Absolutny odrzut: roboty wyeliminują wszelkie zanieczyszczenia środowiska

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Od czasów starożytnej Grecji kwestia odpadów była dotkliwa. Jeden z wyczynów Herkulesa - oczyszczenie stajni Augiasza - był już w tamtych czasach w mocy tylko półboga. W Jerozolimie ta część ziemi, na której wyrzucano śmieci i palono je, nazywano Gehenną Ognistą, co później stało się ogólnym określeniem piekło.

W średniowieczu śmieci i ścieki były wyrzucane z okien bezpośrednio na ulicę, co powodowało epidemie chorób takich jak tyfus i dżuma. Po stuleciach śmieci nie wyrzucamy przez okna, tylko przechowujemy je na wysypiskach, a w niektórych krajach poddajemy je recyklingowi.

Każdego roku na świecie powstają 2 miliardy ton śmieci. W Rosji jedna rodzina wyrzuca rocznie ponad 250 kg, w wyniku czego zgromadzono 38 miliardów ton. Pod względem powierzchni to 4 miliony hektarów lub sama Szwajcaria. Oczywiście śmieci nie znajdują się w jednym miejscu, ale są rozmieszczone na tysiącach składowisk, w tym nielegalnych. Najbardziej masowe nagromadzenia śmieci to stuhektarowe wysypiska śmieci w Kantonie i Hongkongu, wysypisko urządzeń elektronicznych Guiyu w Chinach na 5,2 tys. ha, czy Wielka Plama Śmieci na Oceanie za 80 tys. ton.

Śmieci na wysypiskach spalają się, powodując problemy z płucami i oczami lub raka u okolicznych mieszkańców. Śmieci rozkładają się, przedostają do gleby, roślin oraz wód gruntowych i mórz. Ryby w morzu zjadają plastik, który odkłada się w ich tkankach i ląduje na naszym stole. Nawet jeśli śmieci są daleko, dotykają nas.

Problem śmieci ma charakter globalny. Półbóg już jej nie pomoże - jego miejsce zajęły roboty. Mogą być w stanie poradzić sobie z miliardami ton odpadów, ponieważ ludzie jeszcze tego nie robią. Przyjrzyjmy się, jak roboty znajdują, zbierają śmieci, kontrolują źródła zanieczyszczeń i pomagają ludziom.

Roboty - przyczyna i rozwiązanie

O tym, jak roboty pomagają w sprzedaży i marketingu pisaliśmy już wcześniej: spotykają gości w restauracjach, hotelach, bawią się w przedstawieniach i pracują jako promotorzy. Dawno temu zajęli miejsce ludzi w produkcji. Są również zdolne do niszczenia śmieci, ale co ciekawe, są bezpośrednio związane z problemem tych śmieci.

Masowa robotyzacja rozpoczęła się w latach 50. i 60. ubiegłego wieku, kiedy wprowadzono roboty przemysłowe do produkcji różnych towarów: od samochodów po kosmetyki. Roboty wykonywały początkowo proste operacje, takie jak tłoczenie stempli, potem bardziej skomplikowane: cięcie, spawanie i instalowanie części. Teraz działają już w pełni zautomatyzowane fabryki, w których zrobotyzowany jest cały cykl zadań produkcyjnych.

Robot nie męczy się, nie prosi o awans, wynagrodzenie urlopowe i nie strajkuje, a wydajność jest o rząd wielkości wyższa niż u człowieka. Dlatego wraz z pojawieniem się robotów pojawia się więcej towarów i usług. Więcej towarów - więcej kosztów zasobów. Większe koszty surowców i towarów - więcej śmieci. Robotyzacja sprawia, że produkcja jest tańsza, tworzy produkty o większej wartości dodanej i przyspiesza gospodarkę. Jeśli produkcja rośnie, rośnie również marnotrawstwo tej produkcji.

Jednak środowisko nie może przyspieszyć. Nie radzi sobie z obecnymi śmieciami, co możemy powiedzieć o przyszłości? W naturze po prostu nie ma mechanizmów, bakterii ani zwierząt, które mogłyby przetwarzać żelazo, szkło czy produkty naftowe. Kilka lat temu odkryto bakterie rozkładające niektóre rodzaje plastiku, ale bardzo powoli – 1 milimetr w ciągu 30 tygodni. Bakterie potrzebują tysięcy lat, aby poradzić sobie z obecną ilością plastiku, nawet jeśli wszystkie fabryki produkujące nowe zostaną zamknięte.

Roboty są jedną z przyczyn problemów ze śmieciami, ale mogą nam również pomóc: zbierać, sortować, wyrzucać i przetwarzać śmieci.

