城市陷入老化，桥梁、工厂、隧道和高速公路亟待维修，机器人被前所未有地投入使用。这些机器人会飞、会走、会游泳、会爬，能够利用新型传感器和人工智能发现问题，有时还能解决问题。


文章摘要

1. 城市老化问题严重，需要大量机器人进行维修和保养。

2. 这些机器人具备多种功能，包括飞行、行走、游泳和爬行，能够发现和解决问题。

3. 科技公司正在加紧研发机器人技术，以解决城市基础设施老化问题。

4. 壳牌公司利用机器人进行工厂设施的检查和维修，提高了工作效率和安全性。

5. 基础设施的维护对于社会经济发展至关重要，但人们对其重要性的认识还不够。

越来越多的科技公司正在加紧解决一个显而易见的大问题：各地价值数万亿美元的桥梁、隧道和厂房都面临老化问题。

那些最重要的基础设施——从管道和工业厂房到船舶和吊桥——正在慢慢地分崩离析，这促使美国土木工程师协会在最新报告中仅给该国的基础设施打了“C-”评分。

原因是多方面的。我们的星球被无情的液体和气体混合物所覆盖，它们永远都在试图从原子层面拆解我们以及我们所建造的一切。氧气让我们得以生存，但它也很容易起反应，易于与金属和大多数其他建筑业所需的东西发生化学反应。由此产生生锈、保护涂层氧化、物体着火等问题。

此外，海浪、风以及随季节变化而产生的热胀冷缩现象会侵蚀破坏钢铁和混凝土。这可能会带来毁灭性的后果，就在美国总统拜登计划在匹兹堡发表关于国家基础设施状况的演讲前几个小时，佛罗里达州萨弗赛德的一栋公寓楼发生倒塌，匹兹堡一座桥梁坍塌。

佛罗里达州的尚普兰塔南公寓（Champlain Towers South）老化了数十年，最终于2021年倒塌，这是美国历史上最致命的建筑倒塌事故之一

管道、安全壳、工字钢和活动部件都发生故障，最终回到它们原来的基本状态。气候变化和日益增多的极端天气事件正在加速这一过程。

正如作家 Kurt Vonnegut 曾经写到的那样，也许最大的挑战在于“每个人都想建造些什么，却没有人愿意维护”。


让机器人来吧

在密西西比河东岸，距路易斯安那州巴吞鲁日市东南 20 英里处，壳牌美国公司自 1967 年起就开始经营 Geismar 化工厂。在那里，该公司生产用于合成纤维织物、洗涤剂、塑料容器等产品的工业化学品。

直到最近，由于需要检查该老化工厂的设施，壳牌不得不完全关闭受影响的厂房区域。然后，该公司让工人冒着生命危险攀爬该庞大工厂的各个角落，检查每一寸地方。

壳牌的机器人工程师 Steven Treviño 称，如今，壳牌可以让工厂继续运转，让维修人员在地面上注意保持安全距离，因为他们可以操控爬墙机器人，以毫米级的分辨率对钢铁储罐等进行检查。借助各种传感器，机器人可以同时探寻存在腐蚀和开裂的地方。这有助于团队缩短工厂完全停机时必须处理的事项清单。

壳牌公司正在使用的磁吸爬墙机器人是由总部位于匹兹堡的初创公司 Gecko Robotics 生产的。在 Geismar 工厂测试完 Gecko 机器人后，壳牌计划将其应用到海上设施。

匹兹堡初创公司 Gecko Robotics 打造的 TOKA5 机器人让工人不必冒生命危险就能检查工厂设施

Treviño 在谈到他的检查和维护技术团队时表示，“可以把我们看作是工地和设备的医生。就像医生一样，我们对病人进行无损检测，然后决定接下来该怎么做——是什么都不做，还是开点处方？”

壳牌维持其庞大基础设施正常运转的方法，体现了各种军事和民用基础设施维护的大趋势。西门子能源公司（Siemens Energy）董事总经理 Adam Middleton 说，整个检查维护行业正在逐步转型，从按照既定时间表进行维护，转变为利用一套全新的工具，提前找出需要修理的地方。

Treviño 表示，这些工具包括会飞、会行走、会游泳和会爬行的机器人和各种新型传感器，以及处理传感器所收集数据并据此做出预测的人工智能技术。

总部位于加州圣马特奥的无人机公司 Skydio 首席执行官 Adam Bry 表示，“我认为，令人着迷的一点是，我们的世界运转所依赖的基础设施有很多是数字技术尚未触及的。”

Skydio 最近关闭了消费级无人机业务，专心服务企业客户。这些客户包括遍布全美 35 个州的 80 多家公用事业公司、交通运输机构以及石油和天然气公司（包括壳牌美国公司）。它们都使用 Skydio 的无人机对部分关键基础设施进行定期检查，如变电站、输电线、桥梁、厂房等。

对于无人机来说，这类检查都是利用我们手机上的摄像头来自动进行视觉检查。图像可以输入机器学习系统（也被称为人工智能），经过训练，该系统可用来检测损坏情况。

与此同时，这些无人机能够以三维形式精确绘制物体的表面。由此产生一个超逼真的模型，让人类可以坐在舒适的办公室里“检查”它，同时也可以通过人工智能来标记任何可疑的地方。

Treviño 称，当下的转变是从基于时间的检查转向基于风险的检查。Bry将其称为向基于状况的维护的转变。他补充道，不管你如何描述它，“这都是关乎了解资产的状况，而不是按照时间表进行维护”。


