Absolut rekyl: robotar kommer att eliminera all miljöförorening

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Ända sedan antikens Greklands dagar var frågan om avfall akut. En av Herkules bedrifter - städningen av Augian-stallet - låg redan inom en halvguds makt på den tiden. I Jerusalem kallades den del av landet där skräp dumpades och där skräp brändes för Gehenna Fiery, vilket senare blev den allmänna beteckningen på helvetet.

Under medeltiden kastades sopor och avloppsvatten från fönster direkt ut på gatan, vilket orsakade epidemier av sjukdomar som tyfus och pest. Efter århundraden blir vi inte av med sopor genom fönstren, utan förvarar det på soptippar och i vissa länder återvinner vi det.

Varje år skapas 2 miljarder ton sopor i världen. I Ryssland kastar en familj ut mer än 250 kg per år, vilket resulterar i att 38 miljarder ton har samlats. Arealmässigt är det 4 miljoner hektar eller bara Schweiz. Naturligtvis finns inte sopor på ett ställe, utan fördelas på tusentals deponier, inklusive illegala. De mest massiva ansamlingarna av sopor är deponier i Guangzhou och Hongkong på hundra hektar, en soptipp av elektroniska enheter Guiyu i Kina för 5, 2 tusen hektar, eller Great Garbage Patch in the Ocean för 80 tusen ton.

Sopor på soptippar brinner, orsakar lung- och ögonproblem eller cancer hos lokalbefolkningen. Sopor bryts ned, kommer ner i marken, växterna och grundvatten och hav. Fiskar i havet äter plast, som deponeras i deras vävnader och hamnar på vårt bord. Även om skräpet är långt borta så berör det oss.

Skräpproblemet är globalt. Halvguden kommer inte längre att hjälpa henne - robotar har tagit hans plats. De kanske kan hantera miljarder ton avfall, eftersom människor inte gör det ännu. Låt oss ta en titt på hur robotar hittar, samlar in skräp, kontrollerar föroreningskällor och hjälper människor.

Robotar – orsak och lösning

Vi har redan skrivit om hur robotar hjälper till med försäljning och marknadsföring: de träffar gäster på restauranger, hotell, spelar i föreställningar och jobbar som promotorer. För länge sedan tog de plats för människor i produktionen. De är också kapabla att förstöra sopor, men intressant nog är de direkt relaterade till problemet med detta skräp.

Massrobotisering började på 50- och 60-talen av förra seklet, då industrirobotar introducerades för tillverkning av olika varor: från bilar till kosmetika. Till en början utförde robotar enkla operationer, som att stämpla stämplar, sedan mer komplicerade: skära, svetsa och installera delar. Nu fungerar redan helautomatiserade fabriker, där hela cykeln av produktionsuppgifter robotiseras.

Roboten tröttnar inte, ber inte om befordran, semesterersättning och strejkar inte, och effektiviteten är en storleksordning högre än en människas. Därför, med ankomsten av robotar, finns det fler varor och tjänster. Mer varor – mer resurskostnader. Mer kostnader för resurser och varor – mer sopor. Robotisering gör produktionen billigare, skapar mer förädlade produkter och accelererar ekonomin. Om produktionen växer så växer också avfallet från denna produktion.

Däremot kan miljön inte accelerera. Hon klarar inte av det nuvarande skräpet, vad kan vi säga om framtiden? I naturen finns det helt enkelt inga mekanismer, bakterier eller djur som skulle kunna bearbeta järn, glas eller petroleumprodukter. För några år sedan upptäcktes bakterier som bryter ner vissa typer av plast, men väldigt långsamt – 1 millimeter på 30 veckor. Det kommer att ta bakterier tusentals år att klara av den nuvarande volymen plast, även om alla fabriker som producerar nya är stängda.

Robotar är en av orsakerna till sopproblem, men de kan också hjälpa oss: samla in, sortera, kassera och återvinna sopor.