Cykl śmieci

Przyjrzyjmy się cyklowi życia śmieci, gdzie roboty mogą zmieścić się w łańcuchu i co dokładnie mogą zrobić.

Poza produkcją, życie odpadów dzieli się na etapy:

Kolekcja

Sortowanie

Przetwarzanie

Sprzedaż

Teraz wszystko to robią ludzie. Zbieramy śmieci do worków i wyrzucamy do koszy. W niektórych krajach, takich jak Szwecja, Finlandia czy Szwajcaria, mieszkańcy są prawnie zobowiązani do dodatkowego sortowania odpadów na szkło, plastik, materię organiczną i inne. Śmieci po tym, jak trafią do kosza, są odbierane przez śmieciarkę i transportowane do centrum dystrybucyjnego, a następnie na wysypisko lub do zakładu recyklingu odpadów.

Ten pierwszy krok – zbieranie śmieci – można zrobotyzować.

Wywóz i utylizacja śmieci

Maszyny do zbiórki odpadów

Pierwszym etapem robotyzacji zbiórki śmieci są maszyny do zbiórki odpadów. Zostały już wdrożone i pracują w Szwecji w supermarketach, aptekach i stacjach benzynowych. Maszyny przyjmują drobne odpady komunalne i szkodliwe: żarówki, baterie, lakiery, kleje, farby, spraye, pojemniki szklane, puszki. Automat rozdaje nagrodę za otrzymane śmieci.

W ten sposób rozwiązywane są dwa zadania. Pierwszym z nich jest nauczenie ludzi, którzy mają bodźce finansowe, aby nigdzie nie wyrzucali śmieci. Drugi to w pewien sposób zautomatyzować zbiórkę odpadów.

Takie urządzenia wciąż można znaleźć w Rosji tylko w niewielkich ilościach - na przykład w sklepach ze zdrową żywnością VkusVill. Od prawie dwóch lat sklepy posiadają pojemniki do przyjmowania baterii. Co miesiąc zbierają prawie 10 ton baterii, a sklep wydaje 700 tysięcy rubli na usuwanie niebezpiecznych odpadów. Nie ma nagrody za podarowane baterie, ale nie jest to potrzebne – wszystko działa na altruizmie. Osobno znajdują się pandomaty - urządzenia do przyjmowania plastikowych i aluminiowych butelek.

Inteligentne pojemniki na odpady

Sąsiedzi Szwedów, Holendrzy w Hadze również poszli tą drogą i wprowadzają sprytne śmietniki. Pojemniki posiadają czujniki pełności. Informacja o tym jest przekazywana do służby windykacyjnej cztery razy dziennie. Oprogramowanie w serwisie analizuje ilość śmieci i buduje harmonogram zbierania - za każdym razem trasa jest inna, w zależności od danych. Śmieciarki oszczędzają czas i pieniądze, nie zbierając do połowy pustych pojemników, niepotrzebnej jazdy po trasie i bez stania w korkach. Dodatkowo system może zaplanować trasę na kolejny dzień, analizując dane przez kilka dni.

Czujniki znajdują się w 1400 podziemnych kontenerach na śmieci w Hadze. Producentem jest firma Enevo z Finlandii. Produkuje czujniki i oprogramowanie do analizy odpadów i działa w 35 krajach. Wdrożenie systemu dla służb rządowych i firm prywatnych pokazało, że zbiórka automatyczna jest bardziej efektywna niż zbiórka ręczna. Dzięki czujnikom i oprogramowaniu firmy oszczędzają 30% na kosztach odbioru odpadów. Oszczędności mogą czasami sięgać nawet 50%.

W Rosji jest analog - urządzenie firmy Wasteout. Jest to urządzenie z wbudowanymi czujnikami: ultradźwiękowym, temperatury, przechyłu oraz modułem radiowym do przesyłania danych o zapełnieniu kontenera. System jest podobny do Enovo, ale pomiary wykonywane są inaczej, więc patent nie jest naruszony. Urządzenia odpadowe są instalowane w Moskwie, Sankt Petersburgu i Kałudze. W Permie wykorzystuje je firma Bumatika, która zarządza składowiskiem. Urządzenia są skonfigurowane do pracy w mrozie, upale i są zabezpieczone przed wandalami.

Inteligentne śmieciarki

Jeśli dajemy „inteligentne” pojemniki na śmieci, to dlaczego nie zrobić tego samego ze śmieciarkami? Wydaje się logicznym krokiem? Tak to prawda.

W 2017 roku dwie szwedzkie firmy, gigant samochodowy Volvo i firma zajmująca się utylizacją odpadów Renovo, uruchomiły wspólny projekt ROAR - Robot-based Autonomous Refuse lub zrobotyzowana śmieciarka.

