Absoluuttinen rekyyli: robotit poistavat kaiken ympäristön saastumisen

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Muinaisen Kreikan ajoista lähtien jäteongelma on ollut akuutti. Yksi Herkuleen rikoksista - Augean tallien siivoaminen - oli jo tuohon aikaan vain puolijumalan vallassa. Jerusalemissa sitä osaa maasta, johon kaadettiin roskia ja jossa roskia poltettiin, kutsuttiin Gehenna Fieryksi, josta tuli myöhemmin yleinen helvetin nimitys.

Keskiajalla roskat ja jätevedet heitettiin ikkunoista suoraan kadulle, mikä aiheutti epidemioita, kuten lavantautia ja ruttoa. Vuosisatojen jälkeen emme pääse eroon roskista ikkunoiden läpi, vaan varastoimme ne kaatopaikoille ja joissain maissa kierrätämme ne.

Joka vuosi maailmassa syntyy 2 miljardia tonnia jätettä. Venäjällä yksi perhe heittää pois yli 250 kg vuodessa, minkä seurauksena on kertynyt 38 miljardia tonnia. Pinta-alaltaan se on 4 miljoonaa hehtaaria tai pelkästään Sveitsi. Tietenkään roskat eivät sijaitse yhdessä paikassa, vaan niitä jaetaan tuhansille kaatopaikoille, myös laittomille kaatopaikoille. Massiivisimpia roskakertymiä ovat Guangzhoun ja Hongkongin sadan hehtaarin kaatopaikat, Kiinassa sijaitseva elektroniikkalaitteiden Guiyu kaatopaikka 52 000 hehtaarilla tai valtameren suuri roskapaikka 80 000 tonnia.

Kaatopaikkojen roskat polttavat ja aiheuttavat keuhko- ja silmäongelmia tai syöpää paikallisille asukkaille. Roskat hajoavat, joutuvat maaperään, kasveihin ja pohjaveteen ja meriin. Meren kalat syövät muovia, joka kerääntyy niiden kudoksiin ja päätyy pöydällemme. Vaikka roskat ovat kaukana, se koskettaa meitä.

Jäteongelma on maailmanlaajuinen. Puolijumala ei enää auta häntä - robotit ovat ottaneet hänen paikkansa. He saattavat pystyä käsittelemään miljardeja tonneja jätettä, koska ihmiset eivät vielä tee sitä. Katsotaanpa, kuinka robotit löytävät, keräävät roskia, hallitsevat saastelähteitä ja auttavat ihmisiä.

Robotit - syy ja ratkaisu

Olemme jo kirjoittaneet siitä, kuinka robotit auttavat myynnissä ja markkinoinnissa: he tapaavat vieraita ravintoloissa, hotelleissa, soittavat esityksissä ja työskentelevät promoottoreina. Kauan sitten he ottivat ihmisten paikan tuotannossa. Ne pystyvät myös tuhoamaan roskat, mutta mielenkiintoista kyllä, ne liittyvät suoraan tämän roskan ongelmaan.

Massarobotointi alkoi viime vuosisadan 50- ja 60-luvuilla, jolloin teollisuusrobotit otettiin käyttöön erilaisten tuotteiden tuotantoon: autoista kosmetiikkaan. Aluksi robotit suorittivat yksinkertaisia toimintoja, kuten leimauksia, sitten monimutkaisempia: osien leikkaamista, hitsausta ja asennusta. Nyt toimivat jo täysin automatisoidut tehtaat, joissa koko tuotantoprosessi on robotisoitu.

Robotti ei väsy, ei pyydä ylennystä, lomarahaa eikä lakko, ja tehokkuus on suuruusluokkaa suurempi kuin ihmisen. Siksi robottien saapuessa tavaroita ja palveluita on enemmän. Enemmän tavaroita - enemmän resurssikustannuksia. Enemmän resurssien ja tavaroiden kustannuksia - enemmän roskaa. Robotisointi tekee tuotannosta halvempaa, tuottaa enemmän lisäarvoa tuottavia tuotteita ja kiihdyttää taloutta. Jos tuotanto kasvaa, kasvaa myös tämän tuotannon hukka.

