Absoliutus atatranka: robotai pašalins visą aplinkos taršą

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Nuo senovės Graikijos laikų atliekų problema buvo opi. Vienas iš Heraklio žygdarbių – Augėjo arklidžių valymas – tais laikais jau buvo tik pusdievio galioje. Jeruzalėje ta žemės dalis, kur buvo pilamos šiukšlės ir kur buvo deginamos šiukšlės, buvo vadinama „Gehenna Fiery“, kuri vėliau tapo bendru pragaro pavadinimu.

Viduramžiais šiukšlės ir nuotekos buvo išmetamos pro langus tiesiai į gatvę, o tai sukėlė ligų, tokių kaip šiltinė ir maras, epidemijas. Praėjus šimtmečiams, mes šiukšlių neatsikratome per langus, o kaupiame sąvartynuose, o kai kuriose šalyse jas perdirbame.

Kasmet pasaulyje susidaro 2 milijardai tonų šiukšlių. Rusijoje viena šeima per metus išmeta daugiau nei 250 kg, dėl to sukaupta 38 mlrd. Pagal plotą tai yra 4 milijonai hektarų arba vien tik Šveicarija. Žinoma, šiukšlės yra ne vienoje vietoje, o paskirstomos tūkstančiuose sąvartynų, tarp jų ir nelegalių. Didžiausios šiukšlių sankaupos – šimto hektarų Guangdžou ir Honkongo sąvartynai, 5,2 tūkst. hektarų elektroninių prietaisų sąvartynas Guiyu Kinijoje arba 80 tūkst. tonų Didysis šiukšlių lopinėlis vandenyne.

Šiukšlės sąvartynuose dega, sukeldamos plaučių ir akių problemų arba vietiniams gyventojams vėžį. Šiukšlės suyra, patenka į dirvą, augalus ir gruntinius vandenis bei jūras. Žuvys jūroje valgo plastiką, kuris nusėda jų audiniuose ir patenka ant mūsų stalo. Net jei šiukšlės yra toli, jos paliečia mus.

Šiukšlių problema yra pasaulinė. Pusdievis jai nebepadės – jo vietą užėmė robotai. Jie gali tvarkyti milijardus tonų atliekų, nes žmonės to dar nedaro. Pažiūrėkime, kaip robotai randa, renka šiukšles, kontroliuoja taršos šaltinius ir padeda žmonėms.

Robotai – priežastis ir sprendimas

Jau rašėme apie tai, kaip robotai padeda pardavimuose ir rinkodaroje: jie susitinka su svečiais restoranuose, viešbučiuose, vaidina spektakliuose ir dirba reklamuotojais. Seniai jie užėmė žmonių vietą gamyboje. Jie taip pat gali sunaikinti šiukšles, tačiau, įdomu, jie yra tiesiogiai susiję su šių šiukšlių problema.

Masinė robotizacija prasidėjo praėjusio amžiaus 50–60-aisiais, kai buvo pradėti naudoti pramoniniai robotai įvairių prekių gamybai: nuo automobilių iki kosmetikos. Iš pradžių robotai atliko paprastas operacijas, tokias kaip antspaudų štampavimas, vėliau sudėtingesnes: detalių pjovimą, suvirinimą ir montavimą. Dabar jau veikia visiškai automatizuotos gamyklos, kuriose visas gamybos užduočių ciklas yra robotizuotas.

Robotas nepavargsta, neprašo paaukštinimo, atostoginių ir nestreikuoja, o efektyvumas yra eilės tvarka didesnis nei žmogaus. Todėl atėjus robotams prekių ir paslaugų daugėja. Daugiau prekių – daugiau išteklių sąnaudų. Daugiau sąnaudų ištekliams ir prekėms – daugiau šiukšlių. Robotizacija atpigina gamybą, sukuria daugiau pridėtinės vertės produktų, spartina ekonomiką. Jei gamyba auga, auga ir šios produkcijos atliekų.