Śmieciarka jest obsługiwana przez człowieka, ale część pracy jest zautomatyzowana. Nowe trasy układa kierowca, a samochód je pamięta. Następnym razem samochód podjedzie do kontenerów sam z GPS, przy minimalnym zużyciu paliwa. Śmieciarka zapamiętuje położenie czołgów i innych przeszkód, potrafi poruszać się do tyłu i omijać zaparkowane samochody. Ma zainstalowane czujniki, a jeśli zobaczy na drodze kota, dziecko lub inny poruszający się obiekt, samochód się zatrzyma. Jedyne, co robi człowiek, to obsługa mechanizmu, który ładuje odpady do organizmu.

Rok wcześniej te same śmieciarki zostały wyposażone w drony do monitorowania obciążenia zbiorników. Ale projekt nie został opracowany. Śmieciarka bez dronów już działa sprawnie.

Oczyszczanie rzek i mórz

Osobną kwestią jest oczyszczenie mórz, rzek i jezior. Śmieci są trudniejsze do opanowania w wodzie niż na lądzie. Prądy niosą odpady w różne miejsca, śmieci gromadzą się na dnie lub w słupie wody. Jeśli nie ma prądu, śmieci pozostają poza wybrzeżem i muszą być usuwane ręcznie.

Jak roboty sobie z tym poradzą? Zacznijmy od małych

Porty i obszary przybrzeżne

RanMarine opracowała robota WasteShark, który będzie unosił się w portach i na obszarach przybrzeżnych i zbierał odpady, zanim dotrą do otwartego oceanu. WasteShark to pływające plastikowe „pudełko z pyskiem” i silnikiem elektrycznym. Pudełko „połyka” śmieci w wodzie i jednocześnie analizuje jakość wody, mierzy temperaturę morza i powietrza i przekazuje te dane „na brzeg”. Operator skrzynki koryguje kurs na podstawie danych.

WasteShark został przetestowany w Rotterdamie i teraz zbiera śmieci w Wielkiej Brytanii i Dubaju.

W przyszłości RanMarine planuje zmontować i wypuścić do morza dużego robota Great Waste Shark. Jednorazowo będzie mógł zebrać 500 kg śmieci. Robot będzie zasilany panelami słonecznymi i poruszał się po morzu za pomocą nawigatora.

Morza i jeziora

Urządzenie o podobnej funkcjonalności – Marine Drone – zostało opracowane we Francji. Autorzy (International School of Design) postanowili rozebrać Great Garbage Patch. Marine Drone jest podobny do WasteShark, ale unosi się pod wodą. Robot jest jak kosz na śmieci z silnikami i akumulatorami, który unosi się i samodzielnie wyłapuje zanieczyszczenia.

Robot dopływa do miejsca, w którym śmieci są zbierane na statku, następnie są opuszczane, a Marine Drone łapie plastikowe butelki, torby, karton, jednocześnie odstraszając ryby emiterami dźwięku. Gdy kosz się zapełni, robot wraca na statek, gdzie zebrane odpady są usuwane, a akumulatory doładowywane.

Jeszcze kilka opracowań morskich środków czyszczących

• Row-Bot to mały robot brytyjskiej produkcji, który usuwa bakterie z wody. Czerpie energię z samych bakterii, którą sam w sobie „trawi”.

• Seasarm z USA – pływający przenośnik zbierający produkty ropopochodne z powierzchni wody.

• FRED firmy ClearBlueSea - 30m platforma żaglowa, która zbiera plastik na morzu.

Duże miejsce na śmieci

Usuwanie przybrzeżnych zatorów rzek, mórz i jezior to stosunkowo proste zadanie. Prosty w stosunku do Dużej Plamy Śmieci. To największe wysypisko śmieci na świecie - stan śmieci na środku Oceanu Spokojnego. Jest tak ogromny, że wygląda na to, że wkrótce dostanie własną flagę i miejsce w ONZ.

W większości miejsce to składa się z plastiku i sieci rybackich. Plastik rozpada się z czasem i pod wpływem słonej wody, a następnie na cząstki o wielkości od centymetra do milimetra lub mniej. Cząsteczki zawieszone w wodzie tworzą „plastikową zupę”. Ta zupa żywi się planktonem, żywi się rybami, a dalej w łańcuchu pokarmowym plastik trafia na nasz stół.

