כך יעבדו הרחפנים של יבמ שיתחזקו את גשרי הענק

במעבדות המחקר של יבמ בחיפה מפתחים את המוח של מערכת חדשה שנועדה לסייע לחברות ולממשלות בתחזוקת גשרים ומבני תשתית נוספים • כך יחליפו רחפנים את מטפסי ההרים שעד כה השתלשלו מגשרים כדי לצלם סדקים זעירים

הרחפן ליד גשר ארסונד בין שבדיה לדנמרק. לזהות סדקים זעירים / צילום: IBM Research
הרחפן ליד גשר ארסונד בין שבדיה לדנמרק. לזהות סדקים זעירים / צילום: IBM Research

ב-1 ביולי בשנת 2000, בתום חמש שנות עבודה, נפתח לתנועה מעל מצר ארסונד בין דנמרק לשבדיה גשר ארסונד. הגשר, שאורכו הכולל קצת פחות משמונה קילומטרים, הוא הארוך באירופה. זהו מבנה-על עם שתי מסילות רכבת וארבעה מסלולים למכוניות, מנהרה ואי מלאכותי. אתם אולי מכירים אותו מהסדרה הדנית "הגשר".

20 שנה לאחר שנבנה, כדי שהגשר לא יזדקן מהר מדי, מוכרחות להתבצע בו עבודות תחזוקה יסודיות ללא הפסקה. עד כמה ללא הפסקה? באוקטובר בשנה שעברה החלו עבודות הצביעה של הגשר, בשתי שכבות. העבודות יימשכו 13 שנה, וכשיסתיים הפרויקט בשנת 2032 - יתחילו מיד לצבוע אותו מחדש.

פרויקט הצביעה הזה הוא רק דוגמה אחת לנטל ההולך ונעשה כבד של תחזוקת תשתיות. חלק חשוב בתחזוקה הוא איתור ליקויים מראש. קריסת הגשר בגנואה שבאיטליה לפני כשנתיים הזכירה לכולנו את חשיבות איתור הליקויים.

איך מאתרים סדקים בגשר? עד כה זה נעשה באופן ידני, על ידי צלמים שנתלים בסנפלינג ומצלמים את הגשר נדבך-נדבך, במאמץ לאתר סדקים כשהם עוד קטנים ביותר - מילימטרים ספורים.

מדובר במשימה לא פשוטה. הצילום נמשך זמן רב והתלות בעבודה ידנית גורמת לכך שלא תמיד ברור היכן ומאיזו זווית ומרחק בדיוק צולמה התמונה. הצלמים סובלים מקשיים רבים גם בשל תנאי העבודה - רוחות עזות ורטיבות. לפעמים הדפים שבהם עורכים הצלמים רישומים פשוט עפים או נרטבים.

מערכת חדשה לרחפנים של ענקית הטכנולוגיה IBM, שמרכיבים מרכזיים בה מפותחים במעבדות החברה בחיפה, אמור לתת מענה לאתגרים הללו. זאת, תוך שימוש בטכנולוגיות המתקדמות ביותר של בינה מלאכותית (AI) לצורכי ניווט, ושל ראייה ממוחשבת לצורך ניתוח ועיבוד התמונות. הרחפנים עצמם הם מוצרי מדף.

המערכת כבר בשימוש של חברת התשתית Sund & Baelt, שמפעילה, בין היתר, את גשר ארסונד, ובונה את המנהרה השקועה הארוכה בעולם, באורך 18 ק"מ, בין דנמרק לגרמניה. באיטליה, IBM עובדת בשיתוף Autostrade per l'Italia כדי לנהל את התחזוקה של אלפי כבישים, גשרים ומנהרות ברחבי המדינה, בהיקף של 7.5 מיליארד אירו.

הרחפן מצלם, המעבדה מפענחת

המערכת שפיתחה יבמ משתמשת ברחפנים כדי להחליף חלק מהעבודה הידנית שמבוצעת כיום. החלק שבו נכנסת לתמונה המעבדה בחיפה, הוא מערכת המחשב שדואגת לנווט את הרחפן אל יעדיו באופן מדויק ואוטומטי. חלקה של המעבדה בציריך הוא לדאוג לפיענוח התמונות. שם אחראים על ניתוח התמונות בחיפוש אחר רמזים לסדקים הקטנים ביותר.

המערכת של יבמ נקראת IBM Maximo for Civil Infrastructure. הרחפן שהיא שולחת יוצא למשימה כשהוא כבר מכיר את הנכס - את המבנה והנקודות הקריטיות שבו, והוא גם אוטונומי לגמרי, כך שהוא יכול לשנות את המשימה אם הוא מזהה ממצא חריג. והכי חשוב: הוא מסיים בדיקה של גשר תוך יום אחד, בניגוד למטפסי ההרים שביצעו את המשימה באמצעות סנפלינג במשך כחודש ימים.

