«Έξυπνο» ύφασμα βιολογικής προέλευσης με ενσωματωμένους αισθητήρες παρακολουθεί την κατάσταση των δρόμων

Disclaimer: Απαγορεύεται η αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, ολική, μερική ή περιληπτική ή κατά παράφραση ή διασκευή ή απόδοση του περιεχομένου του παρόντος διαδικτυακού τόπου με οποιονδήποτε τρόπο, χωρίς αναφορά στο RAWMATHUB.GR (με ενεργό link) ή χωρίς την προηγούμενη γραπτή άδεια του RAWMATHUB.GR. 

Στο μέλλον, οι ερευνητές ελπίζουν να επιτύχουν αξιολόγηση της κατάστασης των οδικών κατασκευών σε πραγματικό χρόνο. Αυτό θα είναι ακόμη μεγαλύτερο επίτευγμα καθώς οι δρόμοι υπόκεινται διαρκώς σε έντονη φθορά από την κυκλοφορία και τους περιβαλλοντικούς παράγοντες, προκαλώντας ρωγμές και άλλα ελαττώματα στην άσφαλτο αλλά και μικρορωγμές-ζημιές σε βαθύτερα στρώματα οι οποίες δεν μπορούν να ανιχνευθούν με γυμνό μάτι.

Αξίζει να αναφερθεί ότι η τρέχουσα διαδικασία αξιολόγησης της κατάστασης της ασφαλτικής βάσης περιλαμβάνει τη διάτρηση του οδοστρώματος για τη λήψη δείγματος. Η μέθοδος είναι καταστροφική και χρονοβόρα καθώς δημιουργεί οπές και απαιτεί κλεισίματα δρόμων. Αυτή η μέθοδος έχει νόημα για εξαιρετικά τοπική χρήση. Επιπλέον, σε ορισμένες περιπτώσεις, η διάτρηση είναι εκτεταμένη καθώς η πλήρης έκταση της ζημιάς συχνά δεν ανιχνεύεται εύκολα αλλά ούτε και έγκαιρα. Στη βάση όλων αυτών των δεδομένων, ήταν απόλυτα αναγκαίο να αναπτυχθεί μια πιο βιώσιμη και οικονομικά αποδοτική διαδικασία σχεδιασμού για την ανακατασκευή οδοστρώματος, με μακροπρόθεσμα αποτελέσματα και λιγότερες διαταραχές στην κυκλοφορία

Ερευνητές στο Fraunhofer Institute for Wood Research, Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) συνεργάστηκαν με εταίρους στο έργο SenAD2 (Machine learning-based degradation monitoring for asphalt roads), το οποίο χρηματοδοτείται από το German Federal Ministry of Transport, για να αντιμετωπίσουν αυτήν την πρόκληση. Οι εταίροι του έργου, εκτός από το Fraunhofer WKI, ήταν: Uhlig & Wehling GmbH Ingenieurgesellschaft (Επικεφαλής εταίρος), AS+BE Asphalt- und Betonstraßenbau GmbH, Time4Innovation UG, Magdeburg-Stendal University of Applied Sciences και Hochschule Hannover.

Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε ένα «έξυπνο» σύστημα μέτρησης και ανάλυσης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση της κατάστασης της ασφαλτικής βάσης μη καταστροφικά, σε μεγάλη περιοχή και σε συνεχή βάση, με σκοπό τη βελτίωση της ικανότητας των πολεοδόμων να αντιμετωπίζουν την ανακατασκευή των δρόμων.

Στο μέλλον, ο στόχος των ερευνητών είναι το σύστημα να καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό και την πρόβλεψη του επιπέδου υποβάθμισης που επηρεάζει τους ασφαλτοστρωμένους δρόμους. «Θέλουμε να μπορούμε να σχεδιάζουμε για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, να παρακολουθούμε συνεχώς τις αλλαγές στην κατάσταση του δρόμου και, σε αυτή τη βάση, να κάνουμε προβλέψεις και να τις ενσωματώνουμε στις δραστηριότητες διαχείρισης συντήρησης. Αυτό δεν θα κάνει τους δρόμους να διαρκούν περισσότερο, αλλά θα βελτιώσει τις προσπάθειες παρακολούθησης της κατάστασης τους», εξηγεί λέει η Christina Haxter, ερευνήτρια στο Fraunhofer WKI.

Οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα ύφασμα από ίνες λιναριού που διαθέτει σύρματα-αισθητήρες, διαμέτρου μικρότερης του 1mm, και είναι φθηνό στην κατασκευή του, επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μεγάλες επιφάνειες. Τα σύρματα ενσωματώνονται κατά τη διαδικασία ύφανσης στο ύφασμα, το οποίο είναι ιδιαίτερα ανθεκτικό στην ολίσθηση ή την μετατόπιση.

«Το ύφασμα πρέπει να σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να μην υπάρχει διάσπαση της δομής στην άσφαλτο. Οι αισθητήρες δεν πρέπει επίσης να υποστούν ζημιά ούτε κατά τη διαδικασία ύφανσης ούτε όταν το ύφασμα εισάγεται στο υπόστρωμα», εξηγεί ο Haxter. Επιπλέον, το ύφασμα πρέπει να αντέχει το βάρος των φορτηγών και των ασφαλτοστρωτήρων κατά τη διάρκεια των εργασιών κατασκευής. Το ύφασμα αισθητήρων παράγεται χρησιμοποιώντας μια διάταξη του Fraunhofer WKI.

Το ύφασμα παράγεται σε πλάτος 50cm, σε οποιοδήποτε επιθυμητό μήκος. «Το ύφασμα έχει σχεδιαστεί για να αντέχει στις κακουχίες της εγκατάστασης και στις περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως έδειξαν οι αρχικές μας δοκιμές», εξηγεί ο Haxter. Μόλις ενσωματωθεί στην άσφαλτο, οι αισθητήρες παρχέουν συνεχείς μετρήσεις, επιτρέποντας την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την εσωτερική κατάσταση της ασφαλτικής βάσης. Καθώς οι τάσεις που ασκούνται στους δρόμους δημιουργούν καταπόνηση στην ασφαλτική βάση, η οποία προκαλεί επίσης αλλαγές στην κατάσταση των ηλεκτρικά αγώγιμων αισθητήρων, το υλικό του αισθητήρα διαστέλλεται και αλλάζει και η ηλεκτρική του αντίσταση. Αυτό μπορεί να μετρηθεί και η αλλαγή στην αντίσταση μπορεί να οριστεί σε σχέση με τη ζημιά στη βασική ασφαλτική βάση ή με την κατάσταση του δρόμου. Το καλώδιο του αισθητήρα συνδέεται με μια μονάδα μέτρησης στην άκρη του δρόμου που αποθηκεύει τα δεδομένα και μεταφέρει τις πληροφορίες στο λογισμικό ανάλυσης.

Μια άλλη καινοτομία του έργου έγκειται στις μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση των δεδομένων από το στρώμα βάσης ασφάλτου. Οι ερευνητές ανέπτυξαν μεθόδους υπολογισμού που προσδιορίζουν την τρέχουσα κατάσταση της επιφάνειας του οδοστρώματος και επίσης προβλέπουν την αναμενόμενη εξέλιξη της ζημιάς. Σε αυτή τη βάση, οι φορείς που είναι υπεύθυνοι για την κατασκευή δρόμων μπορούν να ξεκινήσουν τα απαραίτητα μέτρα συντήρησης του οδικού δικτύου σε πρώιμο στάδιο και να τα ενσωματώσουν στον προγραμματισμό και τον οικονομικό τους σχεδιασμό.

Τα δεδομένα οπτικοποιούνται χρησιμοποιώντας μια διαδικτυακή πλατφόρμα με έναν πίνακα ελέγχου που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του έργου. Η πλατφόρμα αυτή θα χρησιμοποιείται για την συλλογή και ανάλυση όλων των σχετικών πληροφοριών και την παροχή τους σε κυβερνητικές υπηρεσίες, επιχειρήσεις, χρήστες του οδικού δικτύου και άλλα άτομα και οντότητες που επηρεάζονται από τις εργασίες κατασκευής και συντήρησης.

Μετά από μια επιτυχημένη αρχική σειρά εργαστηριακών δοκιμών, οι δοκιμές εκτελούνται τώρα με μια συσκευή επίδειξης σε ένα επίπεδο τμήμα δοκιμών δρόμου σε μια βιομηχανική ζώνη. Το ύφασμα αισθητήρων έχει εγκατασταθεί σε όλο το πλάτος του οδοστρώματος. Οι κόμβοι μέτρησης και ανάλυσης καταγράφουν τις αλλαγές στην αντίσταση στους αισθητήρες όταν ένα όχημα κινείται πάνω από τη συσκευή επίδειξης.

Με πληροφορίες από www.fraunhofer.de

credits εικόνας εξωφύλλου: © Fraunhofer WKI