Ympäristö ei kuitenkaan voi kiihtyä. Hän ei kestä nykyistä roskaa, mitä voimme sanoa tulevaisuudesta? Luonnossa ei yksinkertaisesti ole mekanismeja, bakteereja tai eläimiä, jotka voisivat käsitellä rautaa, lasia tai öljytuotteita. Muutama vuosi sitten löydettiin bakteereja, jotka hajottavat tietyntyyppisiä muovia, mutta hyvin hitaasti - 1 millimetri 30 viikossa. Kestää bakteereilta tuhansia vuosia selviytyä nykyisestä muovimäärästä, vaikka kaikki uusia valmistavat tehtaat suljettaisiin.

Robotit ovat yksi roskaongelmien aiheuttajista, mutta ne voivat myös auttaa meitä: keräämään, lajittelemaan, hävittämään ja kierrättämään roskat.

Roskakierto

Katsotaanpa roskien elinkaarta, mihin robotit mahtuvat ketjuun ja mitä ne tarkalleen pystyvät tekemään.

Tuotannon lisäksi jätteen käyttöikä on jaettu vaiheisiin:

Kokoelma

Lajittelu

Käsittely

Hävittäminen

Nyt tämän kaiken tekevät ihmiset. Keräämme roskat pusseihin ja laitamme roskakoriin. Joissakin maissa, kuten Ruotsissa, Suomessa tai Sveitsissä, asukkaat velvoitetaan lain mukaan lajittelemaan jätteet lisäksi lasiin, muoviin, orgaaniseen aineeseen ja muihin jätteisiin. Kun roskat on mennyt roskakoriin, ne poimitaan roska-autolla ja kuljetetaan jakelukeskukseen, sitten kaatopaikalle tai jätteen kierrätyslaitokseen.

Tämä ensimmäinen vaihe - roskien kerääminen - voidaan robotisoida.

Roskien keräys ja hävittäminen

Jätteenkeräyskoneet

Jätteenkeräysrobotisoinnin ensimmäinen vaihe on jätteenkeräyskoneet. Ne on jo otettu käyttöön ja toimivat Ruotsissa supermarketeissa, apteekeissa ja huoltoasemilla. Koneet ottavat vastaan pientä kotitalous- ja haitallista jätettä: hehkulamput, akut, lakat, liimat, maalit, spraypurkit, lasisäiliöt, tölkit. Automaatti jakaa palkinnon vastaanotetuista roskista.

Näin kaksi tehtävää ratkaistaan. Ensimmäinen on opettaa ihmisiä, joilla on taloudellisia kannustimia, olemaan heittämättä roskia minnekään. Toinen on automatisoida jollain tavalla jätteiden kerääminen.

Tällaisia laitteita löytyy Venäjältä edelleen vain vähän - esimerkiksi luontaistuotekaupoista VkusVill. Nyt lähes kahden vuoden ajan myymälöissä on ollut kontit akkujen vastaanottoa varten. Joka kuukausi he keräävät lähes 10 tonnia akkuja, ja myymälä käyttää 700 tuhatta ruplaa vaarallisten jätteiden hävittämiseen. Lahjoitetuista paristoista ei palkkiota, mutta sitä ei tarvita - kaikki toimii altruismilla. Erikseen on pandomaatteja - laitteita muovi- ja alumiinipullojen vastaanottamiseen.

Älykkäät jäteastiat

Ruotsalaisten naapurit, Haagissa asuvat hollantilaiset, ovat myös valinneet tämän tien ja ottavat käyttöön älykkäitä jäteastioita. Säiliöissä on täyteysanturit. Tietoa tästä välitetään perintäpalveluun neljä kertaa päivässä. Palvelussa oleva ohjelmisto analysoi jätteen määrän ja rakentaa keräysaikataulun - joka kerta reitti on erilainen tiedoista riippuen. Jätteenkeräilijät säästävät aikaa ja rahaa jättämällä keräämättä puolityhjiä roska-astioita, turhaan ajamalla reitin varrella ja joutumatta liikenneruuhkiin. Lisäksi järjestelmä voi suunnitella reitin seuraavalle päivälle analysoimalla tietoja useiden päivien ajalta.