Tačiau aplinka negali įsibėgėti. Ji negali susidoroti su dabartinėmis šiukšlėmis, ką galime pasakyti apie ateitį? Gamtoje tiesiog nėra mechanizmų, bakterijų ar gyvūnų, kurie galėtų apdoroti geležį, stiklą ar naftos produktus. Prieš keletą metų buvo aptiktos bakterijos, kurios skaido kai kurias plastiko rūšis, tačiau labai lėtai – 1 milimetrą per 30 savaičių. Bakterijoms prireiks tūkstančių metų, kad susidorotų su dabartiniu plastiko kiekiu, net jei visos gamyklos, gaminančios naujas, bus uždarytos.

Robotai yra viena iš šiukšlių problemų priežasčių, tačiau jie taip pat gali mums padėti: surinkti, rūšiuoti, išmesti ir perdirbti šiukšles.

Šiukšlių ciklas

Pažvelkime į šiukšlių gyvavimo ciklą, kur robotai gali tilpti į grandinę ir ką tiksliai jie gali padaryti.

Be gamybos, atliekų gyvavimo laikas skirstomas į etapus:

Kolekcija

Rūšiavimas

Apdorojimas

Išmetimas

Dabar visa tai daro žmonės. Šiukšles surenkame į maišus ir dedame į konteinerius. Kai kuriose šalyse, pavyzdžiui, Švedijoje, Suomijoje ar Šveicarijoje, gyventojai pagal įstatymus privalo papildomai rūšiuoti atliekas į stiklą, plastiką, organines medžiagas ir kitas rūšis. Šiukšles patekus į šiukšliadėžę, jos surenkamos šiukšliavežiu ir vežamos į paskirstymo centrą, vėliau į sąvartyną arba į atliekų perdirbimo gamyklą.

Šis pirmasis žingsnis – šiukšlių surinkimas – gali būti robotizuotas.

Šiukšlių surinkimas ir išvežimas

Atliekų surinkimo mašinos

Pirmasis šiukšlių surinkimo robotizacijos etapas – atliekų surinkimo mašinos. Jie jau įgyvendinti ir veikia Švedijoje prekybos centruose, vaistinėse ir degalinėse. Mašinos priima smulkias buitines ir kenksmingas atliekas: lemputes, baterijas, lakus, klijus, dažus, purškimo skardines, stiklinę tarą, skardines. Už gautas šiukšles automatas išduoda atlygį.

Taip išsprendžiamos dvi užduotys. Pirmoji – išmokyti žmones, turinčius finansinių paskatų, niekur nemesti šiukšlių. Antrasis – kaip nors automatizuoti atliekų surinkimą.

Tokių prietaisų Rusijoje vis dar randama nedaug – pavyzdžiui, sveiko maisto parduotuvėse „VkusVill“. Jau beveik dvejus metus parduotuvėse yra talpyklos baterijoms priimti. Kas mėnesį jie surenka beveik 10 tonų baterijų, o pavojingoms atliekoms sutvarkyti parduotuvė išleidžia 700 tūkst. Už padovanotas baterijas atlygio nėra, bet ir nereikia – viskas veikia ant altruizmo. Atskirai yra pandomatai - prietaisai plastikiniams ir aliuminio buteliams priimti.

Išmanieji atliekų konteineriai

Šiuo keliu pasuko ir išmaniuosius šiukšliadėžes pristato ir kaimynai švedai – Hagos olandai. Talpyklose yra pilnumo jutikliai. Informacija apie tai inkasavimo tarnybai perduodama keturis kartus per dieną. Paslaugoje esanti programinė įranga analizuoja šiukšlių kiekį ir sudaro surinkimo grafiką – kiekvieną kartą maršrutas yra skirtingas, priklausomai nuo duomenų. Šiukšlių surinkėjai taupo laiką ir pinigus nesurinkdami pustuščių konteinerių, be reikalo važinėdami maršrutu ir neįstrigdami kamščiuose. Be to, sistema gali planuoti maršrutą kitai dienai, analizuodama kelių dienų duomenis.

