוע אחד בהתמקדות בבדיקות או באמצעי מניעה".

הצלחתה של תוכנית החיזוי בסיוע לפקידי בריאות הציבור לקבל קפיצה על התפרצויות גרמה לקרתיקיין לרצות לצלול אפילו יותר עמוק. היא פנתה למערכת הביוב של UCSD, המוגדרת כך שלמעונות יש קווים משלהם המגיעים מבניינים בודדים. בהצבת רובוטי דוגמי הביוב לפי מעונות בודדים, הצוות של Karthikeyan יכול היה לפקח על COVID על בסיס בניין אחר בניין.

עם זאת, מטרת הניטור בקמפוס לא הייתה רק לחזות פריצות. זה היה כדי למנוע אותם. הרעיון היה לזהות אם אפילו אדם אחד היה חיובי ל-COVID במעונות של 500 אנשים, כך שהמעונות כולו יוכל להיבדק מיד והבידוד יוכל להתחיל לפני שאדם בכלל ידע שהוא חולה.

כדי לזהות רמות נמוכות כל כך של נגיף הקורונה לפני שהנגיף יכל להתפשט, הדגימה והבדיקות היו צריכים להיות מדויקים במיוחד ומהירים להפליא. במיוחד כשמטפלים בקקי, אלו שתי דרישות שבני אדם לא תמיד יכולים להשיג. אז קרתיקיאן פנה לרובוט מסוג אחר.

מעבדות מדעיות משתמשות ברובוטים הנקראים "דוגמי נוזלים" כדי לבצע בדיקות DNA או בדיקות היי-טק אחרות. הם יכולים לחלץ אוטומטית מדגימות נוזליות כל מה שהם צריכים - DNA, RNA או חלקיקים אחרים - שזה יהיה מאוד אינטנסיבי לעשות ביד.

למרות שנועדו למטרות בתוליות יותר, חשב קארתיקיאן, מדוע לא להשתמש בהם לביוב?

"בהתחלה זה היה כמו חילול הקודש", אמר קרתיקיין. אבל השיטה השתלמה. "כשעבדתי דגימות לא יכולתי לעשות יותר משש או שבע דגימות ביום. וזה היה יום ארוך מאוד. עכשיו אנחנו עושים למעלה מ-120 דגימות".

Karthikeyan היה צריך לשנות את המכונות לעבוד עם ביוב. המכונות היו מחדירות לנוזל חלקיקים מגנטיים קטנים. המגנטים האלה ימשכו את חלקיקי ה-RNA שיחשפו בסופו של דבר את נוכחותו של COVID או לא. לאחר מכן הצליח דוגם הנוזל לחלץ את המגנטים עם חומר ה-RNA השימושי מהביוב. וזהו, לרובוט הייתה דגימה מוכנה לבדיקת COVID.

לאחר שרובוט דגימת הנוזל עשה את עבודתו, קרתיקיין הצליח להעביר את הדגימות הללו למכונה שביצעה "בדיקת PCR". בדיקת PCR היא תהליך המעבדה המזהה מחלות, כולל COVID, על ידי זיהוי והגדלה של הסימן הקל ביותר ל-RNA של המחלה. ריבוי הדגימות המרוכזות ביותר אפשרו את הדיוק לזהות אפילו את הרמז הקטן ביותר ל-COVID - אדם אחד נגוע בבניין של 500 איש.

בגלל האוטומציה הראשונית והמעקב אחר איסוף דגימות ברמת הביוב, המעבדה יכלה לדעת באיזה בניין נמצא מישהו שהיה חיובי ל-COVID. למרות שזה לא יכול היה לדעת מי אותו אדם, תושבים בבניין שבו מישהו נדבק התבקשו לבצע בדיקת COVID באמצעות אפליקציית מעקב אחר אנשי קשר של UCSD. תושבים יכלו לבצע את הבדיקות הללו על ידי יציאה למכונה אוטומטית בלובי שהפיצה בדיקות DIY COVID, עם קופסה שימושית להגשת דוגמאות. ניתן היה לזהות ולבודד תושבים חיוביים ל-COVID תוך מספר שעות.

הבא לתוכנית? רצף ה-DNA בדגימות כדי לזהות זנים של COVID.

כשקרתיקיאן הסבירה לי את תוכנית מעקב הביוב שלה, חשבתי על תחילת המגיפה, כשאיתור מגע ובידוד עובדתי עדיין נראו כאפשרות. כמובן, אז המגיפה חשפה עד כמה הממשלה האמריקנית הייתה חסרת צוות ולא מוכנה למגיפה המונית, והרעיון לתפוס התפרצות לפני שהיא התחילה נראה מגוחך.

במספר ערים ברחבי הארץ, כולל סן דייגו, מסתכל על הביובהיה וממשיך להיות, נקודת אור לחיזוי. המכשול הגדול ביותר הוא האופי הגוזל והעמל של זה.

"מי שפכים הם תהליך ידני מעורב במיוחד", אמר קרתיקיין. "אתה תצטרך לחפור בערימות של שטויות. תרתי משמע."

ובכל זאת, Karthikeyan הראה שזה אפשרי. ועם רובוטים שפועלים גם כדי לטהר מים למען הפלנטה שלנו וגם לכרות את הביוב שלנו בשם בריאות הציבור, העתיד שלנו לא נראה כל כך מחורבן בכלל.

עדכון: 3 במאי 2021, בשעה 14:57 EDTמאמר זה עודכן כדי להבהיר פרטים על השותפות של חוקרי UCSD עם המחוז. היא דגמה שפכים ממפעל פוינט לומה, ומבתי ספר באזור. גם מאמר זה תוקן: דגמי נוזלים אספו RNA לבדיקת COVID - לא DNA, כפי שנאמר בעבר. Mashable מתחרט על השגיאה.