Anturit ovat 1 400 maanalaisessa jätesäiliössä Haagissa. Valmistaja on suomalainen Enevo-yhtiö. Se tuottaa antureita ja jäteanalyysiohjelmistoja ja toimii 35 maassa. Järjestelmän käyttöönotto valtion palveluille ja yksityisille yrityksille on osoittanut, että automaattinen keräys on tehokkaampaa kuin manuaalinen keräys. Yritykset säästävät 30 % jätteenkeräyskustannuksissa käyttämällä antureita ja ohjelmistoja. Säästöt voivat joskus olla jopa 50 prosenttia.

Venäjällä on analoginen - Wasteout-yhtiön laite. Tämä on laite, jossa on sisäänrakennetut anturit: ultraääni-, lämpötila-, kallistus- ja radiomoduuli tietojen lähettämiseen säiliön täyteydestä. Järjestelmä on samanlainen kuin Enovo, mutta mittaukset tehdään eri tavalla, joten patenttia ei rikota. Wasteout-laitteita asennetaan Moskovaan, Pietariin ja Kalugaan. Permissä niitä käyttää kaatopaikkaa hoitava Bumatika-yhtiö. Laitteet on konfiguroitu toimimaan pakkasessa, kuumuudessa ja suojattu ilkivaltaa vastaan.

Älykkäät roska-autot

Jos annamme "älykkäitä" roskasäiliöitä, niin miksi emme tekisi samaa roska-autojen kanssa? Vaikuttaako loogiselta askeleelta? Kyllä, se on oikein.

Vuonna 2017 kaksi ruotsalaista yritystä, autojätti Volvo ja jätehuoltoyhtiö Renovo, käynnistivät yhteisen ROAR-projektin - Robottipohjaisen Autonomous Refuse handling eli robottiroska-auton.

Jäteautoa ohjaa henkilö, mutta osa työstä on automatisoitua. Kuljettaja määrittelee uudet reitit, ja auto muistaa ne. Seuraavalla kerralla auto ajaa konteille omatoimisesti GPS:n avulla minimaalisella polttoaineenkulutuksella. Roska-auto muistaa säiliöiden ja muiden esteiden sijainnin, voi liikkua taaksepäin ja kiertää pysäköityjä autoja. Siihen on asennettu anturit, ja jos se näkee kissan, lapsen tai muun liikkuvan esineen tiellä, auto pysähtyy. Ainoa asia, jonka ihminen tekee, on käyttää mekanismia, joka lataa jätteitä kehoon.

Vuotta aiemmin samat roska-autot varustettiin droneilla tankkien kuormituksen valvontaan. Mutta hanketta ei kehitetty. Roska-auto ilman droneja toimii jo tehokkaasti.

Jokien ja merten puhdistus

Erillinen asia on merien, jokien ja järvien puhdistaminen. Roskia on vaikeampi hallita vedessä kuin maalla. Virtaukset kuljettavat jätettä moniin paikkoihin, roskat kerääntyvät pohjalle tai vesipatsaan. Jos virtaa ei ole, roskat jäävät rannikon ulkopuolelle ja ne on poistettava manuaalisesti.

Miten robotit selviävät tästä? Aloitetaan pienestä

Satamat ja rannikkoalueet

RanMarine on kehittänyt WasteShark-robotin, joka kelluu satamissa ja rannikkoalueilla ja kerää jätteitä ennen kuin se pääsee avomereen. WasteShark on kelluva muovinen "suullinen laatikko" ja sähkömoottori. Laatikko "nielee" vedessä olevat roskat ja samanaikaisesti analysoi veden laadun, mittaa meren ja ilman lämpötilan ja välittää tämän tiedon "rantaan". Laatikon operaattori korjaa kurssin tietojen perusteella.

WasteShark on testattu Rotterdamissa, ja se kerää nyt roskia Isossa-Britanniassa ja Dubaissa.

Tulevaisuudessa RanMarine aikoo koota ja vapauttaa suuren Great Waste Shark -robotin mereen. Hän pystyy keräämään 500 kg roskaa kerralla. Robotti saa voimansa aurinkopaneeleista ja se navigoi merellä navigaattorin avulla.