Jutikliai yra 1400 požeminių šiukšlių konteinerių Hagoje. Gamintojas yra Enevo kompanija iš Suomijos. Ji gamina jutiklius ir atliekų analizės programinę įrangą ir veikia 35 šalyse. Valstybės tarnybų ir privačių įmonių sistemos įdiegimas parodė, kad automatinis surinkimas yra efektyvesnis nei rankinis surinkimas. Naudodamos jutiklius ir programinę įrangą, įmonės sutaupo 30% atliekų surinkimo išlaidų. Sutaupyti kartais gali siekti 50 proc.

Rusijoje yra analogas - „Wasteout“įmonės įrenginys. Tai įrenginys su įmontuotais jutikliais: ultragarsu, temperatūros, pakreipimo ir radijo moduliu, skirtu duomenims apie talpyklos pilnumą perduoti. Sistema panaši į „Enovo“, tačiau išmatavimai atliekami skirtingai, todėl patentas nepažeidžiamas. Atliekų išmetimo įrenginiai įrengti Maskvoje, Sankt Peterburge ir Kalugoje. Permėje jomis naudojasi sąvartyną tvarkanti bendrovė „Bumatika“. Prietaisai sukonfigūruoti veikti esant šalčiui, karščiui ir apsaugoti nuo vandalų.

Išmaniosios šiukšliavežės

Jei duodame „protingus“šiukšlių konteinerius, tai kodėl to nepadarius su šiukšliavežiais? Atrodo logiškas žingsnis? Taip, tai teisinga.

2017 metais dvi Švedijos įmonės – automobilių milžinas „Volvo“ir atliekų išvežimo įmonė „Renovo“– pradėjo bendrą ROAR projektą – Robotų pagrindu veikiantį „Autonomous Refuse handling“arba robotizuotą šiukšliavežį.

Šiukšliavežį valdo žmogus, tačiau dalis darbų yra automatizuota. Naujus maršrutus nustato vairuotojas, o automobilis juos įsimena. Kitą kartą automobilis iki konteinerių važiuos savarankiškai naudodamas GPS, su minimaliomis degalų sąnaudomis. Šiukšliavežis įsimena cisternų ir kitų kliūčių vietą, gali judėti atbuline eiga ir apvažiuoti stovinčius automobilius. Jame sumontuoti davikliai, o jei kelyje pamatys katę, vaiką ar kitą judantį objektą, automobilis sustos. Vienintelis dalykas, kurį žmogus daro, tai valdo mechanizmą, kuris krauna atliekas į organizmą.

Prieš metus tuose pačiuose šiukšliavežiuose buvo įrengti dronai cisternų apkrovai stebėti. Tačiau projektas nebuvo parengtas. Šiukšliavežė be dronų jau veikia efektyviai.

Upių ir jūrų valymas

Atskira problema – jūrų, upių ir ežerų valymas. Vandenyje šiukšles suvaldyti sunkiau nei sausumoje. Srovės atliekas neša į įvairiausias vietas, dugne arba vandens storymėje kaupiasi šiukšlės. Jei nėra srovės, šiukšlės lieka prie kranto ir turi būti pašalintos rankiniu būdu.

Kaip su tuo susidoros robotai? Pradėkime nuo mažų

Uostai ir pakrantės zonos

RanMarine sukūrė WasteShark robotą, kuris plūduriuos uostuose ir pakrantės zonose ir rinks atliekas prieš patekdamas į atvirą vandenyną. WasteShark yra plaukiojanti plastikinė „dėžė su burna“ir elektros varikliu. Dėžė „praryja“vandenyje esančias šiukšles ir kartu analizuoja vandens kokybę, matuoja jūros ir oro temperatūrą bei perduoda šiuos duomenis „į krantą“. Dėžutės operatorius koreguoja kursą pagal duomenis.

„WasteShark“buvo išbandytas Roterdame ir dabar renka šiukšles JK ir Dubajuje.

Ateityje „RanMarine“planuoja surinkti ir į jūrą išleisti didelį „Great Waste Shark“robotą. Jis vienu metu galės surinkti 500 kg šiukšlių. Robotas bus varomas saulės baterijų ir plauks jūroje naudodamas navigatorių.