大自然是残酷的

与金融科技、房地产科技和所有其他引人注目的细分“科技”不同，“维护科技”目前还不是一个备受吹捧的新热词。也许人们应该多去鼓吹，毕竟它对我们日常生活十分重要。

在过去的 50 年里，人们对腐蚀的直接成本进行了大量的研究。最近一次研究是在 2013 年，但这些研究总是得出同样的数字——占 GDP 的 3% 到 4%。其他研究估计，如果算上间接成本，腐蚀的总成本大约是这个数字的两倍。全球来说，这意味着腐蚀每年给人类造成数万亿美元的损失。

Skydio无人机正在检查一座桥梁

Gecko Robotics 首席执行官 Jake Loosararian 说道，“腐蚀有数百种类型，我们一直在开发技术和软件来辨别正在发生的损害类型。”Gecko 最初是一家机器人公司，但后来扩张到开发软件来处理其机器人收集的数据。这家初创公司打造的系统目前用于跟踪全球超过 6 万项资产，包括发电厂、管道、炼油厂、水坝、海军舰艇和其他军事装备。


强大的机器人越来越小

说到检查，Skydio 的 Bry 说，“你需要的数据往往就在眼前，只是很难收集”。

收集这些数据的工作越来越多地落到了会爬、会飞、会游的机器人身上。

比如 Gecko Robotics 的磁吸爬墙机器人，还有 Skydio 可飞到任何地方的小型自动化无人机。水下机器人技术也发生了类似的演变——只是水下环境在某些方面更具挑战性。

VideoRay 公司高管 Brad Clause 说，VideoRay 从事水下机器人制造已有 20 多年。

在水下环境中，没有全球定位系统（GPS），就无法进行卫星通信。因此，VideoRay 花了数十年时间进行这一领域的研究，以开发支持水下操作、可替代原有技术的技术。部分研究由美国海军资助，但大部分是由远程操控工具的最大客户——海上石油工业——资助。

导航方面，有类似于地面应答器的水下声学定位技术。通信方面则有声学调制解调器。在检测裂缝和腐蚀方面，遥控机器人可以借助摄像头和超声波厚度传感器——但前提是机器人必须足够强大，能够抵御强大的水流，导航也必须足够精确，从而能够尽可能接近目标物体。水下环境的腐蚀要远远快于陆地环境中的腐蚀——在陆地上，检查人员会担心油漆是否受损，而在水中，他们则会观察结构的厚度，从而确定它们的溶解速度。

VideoRay 最新一代的遥控机器人重 38 磅（约 34.5 斤），可由一人携带。这样，它就可以快速地运送到任何地方，而不像可能重达数吨的旧式机器人那样，需要庞大的支持人员团队、起重机和船只来运送。

Skydio 无人机也非常小巧——重量不到 3 磅（约 2.7 斤），宽度不到 2 英尺（约 60.1 厘米）。小尺寸设计至关重要，由于足够小巧，它们能够在室内外灵活飞行，将摄像头对准要检查的建筑物。

“我们的技术是实现数字化的第一步”，Skydio 的 Bry 说，“无人机在检查物体方面是一个非常强大的工具，因为它们几乎可以到达任何地方。”

Anybotics公司的四足机器人在工业设施中进行自动检查时，可以配上摄像头、热传感器和电子“鼻子”

地面机器人方面，诸如苏黎世公司 Anybotics 的四足机器人 ANYmal 的机器人设计灵感来自狗，其功能性类似于大约中等体型的狗，人能去的地方它们都能去——包括上下楼梯。借助摄像头、激光、热传感器甚至电子“鼻子”，它们可以自动检查工业设施。

另外，Invert Robotics 发明的机器人重量不到 11 磅（约 10 斤），大小和大公文包一样，可以利用微型吸盘吸附在几乎任何光滑的表面上，就像章鱼手臂上的吸盘一样。因此，它能够到达制药工厂的反应罐内部、飞机外部等地方，从而进行腐蚀、化学污染和生物污染方面的细微检查。


机器人铆工

一旦问题得到评估，机器人也就可以越来越多地承担起人类曾经承担的修复工作。

Greensea 制造的水下机器人可以擦洗船底，以防止藤壶、管虫和其他泥状物（另称为“污垢”）积聚，这些东西会迫使船只多消耗 20% 的燃料才能到达目的地。通常情况下，清理一艘船需要一群人类潜水员——如果船况特别糟糕，还需要动用干船坞。

Greensea的船体擦洗机器人可以由船上的船员操控

Greensea 首席执行官 Ben Kinnaman 表示，Greensea 不出售这些机器人，而是提供付费服务，来保证为客户将船体清洗干净。客户可以选择将机器人带上船，也可以在进港时进行清洗。

Greensea 还解释称，围绕使用机器人进行检查和使用软件处理检查结果，已经形成了一个相互重合的企业生态系统。除了擦洗船体的机器人以外，该公司还开发了 Opensea 软件平台。该平台于 2006 年开始开发。Kinnaman 说，Opensea 软件是运行 VideoRay 水下机器人的软件，它也应用于其他数十家制造商的水下机器人。


最难的是等待

对于能源公司而言，停电每年会造成数十亿美元的收入损失和额外成本。西门子能源公司的 Middleton 称，在这种情况下，升级公司的检查维护系统确实很快就能回本。

然而，问题在于，拥有庞大基础设施的企业、政府和军队已经有了自己的维护系统。而这些系统依赖于习惯于以某种方式做事的人。

Middleton 说，“老实说，这类机器人技术普及的最大障碍可能是人。例如，如果人们觉得这种技术冲击了他们的专业优势，那么让他们理解和欣赏它可能会十分困难。”