美國卡內基梅隆大學機器人研究所的研究人員正在開發一種模塊化機器人，它可以匍匐在天然氣管道內部，繪制管道位置圖，檢測破損或泄漏的管道，并在必要時通過沿管道內壁涂抹樹脂涂層來修復管道。

卡夫奇奇-莫拉計算機科學教授豪伊-喬塞特（Howie Choset）說："我們甚至不知道所有的舊管道都在哪里。"他與研究科學家 Lu Li 一起在仿生機器人實驗室指導該項目。

人們基本上無法進入的管道密閉空間，是部署機器人的自然場所。多年來，卡內基梅隆大學的研究人員和衍生公司開發了許多用于檢查下水道、天然氣分配和核電站管道的方案和機器人。

例如，喬塞特領導了一個示范項目，將蛇形機器人送入一座停產核電站的管道中。

最新項目歷時三年，現已接近尾聲，不僅包括天然氣管道的機器人檢查，還包括通過機器人進行維修。該項目由美國能源部（DOE）通過能源高級研究計劃局（ARPA-E）及其避免密集更換管道快速封裝（REPAIR）計劃贊助。據能源部稱，美國的天然氣通過 120 萬英里的輸氣干線和 90 萬英里的服務管線網絡輸送到 7500 萬戶家庭和 500 多萬商業用戶。

挖掘和修復這些現有線路的成本高達每英里 1000 萬美元。REPAIR 計劃旨在使用機器人和智能涂層在漏水的管道內建造新管道。據能源部估計，這一過程--將管道留在原處并從內向外修復--可大幅降低成本。

能源部希望維修后的管道至少能使用 50 年，并對鑄鐵管和裸鋼管的檢查和維修特別感興趣。雖然這些管道大部分已被黑鋼和其他材料制成的管道所取代，但它們仍占供水管網的 3%，并且造成了大量泄漏和故障。

卡內基梅隆大學機器人研究所正在開發的機器人系統可以部署在任何材料的管道中。它也是模塊化的，可以根據不同的工作進行配置。它包括一個移動模塊，模塊上有一對兩英寸的輪子，第三個輪子位于模塊頂部。

管道修復樹脂和為機器人提供動力的電池都很重，而三個輪子提供了必要的牽引力，使模塊能夠拉動重達 60 磅的有效載荷。機器人系統的速度并不是特別快，但它可以在八小時內檢查大約九英里長的管道。Lu 說，修復作業需要慢一點，但八小時內可以修復約 1.8 英里的管道。

"我認為樹脂才是真正的主角。"Choset 說。

這種樹脂由美國伊利諾伊大學開發，最初的稠度就像軟冰淇淋，但涂抹到管道壁上后幾秒鐘內就會變硬。

卡內基梅隆大學 的研究人員開發了一種帶有旋轉噴嘴的機器人模塊，可以將樹脂涂抹成連續的珠狀，隨著機器人的前進，樹脂會沿著管壁螺旋上升。科羅拉多州的一家公司正在將這種樹脂商業化。

除了樹脂涂敷模塊外，該系統還包括一個繪圖模塊，該模塊配有一個高分辨率光學傳感器。

該傳感器可檢測管道的顏色，并使用激光系統對管道缺陷進行精確測量，以建立三維重建。檢測現場的工程師可以使用增強現實技術查找和繪制表面接頭、焊縫并識別結構缺陷。

人工智能可幫助評估機器人收集的數據。機器人使用一種名為同步定位和繪圖（SLAM）的技術繪制高度詳細的管道地圖。

研究人員利用 Peoples Gas 公司搭建的試驗臺對系統進行了評估。李說，機器人系統目前的探測距離為 200 英尺，但最終目標是兩公里（約 6500 英尺）。

Lu 說，當前版本的機器人是為直徑 12 英寸的管道設計的，用于 6 英寸管道的版本正在開發中。

"我們相信，在不久的將來，我們還可以將尺寸縮小到 2 英寸直徑，但這將是一個額外的挑戰。越小越難。"