Jūros ir ežerai

Panašaus funkcionalumo įrenginys – Marine Drone – buvo sukurtas Prancūzijoje. Autoriai (Tarptautinė dizaino mokykla) nusprendė išardyti Didįjį šiukšlių pleistrą. Marine Drone yra panašus į WasteShark, bet plūduriuoja po vandeniu. Robotas yra tarsi šiukšlių dėžė su varikliais ir baterijomis, kuri plūduriuoja ir savarankiškai gaudo šiukšles.

Robotas nuplaukia į vietą, kur laive surenkamos šiukšlės, tada nuleidžiamas, o Jūrinis bepilotis orlaivis gaudo plastikinius butelius, maišelius, kartoną, kartu atbaidydamas žuvis garso skleidėjais. Prisipildžius krepšiui, robotas grįžta į laivą, kur išvežamos surinktos atliekos ir įkraunamos baterijos.

Dar keletas jūrų valymo priemonių patobulinimų

• Row-Bot yra mažas britų gamybos robotas, kuris pašalina bakterijas iš vandens. Jis semiasi energijos iš pačių bakterijų, kurias „suvirškina“pats.

• Seasarm iš JAV – plaukiojantis konvejeris, surenkantis naftos produktus nuo vandens paviršiaus.

• FRED iš ClearBlueSea – 30m burių platforma, kuri renka plastiką jūroje.

Didelė šiukšlių vieta

Upių, jūrų ir ežerų pakrantės užtvarų pašalinimas yra gana paprasta užduotis. Paprasta, palyginti su dideliu šiukšlių plotu. Tai didžiausias sąvartynas pasaulyje – šiukšlių valstybė Ramiojo vandenyno viduryje. Ji tokia didžiulė, kad panašu, kad netrukus gaus savo vėliavą ir vietą JT.

Dažniausiai vieta yra sudaryta iš plastiko ir žvejybos tinklų. Plastikas suyra laikui bėgant ir veikiamas sūraus vandens, o vėliau į daleles, kurių dydis svyruoja nuo centimetro iki milimetro ar mažesnio dydžio. Dalelės suspenduojamos vandenyje ir susidaro „plastikinė sriuba“. Ši sriuba minta planktonu, minta žuvimi, o toliau maisto grandine ant mūsų stalo patenka plastikas.

Boyanas Slatas, jaunas išradėjas iš Nyderlandų, nori išspręsti šią problemą. Bojanas įkūrė „Ocean Cleanup“– startuolį, kurio tikslas – išvalyti vandenyną nuo plastiko. Boyana vystymasis yra milžiniška, keliasdešimt ar šimtų metrų, plūduriuojanti V formos ranka, prie kurios pritvirtintas tinklas. Tinklas yra įleistas į vandenį kampu ir balansuoja ant inkarų ir mažų plūdžių. Visa konstrukcija ištempta į jūrą, o srovės dėka į ją patenka šiukšlės.

Bandomieji „važiavimai“buvo atlikti prie Olandijos, San Francisko ir Japonijos krantų, o dabar statybos juda Didžiosios vietos link. Taip, Boyano dizainas nėra robotas, bet galbūt jis išspręs didžiausią šiukšlių problemą be žmogaus įsikišimo.

Atliekų rūšiavimas ir perdirbimas

Kitas žingsnis yra rūšiavimas. Rūšiavimą ir surinkimą nuspręsta derinti Kinijoje. „Clean Robotics“startuolis pristatė šiukšliadėžės ir rūšiavimo roboto – „Trashbot“– simbiozę. Robotas yra šiukšliadėžė su kameromis, jutikliais, metalo ieškikliais ir varikliais. Kai žmogus artėja prie roboto, jutikliai tai nustato ir varikliai atidaro bako dangtį. Šiukšlės patenka į vidų, o sistema atskiria šiukšles į metalą, plastiką ir kitas rūšis.