Skräpcykel

Låt oss ta en titt på skräpets livscykel, var robotar kan passa in i kedjan och vad exakt de kan göra.

Bortsett från produktionen är avfallets livslängd indelad i steg:

Samling

Sortering

Bearbetning

Förfogande

Nu görs allt detta av människor. Vi samlar sopor i påsar och lägger i soptunnor. I vissa länder, som Sverige, Finland eller Schweiz, är invånarna enligt lag skyldiga att dessutom sortera avfall i glas, plast, organiskt material och andra typer. Efter att soporna har kommit in i soptunnan plockas det upp av en sopbil och transporteras till en distributionscentral, sedan till en deponi eller till en avfallsåtervinningsanläggning.

Detta första steg – sophämtning – kan robotiseras.

Sophämtning och avfallshantering

Maskiner för insamling av avfall

Det första steget av sophämtningsrobotisering är avfallsinsamlingsmaskiner. De har redan implementerats och arbetar i Sverige på stormarknader, apotek och bensinstationer. Maskinerna tar emot småhushållsavfall och skadligt avfall: glödlampor, batterier, lacker, lim, färger, sprayburkar, glasbehållare, burkar. Automaten delar ut en belöning för det mottagna skräpet.

Så här löses två uppgifter. Den första är att lära människor med ekonomiska incitament att inte slänga sopor någonstans. Det andra är att automatisera insamlingen av avfall på något sätt.

Sådana enheter finns fortfarande i Ryssland endast i små antal - till exempel i hälsokostbutiker VkusVill. Sedan snart två år tillbaka har butikerna behållare för mottagning av batterier. Varje månad samlar de in nästan 10 ton batterier, och butiken spenderar 700 tusen rubel för bortskaffande av farligt avfall. Det finns ingen belöning för donerade batterier, men det behövs inte - allt fungerar på altruism. Separat finns det pandomater - enheter för att ta emot plast- och aluminiumflaskor.

Smarta avfallscontainrar

Även svenskarnas grannar, holländarna i Haag, har tagit denna väg och introducerar smarta soptunnor. Behållarna har fullhetssensorer. Information om detta skickas till inkassotjänsten fyra gånger om dagen. Mjukvaran i tjänsten analyserar mängden sopor och bygger upp ett insamlingsschema – varje gång rutten är annorlunda, beroende på data. Sophämtare sparar tid och pengar genom att inte hämta halvtomma soptunnor, onödig körning längs sträckan och utan att fastna i bilköer. Dessutom kan systemet planera en rutt för nästa dag, analysera data för flera dagar.

Sensorerna finns i 1 400 underjordiska sopcontainrar i Haag. Tillverkare är företaget Enevo från Finland. Det producerar sensorer och programvara för avfallsanalys och är verksamt i 35 länder. Implementeringen av systemet för statliga tjänster och privata företag har visat att automatisk insamling är effektivare än manuell insamling. Företag sparar 30 % på kostnader för insamling av avfall med hjälp av sensorer och mjukvara. Besparingen kan ibland vara så hög som 50%.

I Ryssland finns det en analog - en enhet från Wasteout-företaget. Detta är en enhet med inbyggda sensorer: ultraljud, temperatur, lutning och en radiomodul för att överföra data om behållarens fullhet. Systemet liknar Enovo, men mått tas på olika sätt, så patentet görs inte intrång. Wasteout-enheter är installerade i Moskva, St. Petersburg och Kaluga. I Perm används de av företaget Bumatika som sköter deponin. Enheterna är konfigurerade för att fungera i frost, värme och är skyddade från vandaler.

Smarta sopbilar

Om vi ger "smarta" sopcontainrar, varför inte göra samma sak med sopbilar? Verkar vara ett logiskt steg? Ja det stämmer.

2017 lanserade två svenska företag, biljätten Volvo och avfallshanteringsföretaget Renovo, ett gemensamt ROAR-projekt – Robotbaserad Autonomous Refuse handling eller robotic garbage truck.