Meret ja järvet

Toiminnaltaan samanlainen laite - Marine Drone - kehitettiin Ranskassa. Tekijät (International School of Design) päättivät purkaa Great Garbage Patchin. Marine Drone on samanlainen kuin WasteShark, mutta kelluu veden alla. Robotti on kuin roskakori moottoreineen ja akkuineen, joka kelluu ja kerää roskat itsenäisesti.

Robotti ui paikkaan, jossa roskat kerätään laivalla, sitten se lasketaan alas ja Marine Drone nappaa muovipulloja, pusseja, pahvia pelotellen samalla kaloja äänilähteillä. Kun kori on täynnä, robotti palaa laivaan, jossa kerätyt jätteet viedään ja akut ladataan.

Muutama lisäkehitys merenpuhdistusaineista

• Row-Bot on pieni brittiläinen robotti, joka poistaa bakteerit vedestä. Se ammentaa energiaa bakteereista itsestään, jonka se "sulattaa" itsekseen.

• Seasarm USA:sta - kelluva kuljetin, joka kerää öljytuotteita veden pinnalta.

• FRED ClearBlueSeasta - 30 metrin purjealusta, joka kerää muovia merestä.

Iso roskapaikka

Jokien, merien ja järvien rannikkotukosten poistaminen on suhteellisen yksinkertainen tehtävä. Yksinkertainen verrattuna Large Garbage Patchiin. Tämä on maailman suurin kaatopaikka - jätevaltio keskellä Tyyntämerta. Se on niin valtava, että näyttää saavan pian oman lipun ja paikan YK:ssa.

Pääosin paikka koostuu muovista ja kalastusverkoista. Muovi hajoaa ajan myötä ja suolaveden vaikutuksesta ja sitten hiukkasiksi, joiden koko vaihtelee senttimetristä millimetriin tai sitä pienemmiksi. Hiukkaset suspendoituvat veteen ja muodostavat "muovikeiton". Tämä keitto ruokkii planktonia, se ruokkii kalaa ja ravintoketjua myöten muovi pääsee pöytään.

Boyan Slat, nuori hollantilainen keksijä, haluaa ratkaista tämän ongelman. Bojan perusti Ocean Cleanupin, startupin, jonka tavoitteena on puhdistaa valtameri muovista. Boyanan kehitys on jättiläinen, useita kymmeniä tai satoja metrejä, kelluva V-kirjaimen muotoinen käsivarsi, johon on kiinnitetty verkko. Verkko on upotettu veteen vinossa ja tasapainoilee ankkureilla ja pienillä kellukkeilla. Koko rakennelma on venytetty mereen, ja siihen pääsee roskat virran ansiosta.

Koeajoja suoritettiin Hollannin, San Franciscon ja Japanin rannikolla, ja nyt rakennus on matkalla kohti Great Spotia. Kyllä, Boyanin suunnittelu ei ole robotti, mutta ehkä se ratkaisee suurimman roskaongelman ilman ihmisen puuttumista.

Jätteiden lajittelu ja kierrätys

Seuraava vaihe on lajittelu. Lajittelu ja keräys päätettiin yhdistää Kiinassa. Clean Robotics startup on ottanut käyttöön roskakorin ja lajittelurobotin symbioosin - Trashbotin. Robotti on roskakori kameroilla, antureilla, metallinpaljastimilla ja moottoreilla. Kun henkilö lähestyy robottia, anturit havaitsevat tämän ja moottorit avaavat säiliön kannen. Roskat putoavat sisäänpäin ja järjestelmä erottaa roskat metalliin, muoviin ja muihin tyyppeihin.

Vaihtoehto on eksoottinen. Jos et pidä tällaisia outoja roskasäiliön ja lajittelukuljettimen hybridejä, klassinen jätteiden lajittelumenetelmä kulkee useissa vaiheissa:

Lajittelu metalliin ja ei-metalliin

Lajiteltu painon mukaan

Muovin laitos

Paperin erottelu

Ruokajätteen lajittelu

Jämien manuaalinen lajittelu työntekijöiden toimesta, jotka tiettyjen sääntöjen mukaan lajittelevat roskat

Jokainen vaihe on jaettu alavaiheisiin. Kaikki riippuu maan jalostusyritysten kehitystasosta. Jätteet, jotka asetetaan eri säiliöihin, lähetetään erityisiin laitoksiin teknistä käsittelyä varten.