Variantas yra egzotiškas. Jei nemanote tokių keistų šiukšlių dėžės ir rūšiavimo konvejerio hibridų, tada klasikinis šiukšlių rūšiavimo būdas vyksta keliais etapais:

Rūšiavimas į metalą ir nemetalą

Rūšiuota pagal svorį

Plastikos katedra

Popieriaus atskyrimas

Maisto atliekų rūšiavimas

Likučių rūšiavimas rankiniu būdu, kurį atlieka darbuotojai, kurie pagal tam tikras taisykles skiria šiukšles

Kiekvienas etapas yra padalintas į pogrupius. Viskas priklauso nuo šalies perdirbimo įmonių išsivystymo lygio. Atliekos, išdėliotos į skirtingus konteinerius, siunčiamos į specialias gamyklas technologiniam perdirbimui.

Statybinių atliekų rūšiavimas

Kaip ir atliekant kitus monotoniškus darbus, rūšiavimo etapas yra automatizuotas. Kompanija ZenRobotics iš Suomijos sukūrė Recycler technologiją, kuri sujungia tris etapus į vieną, tačiau kol kas tik statybinėms atliekoms.

Fiziškai robotas yra du manipuliatoriai, konvejeris, tūriniai konteineriai ir jutikliai: įvairių tipų vaizdo kameros ir metalo detektoriai. Nefiziškai – dirbtinis intelektas, kuris remiasi adaptyviu paieškos algoritmu. Algoritmas naudoja žmogaus smegenų veikimo principus. Jam rodomi šiukšlių pavyzdžiai, nurodoma, kokią rūšį jos atitinka, o algoritmas išmoksta rasti panašų bendroje atliekų masėje.

Nuolaužos tiekiamos ant konvejerio, o jutikliai ir apmokytas roboto algoritmas nustato daikto medžiagą. Robotas manipuliatoriumi paima iki 20 kg sveriantį daiktą ir nukreipia jį į atitinkamą sandėliavimo konteinerį ar konvejerio juostą apdoroti. Roboto tikslumas yra 98%.

Jei robotas negali atpažinti šiukšlių, jis konvejeriu eis į atskirą konteinerį, o tada vėl į konvejerio pradžią. Palyginti su rankiniu būdu, toks rūšiavimas yra efektyvesnis net ir su klaidomis. Rūšiavimo sistema gali būti sudaryta iš dviejų ar daugiau robotų. Roboto programinė įranga mokosi savarankiškai ir toliau veikia tiksliau.

Panašus robotas statybinėms atliekoms valyti buvo sukurtas Kinijoje. Songjiang mieste, viename iš Šanchajaus rajonų, penkių aukštų pastato dydžio automobiliai valo šiukšles iš statybų aikštelės. Jie atskiria atliekas į gruntą, smėlį, plytas ir atliekas, skirtas sudeginti. Robotai susmulkina dideles betono, akmenų ar skiedinio frakcijas, kad būtų lengviau jas transportuoti į sąvartyną. Statybinės atliekos labai dulkėtos, tačiau ši problema buvo išspręsta vandens uždanga. Per vieną valandą robotas apdoroja 300 tonų šiukšlių. Tai prilygsta 25 žmonių darbui.

Šie robotai yra pilotiniai robotai. Šiemet jie planuoja įrenginį patobulinti. Projektavimą atlieka CSG robotų bazės tyrimų centras. Planuojama pasiekti 600 tūkst. tonų perdirbimo lygį per metus. Kinija yra nuolatinių statybų šalis. Statybų pramonė sudaro 6-7% šalies BVP, todėl tokie robotai pasmerkti naudoti visur.

Rūšiavimas į skirtingus tipus

Kitas panašus rūšiuotojas buvo sukurtas Vokietijoje. Gunther Envirotech sukūrė rūšiavimo gamyklą Splitter. Priešingai nei jo kolegos iš Suomijos, vokiškame įrenginyje nenaudojami jutikliai, jutikliai ar programinė įranga. Vietoje to dirba mechanikai: tam tikros formos sraigtai ir velenai atliekas rūšiuoja pagal formą, dydį ir svorį į tris kategorijas. Šiukšlių rūšiavimas Splitter robotu yra grubus ir tinkamas pirminiam frakcionavimui.