Sopbilen sköts av en person, men en del av arbetet är automatiserat. Nya rutter läggs av föraren och bilen kommer ihåg dem. Nästa gång kör bilen till containrarna på egen hand med hjälp av GPS, med minimal bränsleförbrukning. Sopbilen kommer ihåg placeringen av tankar och andra hinder, kan backa och åka runt parkerade bilar. Den har sensorer installerade och om den ser en katt, ett barn eller annat rörligt föremål på vägen stannar bilen. Det enda som en person gör är att använda en mekanism som lastar in avfall i kroppen.

Ett år tidigare var samma sopbilar utrustade med drönare för att övervaka tanklasten. Men projektet utvecklades inte. En sopbil utan drönare fungerar redan effektivt.

Rengöring av floder och hav

En separat fråga är rensningen av hav, floder och sjöar. Skräp är svårare att kontrollera i vatten än på land. Strömmar transporterar avfall till en mängd olika platser, skräp samlas på botten eller i vattenpelaren. Om det inte finns någon ström förblir skräpet utanför kusten och måste tas bort manuellt.

Hur ska robotarna hantera detta? Låt oss börja smått

Hamnar och kustområden

RanMarine har utvecklat roboten WasteShark som kommer att flyta i hamnar och kustområden och samla upp avfall innan det kommer ut i det öppna havet. WasteShark är en flytande plast "låda med mun" och en elmotor. Lådan "sväljer" skräpet i vattnet och analyserar samtidigt vattenkvaliteten, mäter temperaturen på havet och luften och överför dessa data "till stranden". Boxoperatören korrigerar kursen baserat på data.

WasteShark har testats i Rotterdam och plockar nu skräp i Storbritannien och Dubai.

I framtiden planerar RanMarine att montera och släppa en stor Great Waste Shark-robot i havet. Han kommer att kunna samla 500 kg sopor åt gången. Roboten kommer att drivas av solpaneler och navigera havet med hjälp av en navigator.

Hav och sjöar

En enhet liknande funktionalitet - Marine Drone - utvecklades i Frankrike. Författarna (International School of Design) bestämde sig för att ta isär Great Garbage Patch. Marine Drone liknar WasteShark men flyter under vattnet. Roboten är som en papperskorg med motorer och batterier som flyter och fångar skräp autonomt.

Roboten simmar till platsen där skräpet samlas på fartyget, sedan sänks det ner, och Marine Drone fångar plastflaskor, påsar, kartong och skrämmer samtidigt iväg fisken med ljudsändare. När korgen är full går roboten tillbaka till fartyget, där det insamlade avfallet tas bort och batterierna laddas.

Några fler utvecklingar av marina rengöringsmedel

• Row-Bot är en liten brittisktillverkad robot som tar bort bakterier från vatten. Den hämtar energi från själva bakterierna, som den "smälter" i sig.

• Seasarm från USA - en flytande transportör som samlar upp oljeprodukter från vattenytan.

• FRED från ClearBlueSea - 30m segelplattform som samlar upp plast till havs.

Stor sopplats

Att ta bort kustblockeringar av floder, hav och sjöar är en relativt enkel uppgift. Enkelt i förhållande till Large Garbage Patch. Detta är den största soptippen i världen - en sopstat mitt i Stilla havet. Den är så enorm att den ser ut att snart få en egen flagga och en plats i FN.

Mestadels består platsen av plast och fiskenät. Plast bryts ner med tiden och under inverkan av saltvatten och sedan till partiklar som varierar i storlek från en centimeter till en millimeter eller mindre. Partiklarna suspenderas i vatten och bildar en "plastsoppa". Den här soppan livnär sig på plankton, den livnär sig på fisk, och längre fram i näringskedjan når plasten till vårt bord.