Boyan Slat, młody wynalazca z Holandii, chce rozwiązać ten problem. Bojan założył Ocean Cleanup, startup, którego celem jest oczyszczenie oceanu z plastiku. Rozwój Boyany to gigantyczne, kilkudziesięcio- lub kilkusetmetrowe, unoszące się ramię w kształcie litery V, do którego przymocowana jest siatka. Siatka jest zanurzona w wodzie pod kątem i balansuje na kotwicach i małych pływakach. Cała konstrukcja wyciągnięta jest w morze, a dzięki prądowi nurt dostają się do niej gruzy.

Testowe „jazdy” zostały przeprowadzone u wybrzeży Holandii, San Francisco i Japonii, a teraz budowa zmierza w kierunku Great Spot. Tak, projekt Boyana nie jest robotem, ale być może rozwiąże największy problem ze śmieciami bez ingerencji człowieka.

Sortowanie i recykling odpadów

Następnym krokiem jest sortowanie. Postanowiono połączyć sortowanie i zbiórkę w Chinach. Startup Clean Robotics wprowadził symbiozę kosza na śmieci i robota sortującego – Trashbota. Robot to kosz na śmieci z kamerami, czujnikami, wykrywaczami metalu i silnikami. Gdy osoba zbliża się do robota, czujniki wykrywają to, a silniki otwierają pokrywę zbiornika. Odłamki spadają do wewnątrz, a system dzieli je na metal, plastik i inne rodzaje.

Opcja jest egzotyczna. Jeśli nie bierzesz pod uwagę tak dziwnych hybryd kosza na śmieci i przenośnika sortującego, to klasyczna metoda sortowania śmieci przebiega w kilku etapach:

Sortowanie na metal i niemetal

Posortowane według wagi

Zakład Tworzyw Sztucznych

Separacja papieru

Segregacja odpadów spożywczych

Ręczne sortowanie pozostałości przez pracowników, którzy według określonych zasad segregują śmieci

Każdy etap podzielony jest na podetapy. Wszystko zależy od poziomu rozwoju przedsiębiorstw przetwórczych w kraju. Odpady ułożone w różnych pojemnikach trafiają do specjalnych zakładów w celu przetworzenia technologicznego.

Sortowanie odpadów budowlanych

Podobnie jak w przypadku innych monotonnych prac, etap sortowania jest zautomatyzowany. Firma ZenRobotics z Finlandii stworzyła technologię Recycler, która łączy trzy etapy w jeden, ale na razie tylko dla odpadów budowlanych.

Fizycznie robot to dwa manipulatory, taśmociąg, pojemniki wolumetryczne i czujniki: różnego rodzaju kamery wideo i wykrywacze metali. Niefizycznie - sztuczna inteligencja, która opiera się na adaptacyjnym algorytmie wyszukiwania. Algorytm wykorzystuje zasady funkcjonowania ludzkiego mózgu. Pokazują mu próbki śmieci, wskazują jakiego rodzaju odpowiadają, a algorytm uczy się znajdować podobny w całkowitej masie odpadów.

Gruz jest podawany na taśmociąg, a czujniki i algorytm wyszkolonego robota określają materiał przedmiotu. Robot chwyta manipulatorem przedmiot o wadze do 20 kg i kieruje go do odpowiedniego pojemnika magazynowego lub przenośnika taśmowego w celu przetworzenia. Dokładność robota wynosi 98%.

Jeśli robot nie może rozpoznać śmiecia, to pojedzie przenośnikiem do oddzielnego pojemnika, a następnie ponownie na początek przenośnika. W porównaniu z metodą ręczną takie sortowanie jest bardziej wydajne nawet przy błędach. System sortowania może składać się z dwóch lub więcej robotów. Oprogramowanie robota samouczy się i dalej działa dokładniej.

Podobny robot do sprzątania odpadów budowlanych został opracowany w Chinach. W Songjiang, jednej z dzielnic Szanghaju, samochody wielkości pięciopiętrowego budynku usuwają gruz z placu budowy. Separują odpady na glebę, piasek, cegły i odpady do spalenia. Roboty rozdrabniają duże frakcje betonu, kamieni lub zaprawy, aby ułatwić ich transport na wysypisko. Odpady budowlane są bardzo pylące, ale problem ten został rozwiązany za pomocą kurtyny wodnej. W ciągu godziny robot przetwarza 300 ton śmieci. Odpowiada to pracy 25 osób.

Te roboty są robotami pilotowymi. W tym roku planują ulepszyć urządzenie. Projekt realizowany jest przez centrum badawcze CSG Robot Base. W planach jest osiągnięcie poziomu przerobu 600 tys. ton rocznie. Chiny to kraj o ciągłej budowie. Branża budowlana odpowiada za 6-7% PKB kraju, więc takie roboty są skazane na wszędzie.

