Абсолютен откат: роботите ще премахнат цялото замърсяване на околната среда

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Още от времето на Древна Гърция въпросът за отпадъците е бил остър. Един от подвизите на Херкулес - почистването на Авгиевите конюшни - вече беше по силите само на полубог в онези дни. В Йерусалим тази част от земята, където се изхвърляли боклуци и където се изгаряли боклуци, се наричала Огнена Геена, което по-късно става общото обозначение на ада.

През Средновековието боклукът и отпадните води се изхвърлят от прозорците директно на улицата, което причинява епидемии от болести като тиф и чума. След векове ние не изхвърляме боклука през прозорците, а го съхраняваме на сметища, а в някои страни го рециклираме.

Всяка година в света се създават 2 милиарда тона боклук. В Русия едно семейство изхвърля повече от 250 кг годишно, в резултат на което са натрупани 38 милиарда тона. По площ тя е 4 милиона хектара или само Швейцария. Разбира се, боклукът не се намира на едно място, а се разпределя на хиляди сметища, включително и незаконни. Най-масивните натрупвания на боклук са депа в Гуанджоу и Хонконг от сто хектара, сметище на електронни устройства Guiyu в Китай за 5, 2 хиляди хектара или Голямото петно за боклук в океана за 80 хиляди тона.

Боклукът в депата изгаря, причинявайки белодробни и очни проблеми или рак на местните жители. Боклукът се разлага, попада в почвата, растенията и подпочвените води и моретата. Рибите в морето ядат пластмаса, която се отлага в тъканите им и се озовава на нашата маса. Дори боклукът да е далече, той ни докосва.

Проблемът с боклука е глобален. Полубогът вече няма да й помага - роботи заеха неговото място. Може да са в състояние да се справят с милиарди тонове отпадъци, защото хората все още не го правят. Нека да разгледаме как роботите намират, събират боклука, контролират източниците на замърсяване и помагат на хората.

Роботи - причина и решение

Вече писахме за това как роботите помагат в продажбите и маркетинга: срещат гости в ресторанти, хотели, играят в представления и работят като промоутъри. Отдавна те заеха мястото на хората в производството. Те също са способни да унищожават боклука, но интересното е, че са пряко свързани с проблема с този боклук.

Масовата роботизация започва през 50-те и 60-те години на миналия век, когато се въвеждат индустриални роботи за производството на различни стоки: от автомобили до козметика. Отначало роботите извършваха прости операции, като щамповане на печати, след това по-сложни: рязане, заваряване и инсталиране на части. Сега вече работят напълно автоматизирани фабрики, където целият цикъл на производствените задачи е роботизиран.

Роботът не се уморява, не иска повишение, заплащане за отпуск и не стачкува, а ефективността е с порядък по-висока от тази на човек. Следователно, с пристигането на роботите, има повече стоки и услуги. Повече стоки - повече разходи за ресурси. Повече разходи за ресурси и стоки - повече боклук. Роботизацията прави производството по-евтино, създава повече продукти с добавена стойност и ускорява икономиката. Ако производството расте, нарастват и отпадъците от това производство.

Околната среда обаче не може да се ускори. Тя не може да се справи с настоящия боклук, какво да кажем за бъдещето? В природата просто няма механизми, бактерии или животни, които да обработват желязо, стъкло или петролни продукти. Преди няколко години бяха открити бактерии, които разлагат някои видове пластмаса, но много бавно – 1 милиметър за 30 седмици. На бактериите ще са необходими хиляди години, за да се справят с настоящия обем пластмаса, дори ако всички фабрики, произвеждащи нови, бъдат затворени.

Роботите са една от причините за проблемите с боклука, но те също могат да ни помогнат: събираме, сортираме, изхвърляме и рециклираме боклука.

Цикъл на боклука

Нека да разгледаме жизнения цикъл на боклука, къде роботите могат да се впишат във веригата и какво точно могат да правят.

Освен производството, животът на отпадъците е разделен на етапи:

колекция

Сортиране

Обработка

Изхвърляне

Сега всичко това се прави от хора. Събираме боклука в чували и го слагаме в кошчетата. В някои страни, като Швеция, Финландия или Швейцария, жителите са задължени по закон да сортират допълнително отпадъците в стъкло, пластмаса, органични вещества и други видове. След като боклукът влезе в кофата, той се взима от камион за боклук и се транспортира до разпределителен център, след това до депо или до завод за рециклиране на отпадъци.

Тази първа стъпка – събирането на боклука – може да бъде роботизирана.

Събиране и извозване на боклук

Машини за събиране на отпадъци

Първият етап от роботизацията на сметосъбиране е машините за събиране на отпадъци. Те вече са внедрени и работят в Швеция в супермаркети, аптеки и бензиностанции. Машините приемат дребни битови и вредни отпадъци: електрически крушки, батерии, лакове, лепила, бои, спрейове, стъклени съдове, кутии. Автоматът дава награда за получения боклук.