Boyan Slat, en ung uppfinnare från Nederländerna, vill lösa detta problem. Bojan grundade Ocean Cleanup, en startup vars mål är att rena havet från plast. Boyanas utveckling är en jätte, flera tiotals eller hundratals meter, flytande arm i form av ett V, till vilken ett nät är fäst. Nätet är nedsänkt i vattnet i vinkel och balanserar på ankare och små flöten. Hela strukturen sträcks ut i havet och skräp kommer in i den tack vare strömmen.

Testkörningar genomfördes utanför Hollands, San Franciscos och Japans kust och nu går bygget mot Great Spot. Ja, Boyans design är inte en robot, men kanske kommer den att lösa det största sopproblemet utan mänsklig inblandning.

Avfallssortering och återvinning

Nästa steg är sortering. Man beslutade att kombinera sortering och insamling i Kina. Clean Robotics startup har introducerat en symbios av en papperskorg och en sorteringsrobot - Trashbot. Roboten är en papperskorg med kameror, sensorer, metalldetektorer och motorer. När en person närmar sig roboten upptäcker sensorer detta och motorerna öppnar tanklocket. Skräpet faller inåt och systemet separerar skräpet i metall, plast och andra typer.

Alternativet är exotiskt. Om du inte överväger sådana konstiga hybrider av en soptunna och en sorteringstransportör, går den klassiska metoden för att sortera sopor i flera steg:

Sortering i metall och icke-metall

Sorterat efter vikt

Institutionen för plast

Pappersseparering

Separering av matavfall

Manuell sortering av rester av arbetare som enligt vissa regler separerar sopor

Varje steg är indelat i understeg. Allt beror på utvecklingsnivån för bearbetningsföretag i landet. Avfall, som läggs ut i olika behållare, skickas till speciella anläggningar för teknisk bearbetning.

Sortering av byggavfall

Som med annat monotont arbete är sorteringssteget automatiserat. Företaget ZenRobotics från Finland har skapat en Recycler-teknik som kombinerar tre steg till ett, men än så länge bara för byggavfall.

Rent fysiskt är en robot två manipulatorer, ett löpande band, volymetriska behållare och sensorer: videokameror av olika slag och metalldetektorer. Icke-fysiskt - artificiell intelligens, som är baserad på en adaptiv sökalgoritm. Algoritmen använder principerna för den mänskliga hjärnans funktion. De visar honom prover på sopor, anger vilken typ det motsvarar, och algoritmen lär sig hitta en liknande i den totala massan av avfall.

Skräp matas ut på ett transportband och sensorer och en tränad robots algoritm bestämmer föremålets material. Roboten griper ett föremål som väger upp till 20 kg med manipulatorn och dirigerar det till lämplig förvaringsbehållare eller transportband för bearbetning. Robotens noggrannhet är 98 %.

Om roboten inte kan känna igen en skräp, går den längs med transportören till en separat behållare och sedan igen till början av transportören. Jämfört med den manuella metoden är sådan sortering effektivare även vid fel. Sorteringssystemet kan bestå av två eller flera robotar. Robotens mjukvara är självlärande och fungerar vidare mer exakt.

En liknande robot för rengöring av byggavfall har utvecklats i Kina. I Songjiang, ett av distrikten i Shanghai, rensar bilar i storleken av en femvåningsbyggnad skräp från en byggarbetsplats. De separerar avfallet i jord, sand, tegel och avfall för förbränning. Robotar krossar stora fraktioner av betong, stenar eller murbruk för att göra det lättare att transportera dem till soptippen. Byggavfall är mycket dammigt, men detta problem löstes med en vattenridå. På en timme behandlar roboten 300 ton sopor. Det motsvarar 25 personers arbete.

Dessa robotar är pilotrobotar. De planerar att förbättra enheten i år. Designen utförs av forskningscentret CSG Robot Base. Planerna är att nå en bearbetningsnivå på 600 tusen ton per år. Kina är ett land med kontinuerlig konstruktion. Byggbranschen står för 6-7% av landets BNP, så sådana robotar är dömda att användas överallt.