Rakennusjätteen lajittelu

Kuten muissakin yksitoikkoisissa töissä, lajitteluvaihe on automatisoitu. Suomalainen ZenRobotics on luonut Recycler-teknologian, joka yhdistää kolme vaihetta yhdeksi, mutta toistaiseksi vain rakennusjätteille.

Fyysisesti robotti on kaksi manipulaattoria, kuljetinhihna, tilavuussäiliöt ja anturit: erityyppiset videokamerat ja metallinpaljastimet. Ei-fyysisesti - tekoäly, joka perustuu adaptiiviseen hakualgoritmiin. Algoritmi käyttää ihmisaivojen toiminnan periaatteita. He näyttävät hänelle näytteitä roskista, osoittavat, minkä tyyppistä se vastaa, ja algoritmi oppii löytämään samanlaisen jätteen kokonaismassasta.

Roskat syötetään kuljetinhihnalle, ja anturit ja koulutettu robotin algoritmi määrittävät esineen materiaalin. Robotti tarttuu manipulaattorilla jopa 20 kg painavaan esineeseen ja ohjaa sen sopivalle säilytyssäiliölle tai kuljetinhihnalle käsittelyä varten. Robotin tarkkuus on 98 %.

Jos robotti ei tunnista roskaa, se kulkee kuljetinta pitkin erilliseen astiaan ja sitten taas kuljettimen alkuun. Manuaaliseen menetelmään verrattuna tällainen lajittelu on tehokkaampaa jopa virheiden kanssa. Lajittelujärjestelmä voi koostua kahdesta tai useammasta robotista. Robotin ohjelmisto on itseoppiva ja toimii edelleen tarkemmin.

Vastaava robotti rakennusjätteen puhdistamiseen on kehitetty Kiinassa. Songjiangissa, yhdessä Shanghain kaupunginosista, viisikerroksisen rakennuksen kokoiset autot raivaavat roskia rakennustyömaalta. Ne erottelevat jätteet maaperään, hiekkaan, tiileihin ja jätteisiin polttoa varten. Robotit murskaavat suuria osia betonia, kiviä tai laastia helpottaakseen niiden kuljettamista kaatopaikalle. Rakennusjäte on erittäin pölyistä, mutta tämä ongelma ratkaistiin vesiverholla. Robotti käsittelee yhdessä tunnissa 300 tonnia jätettä. Tämä vastaa 25 henkilön työtä.

Nämä robotit ovat pilottirobotteja. He suunnittelevat parantavansa laitetta tänä vuonna. Suunnittelun suorittaa CSG Robot Base -tutkimuskeskus. Tavoitteena on saavuttaa 600 tuhannen tonnin jalostusaste vuodessa. Kiina on jatkuva rakentamisen maa. Rakennusteollisuuden osuus maan bruttokansantuotteesta on 6-7 %, joten tällaiset robotit on tuomittu käytettäväksi kaikkialla.

Lajittelu eri tyyppeihin

Toinen vastaava lajittelija kehitettiin Saksassa. Gunther Envirotech on kehittänyt Splitter-lajittelulaitoksen. Toisin kuin suomalaiset kollegansa, saksalainen laite ei käytä antureita, antureita tai ohjelmistoja. Sen sijaan mekaniikka toimii: tietyn muotoiset kairat ja akselit lajittelevat jätteet muodon, koon ja painon mukaan kolmeen luokkaan. Splitter-robotin suorittama jätteiden lajittelu on karkeaa ja soveltuu ensisijaiseen fraktiointiin.