Така се решават две задачи. Първият е да научим хората с финансови стимули да не хвърлят боклука никъде. Второто е да автоматизираме по някакъв начин събирането на отпадъци.

Такива устройства все още се намират в Русия само в малък брой - например в магазините за здравословни храни VkusVill. От близо две години в магазините има контейнери за приемане на батерии. Всеки месец те събират почти 10 тона батерии, а магазинът харчи 700 хиляди рубли за изхвърляне на опасни отпадъци. Няма награда за дарени батерии, но и не е необходима – всичко работи на алтруизъм. Отделно има пандомати - устройства за приемане на пластмасови и алуминиеви бутилки.

Интелигентни контейнери за отпадъци

Съседите на шведите, холандците в Хага, също са поели по този път и въвеждат умни контейнери за боклук. Контейнерите имат сензори за пълнота. Информацията за това се предава на службата за събиране четири пъти на ден. Софтуерът в услугата анализира количеството боклук и изгражда график за събиране – всеки път маршрутът е различен, в зависимост от данните. Сметосъбирачите спестяват време и пари, като не събират полупразни кошчета, ненужно шофиране по маршрута и без да се забиват в задръствания. Освен това системата може да планира маршрут за следващия ден, като анализира данните за няколко дни.

Сензорите са в 1400 подземни контейнера за боклук в Хага. Производител е фирма Enevo от Финландия. Тя произвежда сензори и софтуер за анализ на отпадъци и работи в 35 страни. Внедряването на системата за държавни услуги и частни фирми показа, че автоматичното събиране е по-ефективно от ръчното. Компаниите спестяват 30% от разходите за събиране на отпадъци с помощта на сензори и софтуер. Спестяванията понякога могат да достигнат до 50%.

В Русия има аналог - устройство от компанията Wasteout. Това е устройство с вградени сензори: ултразвук, температура, наклон и радиомодул за предаване на данни за пълнотата на контейнера. Системата е подобна на Enovo, но измерванията се правят по различен начин, така че патентът не е нарушен. Устройствата за изхвърляне на отпадъци са инсталирани в Москва, Санкт Петербург и Калуга. В Перм те се използват от компанията Bumatika, която управлява депото. Устройствата са конфигурирани да работят при замръзване, топлина и са защитени от вандали.

Интелигентни камиони за боклук

Ако дадем „умни“контейнери за боклук, тогава защо да не направим същото с камионите за боклук? Изглежда като логична стъпка? Да, така е.

През 2017 г. две шведски компании, автомобилният гигант Volvo и компанията за извозване на отпадъци Renovo, стартираха съвместен проект ROAR - Autonomous Refuse handling, базиран на роботи или роботизиран камион за боклук.

Камионът за боклук се управлява от човек, но част от работата е автоматизирана. Нови маршрути се полагат от водача и колата ги помни. Следващия път колата ще кара до контейнерите сама с помощта на GPS, с минимален разход на гориво. Камионът за боклук помни местоположението на резервоари и други препятствия, може да се движи на заден ход и да обикаля паркирани коли. Има монтирани сензори и ако види котка, дете или друг движещ се обект на пътя, колата ще спре. Единственото нещо, което човек прави, е да управлява механизъм, който зарежда отпадъците в тялото.

Година по-рано същите камиони за боклук бяха оборудвани с дронове за наблюдение на натоварването на резервоара. Но проектът не беше разработен. Камион за боклук без дронове вече работи ефективно.

Почистване на реки и морета

Отделен въпрос е почистването на морета, реки и езера. Боклукът е по-труден за контрол във водата, отколкото на сушата. Теченията носят отпадъци на различни места, боклукът се натрупва на дъното или във водния стълб. Ако няма течение, тогава боклукът остава край брега и трябва да се отстрани ръчно.

Как ще се справят с това роботите? Да започнем с малко

Пристанища и крайбрежни зони

RanMarine разработи робота WasteShark, който ще плава в пристанища и крайбрежни райони и ще събира отпадъци, преди да навлязат в открития океан. WasteShark е плаваща пластмасова "кутия с уста" и електрически двигател. Кутията „гълта“боклука във водата и едновременно с това анализира качеството на водата, измерва температурата на морето и въздуха и предава тези данни „на брега“. Операторът на кутията коригира курса въз основа на данните.

WasteShark е тестван в Ротердам и сега събира боклука в Обединеното кралство и Дубай.

В бъдеще RanMarine планира да сглоби и пусне в морето голям робот Great Waste Shark. Той ще може да събира по 500 кг боклук наведнъж. Роботът ще се захранва от слънчеви панели и ще се движи в морето с помощта на навигатор.