Tolesnė rūšiuotojų raida bus sudėtinga. Šiukšlės bus rūšiuojamos į betonines, lengvąsias ir sunkiąsias plytas, akytasis betonas, silikatas, gipsas, asbestinis. Už statybos pramonės ribų robotai turi būti dar sudėtingesni: rūšiuoti į plastiką, popierių, medieną, elektroninius prietaisus, audinius, maisto atliekas, vaistus. Kiekviena kategorija turi būti suskirstyta pagal svorį, dydį ir tipą, pavyzdžiui, kartoną ir popierių.

Šis kelias jau vyksta MIT – Masačusetso technologijos institute. Kuriamas „RoCycle“robotų rūšiavimo įrenginys. Kaip sumanyta, robotas gali nustatyti medžiagos tipą. Tam jis turi lytėjimo jutiklius, o ateityje bus pridėtos kameros ir kompiuterinis matymas.

Yra nemažai kitų aktyvių rūšiavimo robotų

• AMP Cortex iš AMP Robotics JAV. Robotas siurbtuku ištraukia kartoną iš šiukšlių srauto ant konvejerio. Šiukšlės nustatomos naudojant programinę įrangą, kurią galima atnaujinti per „debesį“.

• Robotai Liamas. JAV jis ardo pasenusius „iPhone“, o Anglijoje – televizorius su vaizdo vamzdeliais.

• Robotas SamurAI iš Kanados „Machinex Technologies“. Atpažįsta plastiką, kartoną, dėžutes, pakuotes su mašininiu matymu. Roboto tikslumas jau prilygsta žmogaus.

• Rusiškas robotas atliekoms iš GC „Aplinkos ir energetikos technologijos“rūšiuoti. Jis atpažįsta 20 rūšių plastiko tarp kitų šiukšlių, judančių palei konvejerį ne tik kameromis, bet ir spektrometru, kuris nuskaito cheminę sudėtį ir spalvą.

Taip pat yra jaunų Rusijos projektų, kurie savo produkcijos į rinką dar neatnešė. Tarp jų yra „Neuro Recycling“, „YotaLab“gyventojas. Įmonė kuria atliekų rūšiavimo sistemą naudodama vidutinio ir lengvo galingumo robotus, valdomus neuroniniu tinklu. Projekto komandoje dirba 120 žmonių, 50 iš jų užsiima plėtra.

Robotas-žmogus tandemas

Atliekų surinkimo, rūšiavimo ir perdirbimo robotizavimo perspektyva yra reali. Jau dabar naudojant „po ranka“esančias technologijas, neįvertinus utopinių ar fantastinių idėjų, galima automatizuoti ir robotizuoti šiukšlių gyvavimo etapus.

Kaip tai gali atrodyti?

Išmaniosios šiukšliadėžės. Kai jos prisipildo, signalizuoja į „valdymo centrą“, programinė įranga priima signalą ir suformuoja maršrutą.

Šiukšles surenka pusiau automatinis šiukšliavežis, kuris gali stovėti savarankiškai ir prisimena kelią.

Perdavimo punkte šiukšlės robotais konvejeriais rūšiuojamos į plastiką, stiklą, kartoną, maisto atliekas ir sudedamos į atskirus konteinerius. Tam tikros atliekos suspaudžiamos presu, surenkamos į blokus arba maišus ir siunčiamos į sąvartyną arba į atliekų perdirbimo įmonę.

Gamykloje mechaniškai: kranai, manipuliatoriai, nešikliai; šiukšlės siunčiamos perdirbti.

Jau veikia konvejeriniai robotai statybinėms ir civilinėms atliekoms rūšiuoti. Atliekų robotizavimas sumažina į sąvartynus patenkančių atliekų procentą ir padidina perdirbamų atliekų procentą. Automatizavimas gali būti pelningas: pakeitus robotą keliolika rūšiuojančių žmonių ir keliais vairuotojais šiukšliavežyje sumažinamos išlaidos ir padidėja efektyvumas. Tai visiškai logiškas žmonijos vystymosi etapas, toks pat, kaip ir darbuotojų darbo automatizavimas gamyklose. Nors absoliuti autonomija dar neįmanoma, robotų ir žmonių tandemas šiukšlių sferoje yra gana realus.