הרחפן תמיד ידע לגשת לנקודה ולצלם מאותה זווית ואותו מרחק כדי לאפשר דיוק מרבי ומעקב יעיל. המידע העשיר שמתקבל מאפשר לבנות לכל נכס תוכנית תחזוקה ויכולת חיזוי - איזה גשר צריך בדיקות תכופות ואיזה פחות, איפה צריך לטפל בכל סדק זעיר ואיפה יש פחות דחיפות לבצע זאת, למשל.

"עיבוד גם בזמן הרחפן טס"

בשיחה עם "גלובס" סיפרה נילי גיא (איפרגן), ראש צוות במעבדת המחקר של יבמ, כי הצוות בראשותה עובד על הפתרון כבר כארבע שנים. גיא אומרת כי "יש שתי דרכים לעשות עיבוד תמונה. אפשר שהרחפן יצלם ויאסוף את כל התמונות, ואז בינה מלאכותית תמצא סדקים בעיבוד אחרי הטיסה. דרך נוספת - מעניינת יותר - היא לעשות עיבוד של התמונות גם בזמן שהרחפן טס", אומרת גיא, "בזמן שהוא טס הוא מצלם ומעביר את המידע או למחשב על הרחפן עצמו, או לסמארטפון עם שבב בינה מלאכותית".

נילי גיא (איפרגן), ראש צוות ביבמ. "הרחפן יכול לשנות מסלול בזמן טיסה" / צילום: IBM
 נילי גיא (איפרגן), ראש צוות ביבמ. "הרחפן יכול לשנות מסלול בזמן טיסה" / צילום: IBM

במקרה של שימוש בטלפון, היא מסבירה, "הטלפון - 'מסתכל' על התמונות ואם הוא 'רואה' שיש בתמונה מסוימת, במיקום מסוים, בעיה כמו סדק חמור, אזי הוא 'יגיד' לג'ויסטיק של הרחפן - 'חזור לנקודה הזו שבה היה את הסדק ותצלם מעוד זוויות, או תתקרב אליו יותר'".

אף שהמשימה אינה קבועה מראש, הרחפן יודע את כל המיקומים, מסבירה גיא, "והוא יכול לשנות מסלול בזמן טיסה, בצורה דינמית לפי מה שהוא 'ראה'".

מה בעצם הייחוד של העבודה שלכם לעומת שירותים דומים של ניטור באמצעות רחפנים?
גיא: "היכולת לייצר אוטומטית סריקה של מבנה. הדיוק מאוד חשוב. יש חשיבות גדולה להבין איפה הסדק נמצא, לאן צריך להגיע. הכוונה בסדקים זה ממש למילימטרים בודדים או פחות".

לדבריה, "גם המבנים עצמם מסבכים את האתגר, משום שהם לא תמיד ישרים, ולעתים עמוסי מכשולים סביבם. יש רוחות שמזיזות את הרחפן וצריך לתקן את המסלול. זה אתגר לכשעצמו לפתח אלגוריתמים לניווט שיאפשרו לרחפן לבצע סריקה חוזרת, זאת אומרת לעשות את אותה סריקה שוב מחדש כדי להשוות תמונות. היכולת לחזור מאוד משמעותית".

רקע: העלויות הגבוהות של תחזוקת התשתיות

על פי דוח שפורסם בשנה שעברה, 47 אלף גשרים בעולם נחשבים "לקויים מבחינה מבנית". ברחבי העולם, מזג האוויר הופך אלים יותר והזדקנות התשתיות מאיימת על חיי היום יום. אבל התחזוקה השוטפת של התשתיות נדחית בגלל חוסר מימון והפניית התקציבים לאפיקים אחרים. התאחדות המהנדסים האזרחיים בארצות הברית העריכה כי נכון לשנת 2015, היה במדינה פער בשווי 2 טריליון דולר בהשקעות בתשתיות.

על רקע המשבר הכלכלי שהביאה הקורונה, בעולם מנסים למצוא דרכים שונות לאתחל את הצמיחה הכלכלית ואחד האפיקים יהיה בתחום חידוש התשתיות. האיחוד האירופי למשל הכריז לאחרונה על קרן הבראה בסך 750 מיליארד אירו והשווקים המתעוררים צפויים להשקיע 2.2 טריליון דולר בתשתיות בכל שנה במהלך 20 השנה הבאות. לכן במקביל מתעורר צורך הולך וגובר בפתרונות שיסייעו לקצר את לוחות הזמנים, לדייק את העבודה, וגם לחסוך בעלויות.

צרו איתנו קשר *5988