Морета и езера

Подобно по функционалност устройство - Marine Drone - е разработено във Франция. Авторите (International School of Design) решиха да разглобят Голямото боклук. Marine Drone е подобен на WasteShark, но плува под вода. Роботът е като кошче за боклук с двигатели и батерии, което плава и улавя отпадъци автономно.

Роботът плува до мястото, където се събира боклука на кораба, след което се спуска и Marine Drone улавя пластмасови бутилки, торби, картон, като едновременно плаши рибите със звукови излъчватели. Когато кошът се напълни, роботът се връща на кораба, където събраните отпадъци се отстраняват и батериите се зареждат.

Още няколко разработки на морски почистващи препарати

• Row-Bot е малък британски робот, който премахва бактериите от водата. Тя черпи енергия от самите бактерии, която „усвоява“в себе си.

• Seasarm от САЩ - плаващ конвейер, който събира нефтопродукти от повърхността на водата.

• FRED от ClearBlueSea - 30-метрова платна платформа, която събира пластмаса в морето.

Голямо място за боклук

Премахването на крайбрежните блокажи на реки, морета и езера е сравнително проста задача. Просто в сравнение с Голямото петно за боклук. Това е най-голямото сметище в света – държава за боклук в средата на Тихия океан. Толкова е огромен, че изглежда скоро ще получи собствен флаг и място в ООН.

Най-често мястото се състои от пластмаса и риболовни мрежи. Пластмасата се разпада с течение на времето и под въздействието на солена вода, а след това на частици с размери от сантиметър до милиметър или по-малко. Частиците се суспендират във вода и образуват "пластмасова супа". Тази супа се храни с планктон, храни се с риба, а по-нататък по хранителната верига пластмасата стига до нашата маса.

Боян Слат, млад изобретател от Холандия, иска да разреши този проблем. Боян основа Ocean Cleanup, стартъп, чиято цел е да почисти океана от пластмаса. Разработката на Бояна представлява гигантско, няколко десетки или стотици метра, плаващо рамо във формата на V, към което е прикрепена мрежа. Мрежата е потопена във водата под ъгъл и балансира върху котви и малки плувки. Цялата конструкция е опъната в морето и отломки попадат в нея благодарение на течението.

Бяха извършени тестови "пропуски" край бреговете на Холандия, Сан Франциско и Япония и сега строителството се насочва към Голямото петно. Да, дизайнът на Боян не е робот, но може би ще реши най-големия проблем с боклука без човешка намеса.

Сортиране и рециклиране на отпадъци

Следващата стъпка е сортиране. Беше решено да се комбинира сортирането и събирането в Китай. Стартъпът Clean Robotics представи симбиоза на кошче за боклук и робот за сортиране - Trashbot. Роботът е кош за боклук с камери, сензори, металотърсачи и мотори. Когато човек се приближи до робота, сензорите откриват това и двигателите отварят капака на резервоара. Отломките падат навътре и системата разделя отломките на метални, пластмасови и други видове.

Вариантът е екзотичен. Ако не разглеждате такива странни хибриди на кофа за боклук и конвейер за сортиране, тогава класическият метод за сортиране на боклука преминава на няколко етапа:

Сортиране на метални и неметални

Сортирани по тегло

Отдел пластмаса

Разделяне на хартия

Разделяне на хранителни отпадъци

Ръчно сортиране на остатъците от работници, които по определени правила разделят боклука

Всеки етап е разделен на подетапи. Всичко зависи от нивото на развитие на преработвателните предприятия в страната. Отпадъците, които са разположени в различни контейнери, се изпращат в специални заводи за технологична обработка.

Сортиране на строителни отпадъци

Както при друга монотонна работа, стъпката на сортиране е автоматизирана. Компанията ZenRobotics от Финландия създаде технология Recycler, която комбинира три етапа в един, но засега само за строителни отпадъци.

Физически роботът е два манипулатора, конвейерна лента, обемни контейнери и сензори: видеокамери от различни видове и металотърсачи. Нефизически - изкуствен интелект, който се основава на адаптивен алгоритъм за търсене. Алгоритъмът използва принципите на функционирането на човешкия мозък. Показват му проби от боклука, посочват на какъв вид отговарят и алгоритъмът се научава да намира подобен в общата маса на отпадъците.

Отломките се подават върху конвейерна лента, а сензорите и алгоритъмът на обучен робот определят материала на артикула. Роботът хваща с манипулатора обект с тегло до 20 кг и го насочва към съответния контейнер за съхранение или транспортна лента за обработка. Точността на робота е 98%.

Ако роботът не може да разпознае парче боклук, той ще отиде по конвейера до отделен контейнер и след това отново до началото на конвейера. В сравнение с ръчния метод, такова сортиране е по-ефективно дори при грешки. Системата за сортиране може да бъде съставена от два или повече робота. Софтуерът на робота се самообучава и работи по-точно.