Sortowanie na różne typy

Inny podobny sortownik został opracowany w Niemczech. Gunther Envirotech opracował sortownię Splitter. W przeciwieństwie do swoich odpowiedników z Finlandii, niemieckie urządzenie nie korzysta z czujników, czujników ani oprogramowania. Zamiast tego działa mechanika: ślimaki i wały o określonym kształcie sortują odpady według kształtu, wielkości i wagi na trzy kategorie. Sortowanie śmieci przez robota Splitter jest zgrubne i nadaje się do frakcjonowania wstępnego.

Dalsza ewolucja sortowników będzie podążać ścieżką komplikacji. Śmieci będą sortowane na beton, lekką i ciężką cegłę, gazobeton, krzemiany, gips, azbest. Poza branżą budowlaną roboty muszą być jeszcze bardziej skomplikowane: sortowanie na plastik, papier, drewno, urządzenia elektroniczne, tkaniny, odpady żywnościowe, lekarstwa. Każda kategoria wymaga podziału według wagi, rozmiaru i rodzaju, na przykład karton i papier.

Ta ścieżka jest już w drodze w MIT - Massachusetts Institute of Technology. Robot do sortowania RoCycle w fazie rozwoju. Zgodnie z założeniami robot jest w stanie określić rodzaj materiału. Aby to zrobić, ma czujniki dotykowe, a w przyszłości zostaną dodane kamery i wizja komputerowa.

Istnieje wiele innych aktywnych robotów sortujących

• AMP Cortex firmy AMP Robotics w USA. Robot wyciąga karton za pomocą przyssawki ze strumienia gruzu na przenośniku. Śmieci są określane za pomocą oprogramowania, które można aktualizować za pomocą „chmury”.

• Roboty Liam. W USA demontuje przestarzałe iPhone'y, a w Anglii - telewizory z kineskopami.

• Robot SamurAI kanadyjskiej firmy Machinex Technologies. Rozpoznaje plastik, karton, pudła, opakowania za pomocą wizji maszynowej. Dokładność robota jest już równa dokładności człowieka.

• Rosyjski robot do sortowania odpadów z GC "Environmental and Energy Technologies". Rozpoznaje 20 rodzajów plastiku wśród innych odpadów, które poruszają się wzdłuż przenośnika, nie tylko za pomocą kamer, ale także spektrometru, który skanuje skład chemiczny i kolor.

Są też młode rosyjskie projekty, które jeszcze nie wprowadziły swoich produktów na rynek. Wśród nich jest Neuro Recycling, rezydent YotaLab. Firma opracowuje system sortowania odpadów z wykorzystaniem robotów średnio- i lekkich, sterowanych przez sieć neuronową. Zespół projektowy liczy 120 osób, z czego 50 zajmuje się rozwojem.

Tandem robot-człowiek

Perspektywa wprowadzenia robotyzacji w zbiórce, sortowaniu i recyklingu odpadów jest realna. Już teraz, korzystając z technologii, które są „pod ręką”, bez uwzględniania utopijnych czy fantastycznych pomysłów, można zautomatyzować i zrobotyzować etapy śmieciowego życia.

Jak to może wyglądać?

Inteligentne kosze na śmieci. Kiedy są pełne, sygnalizują „centrum kontroli”, oprogramowanie odbiera sygnał i tworzy trasę.

Śmieci są odbierane przez półautomatyczną śmieciarkę, która potrafi sama zaparkować i zapamiętuje drogę.

W punkcie przeładunkowym śmieci są sortowane przez zrobotyzowane przenośniki na plastik, szkło, tekturę, odpady spożywcze i umieszczane w osobnych pojemnikach. Niektóre rodzaje odpadów są prasowane za pomocą prasy, gromadzone w blokach lub workach i wysyłane na składowisko lub do zakładu przetwarzania odpadów.

W fabryce mechanicznie: dźwigi, manipulatory, nośniki; śmieci trafiają do recyklingu.

Roboty przenośnikowe do sortowania odpadów budowlanych i komunalnych już działają. Robotyzacja odpadów zmniejsza procent odpadów trafiających na składowiska i zwiększa procent odpadów poddanych recyklingowi. Automatyzacja może się opłacać: zastąpienie robota kilkunastoma osobami przy sortowaniu i kilkoma kierowcami na śmieciarce obniża koszty i zwiększa wydajność. Jest to całkowicie logiczny etap rozwoju ludzkości, podobnie jak automatyzacja pracy robotników w fabrykach. Chociaż absolutna autonomia nie jest jeszcze możliwa, tandem robotów i ludzi w sferze śmieci jest całkiem realny.