Lajittelijoiden jatkokehitys seuraa monimutkaisen polun. Roskat lajitellaan betoniin, kevyisiin ja raskaisiin tiileihin, hiilihapotettuun betoniin, silikaattiin, kipsiin, asbestiin. Rakennusteollisuuden ulkopuolella robottien on tehtävä entistä monimutkaisempia: lajittelu muoviin, paperiin, puuhun, elektroniikkalaitteisiin, kankaisiin, ruokajätteisiin, lääkkeisiin. Jokainen kategoria edellyttää painon, koon ja tyypin jaottelua, esimerkiksi pahvi ja paperi.

Tämä polku on jo matkalla MIT - Massachusetts Institute of Technologyssa. RoCycle robottilajittelija kehitteillä. Kuten suunniteltu, robotti pystyy määrittämään materiaalin tyypin. Tätä varten hänellä on tuntoanturit, ja tulevaisuudessa kamerat ja tietokonenäkö lisätään.

On olemassa useita muita aktiivisia lajittelurobotteja

• AMP Cortex AMP Roboticsilta Yhdysvalloissa. Robotti poimii pahvin imukupilla kuljettimen roskavirrasta. Roskat määritetään ohjelmiston avulla, joka voidaan päivittää "pilven" kautta.

• Robotit Liam. Yhdysvalloissa hän purkaa vanhentuneita iPhone-puhelimia ja Englannissa - televisioita kuvaputkilla.

• Robot SamurAI Kanadan Machinex Technologiesilta. Tunnistaa muovin, pahvin, laatikot, pakkaukset konenäköisellä. Robotin tarkkuus on jo yhtä suuri kuin ihmisen.

• Venäläinen robotti GC "Environmental and Energy Technologies" jätteiden lajitteluun. Se tunnistaa 20 muovityyppiä muiden kuljetinta pitkin liikkuvien roskien joukosta, ei vain kameroiden, vaan spektrometrin avulla, joka skannaa kemiallista koostumusta ja väriä.

On myös nuoria venäläisiä projekteja, jotka eivät ole vielä tuoneet tuotteitaan markkinoille. Heidän joukossaan on YotaLabin asukas Neuro Recycling. Yritys kehittää jätteiden lajittelujärjestelmää, jossa käytetään keski- ja kevyitä robotteja, joita ohjataan hermoverkon avulla. Projektiryhmässä on 120 henkilöä, joista 50 on kehitystyössä.

Robotti-ihminen tandem

Mahdollisuus robotisoinnin käyttöönotosta jätteenkeruussa, lajittelussa ja kierrätyksessä on todellinen. Jo nyt "kädessä olevilla" teknologioilla, ottamatta huomioon utopistisia tai fantastisia ideoita, on mahdollista automatisoida ja robotisoida roskien elämänvaiheet.

Miltä se mahtaa näyttää?

Älykkäät roskakorit. Kun ne ovat täynnä, ne signaloivat "ohjauskeskukseen", ohjelmisto vastaanottaa signaalin ja muodostaa reitin.

Roskat poimitaan puoliautomaattisella jäteautolla, joka pystyy pysäköimään itsekseen ja muistaa tien.

Siirtopisteessä roskat lajitellaan robottikuljettimilla muoviksi, lasiksi, pahviksi, ruokajätteeksi ja laitetaan erillisiin astioihin. Tietyt jätteet tiivistetään puristimella, kerätään lohkoihin tai pusseihin ja lähetetään joko kaatopaikalle tai jätteenkäsittelylaitokseen.

Tehtaalla mekaanisesti: nosturit, manipulaattorit, kannattimet; roskat lähetetään kierrätykseen.

Kuljetinrobotit rakennus- ja talousjätteiden lajitteluun ovat jo käytössä. Jäterobotointi vähentää kaatopaikalle menevän jätteen määrää ja lisää kierrätettävän jätteen osuutta. Automaatio voi olla kannattavaa: robotin korvaaminen kymmenellä lajittelulla olevalla henkilöllä ja muutamalla kuljettajalla jäteautossa vähentää kustannuksia ja lisää tehokkuutta. Tämä on täysin looginen vaihe ihmiskunnan kehityksessä, sama kuin työntekijöiden työvoiman automatisointi tehtaissa. Vaikka absoluuttinen autonomia ei ole vielä mahdollista, robottien ja ihmisten tandem roskapiirissä on varsin todellinen.