Подобен робот за почистване на строителни отпадъци е разработен в Китай. В Songjiang, един от кварталите на Шанхай, коли с размерите на пететажна сграда разчистват отломки от строителна площадка. Те разделят отпадъците на почва, пясък, тухли и отпадъци за изгаряне. Роботите смачкват големи фракции от бетон, камъни или хоросан, за да улеснят транспортирането им до депото. Строителните отпадъци са много прашни, но този проблем беше решен с водна завеса. За един час роботът обработва 300 тона боклук. Това е еквивалентно на работата на 25 души.

Тези роботи са пилотни роботи. Планират да подобрят устройството тази година. Проектирането се извършва от изследователския център CSG Robot Base. Плановете са да се достигне ниво на преработка от 600 хил. тона годишно. Китай е страна с непрекъснато строителство. Строителната индустрия представлява 6-7% от БВП на страната, така че подобни роботи са обречени да се използват навсякъде.

Сортиране в различни видове

Друг подобен сортировчик е разработен в Германия. Gunther Envirotech разработи инсталацията за сортиране Splitter. За разлика от своите колеги от Финландия, немското устройство не използва сензори, сензори или софтуер. Вместо това работи механиката: шнекове и валове с определена форма сортират отпадъците според форма, размер и тегло в три категории. Сортирането на боклука от робота Splitter е грубо и подходящо за първично фракциониране.

По-нататъшната еволюция на сортировчиците ще върви по пътя на усложнението. Боклукът ще се сортира на бетон, леки и тежки тухли, газобетон, силикат, гипс, азбест. Извън строителната индустрия роботите трябва да станат още по-сложни: сортиране в пластмаса, хартия, дърво, електронни устройства, плат, хранителни отпадъци, лекарства. Всяка категория изисква разделение по тегло, размер и вид, например картон и хартия.

Този път вече е на път в MIT - Масачузетския технологичен институт. RoCycle робот сортировач в процес на разработка. Както е замислено, роботът може да определи вида на материала. За да направи това, той има тактилни сензори, а в бъдеще ще бъдат добавени камери и компютърно зрение.

Има доста други активни роботи за сортиране

• AMP Cortex от AMP Robotics в САЩ. Роботът извлича картона с вендуза от потока от отпадъци на конвейера. Боклукът се определя с помощта на софтуер, който може да се актуализира чрез "облака".

• Роботи Лиъм. В САЩ демонтира остарели айфони, а в Англия - телевизори с кинескопи.

• Робот SamurAI от канадската Machinex Technologies. Разпознава пластмаса, картон, кутии, опаковки с машинно зрение. Точността на робот вече е равна на тази на човек.

• Руски робот за сортиране на отпадъци от ГК "Екологични и енергийни технологии". Той разпознава 20 вида пластмаса сред други отпадъци, които се движат по конвейера, не само чрез камери, но и чрез спектрометър, който сканира за химически състав и цвят.

Има и млади руски проекти, които все още не са изнесли продуктите си на пазара. Сред тях е Neuro Recycling, жител на YotaLab. Компанията разработва система за сортиране на отпадъци, използвайки средни и леки роботи, които се управляват от невронна мрежа. Екипът на проекта има 120 души, 50 от които се занимават с разработка.

Тандем робот-човек

Перспективата за въвеждане на роботизация в събирането, сортирането и рециклирането на отпадъци е реална. Вече, използвайки технологиите, които са „под ръка“, без да се съобразяват с утопични или фантастични идеи, е възможно да се автоматизират и роботизират етапите от живота на боклука.

Как може да изглежда?

Интелигентни кофи за боклук. Когато се напълнят, сигнализират до "контролния център", софтуерът приема сигнала и формира маршрут.

Боклукът се прибира от полуавтоматичен камион за боклук, който може да паркира сам и помни пътя.

В пункта за прехвърляне боклукът се сортира чрез роботизирани конвейери в пластмаса, стъкло, картон, хранителни отпадъци и се поставя в отделни контейнери. Някои видове отпадъци се уплътняват с преса, събират се в блокове или чували и се изпращат или на депо или в завод за преработка на отпадъци.

В завода механично: кранове, манипулатори, носачи; боклукът се изпраща за рециклиране.

Конвейерни роботи за сортиране на строителни и граждански отпадъци вече са в експлоатация. Роботизацията на отпадъците намалява процента на отпадъците, които отиват в депата, и увеличава процента на рециклираните отпадъци. Автоматизацията може да бъде печеливша: замяната на робот с десетина души при сортиране и няколко шофьори на камион за боклук намалява разходите и повишава ефективността. Това е напълно логичен етап от развитието на човечеството, както автоматизирането на труда на работниците във фабриките. Въпреки че абсолютната автономия все още не е възможна, тандемът от роботи и хора в сферата на боклука е съвсем реален.