Sortering i olika typer

En annan liknande sorterare utvecklades i Tyskland. Gunther Envirotech har utvecklat sorteringsanläggningen Splitter. Till skillnad från sina motsvarigheter från Finland använder den tyska enheten inga sensorer, sensorer eller programvara. Istället fungerar mekaniken: skruvar och axlar av en viss form sorterar avfallet efter form, storlek och vikt i tre kategorier. Sorteringen av sopor med Splitter-roboten är grov och lämplig för primär fraktionering.

Ytterligare utveckling av sorterare kommer att följa komplikationens väg. Sopor kommer att sorteras i betong, lätta och tunga tegelstenar, lättbetong, silikat, gips, asbest. Utanför byggbranschen måste robotar bli ännu mer komplicerade: sortering i plast, papper, trä, elektroniska apparater, tyg, matavfall, medicin. Varje kategori kräver en indelning efter vikt, storlek och typ, till exempel kartong och papper.

Denna väg är redan på väg vid MIT - Massachusetts Institute of Technology. RoCycle robotsorterare under utveckling. Som tänkt kan roboten bestämma typen av material. För att göra detta har han taktila sensorer, och i framtiden kommer kameror och datorseende att läggas till.

Det finns en hel del andra aktiva sorteringsrobotar

• AMP Cortex från AMP Robotics i USA. Roboten drar ut kartongen med en sugkopp från skräpströmmen på transportören. Skräp bestäms med hjälp av mjukvara som kan uppdateras genom "molnet".

• Robotar Liam. I USA demonterar han föråldrade iPhones och i England - TV-apparater med bildrör.

• Robot SamurAI från kanadensiska Machinex Technologies. Känner igen plast, kartong, lådor, förpackningar med maskinseende. Noggrannheten hos en robot är redan lika med en människas.

• Rysk robot för sortering av avfall från GC "Environmental and Energy Technologies". Den känner igen 20 typer av plast bland annat skräp som rör sig längs transportören, inte bara av kameror, utan av en spektrometer som söker efter kemisk sammansättning och färg.

Det finns också unga ryska projekt som ännu inte har tagit ut sina produkter på marknaden. Bland dem finns Neuro Recycling, bosatt i YotaLab. Företaget utvecklar ett avfallssorteringssystem med medel- och lätta robotar som styrs av ett neuralt nätverk. Projektgruppen har 120 personer, 50 av dem är engagerade i utveckling.

Robot-människa tandem

Utsikterna att införa robotisering inom avfallsinsamling, sortering och återvinning är verkliga. Redan nu, med hjälp av de teknologier som finns "till hands", utan att överväga utopiska eller fantastiska idéer, är det möjligt att automatisera och robotisera soplivets stadier.

Hur kan det se ut?

Smarta papperskorgar. När de är fulla signalerar de till "kontrollcentralen", mjukvaran tar emot signalen och bildar en rutt.

Sopor plockas upp av en halvautomatisk sopbil som kan parkera på egen hand och kommer ihåg vägen.

Vid överföringsstället sorteras soporna med robottransportörer till plast, glas, kartong, matavfall och läggs i separata kärl. Vissa typer av avfall komprimeras med en press, samlas upp i block eller påsar och skickas antingen till en deponi eller till en avfallshanteringsanläggning.

På fabriken mekaniskt: kranar, manipulatorer, bärare; sopor skickas till återvinning.

Transportörrobotar för sortering av bygg- och civilavfall är redan i drift. Avfallsrobotisering minskar andelen avfall som går till deponier och ökar andelen återvunnet avfall. Automatisering kan vara lönsamt: att ersätta en robot med ett dussin personer på sortering och några förare på en sopbil minskar kostnaderna och ökar effektiviteten. Detta är ett helt logiskt stadium i mänsklighetens utveckling, samma sak som automatiseringen av arbetarnas arbete i fabrikerna. Även om absolut autonomi ännu inte är möjlig, är tandem av robotar och människor i sopsfären ganska verklig.