Absolūts atsitiens: roboti novērsīs visu vides piesārņojumu

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Kopš Senās Grieķijas laikiem atkritumu problēma bija aktuāla. Viens no Hercules varoņdarbiem - Augean staļļu tīrīšana - jau tajos laikos bija tikai padieva varā. Jeruzalemē to zemes daļu, kur tika izgāzti atkritumi un kur tika dedzināti atkritumi, sauca par ugunīgo Gehennu, kas vēlāk kļuva par vispārēju elles apzīmējumu.

Viduslaikos atkritumi un notekūdeņi tika izmesti no logiem tieši uz ielu, kas izraisīja tādu slimību epidēmijas kā tīfs un mēris. Pēc gadsimtiem mēs neatbrīvojamies no atkritumiem caur logiem, bet uzglabājam tos poligonos, un dažās valstīs tos pārstrādājam.

Katru gadu pasaulē tiek radīti 2 miljardi tonnu atkritumu. Krievijā viena ģimene gadā izmet vairāk nekā 250 kg, kā rezultātā sakrājušies 38 miljardi tonnu. Pēc platības tie ir 4 miljoni hektāru jeb Šveice vien. Protams, atkritumi neatrodas vienuviet, bet tiek sadalīti pa tūkstošiem poligonu, arī nelegālo. Lielākie atkritumu uzkrājumi ir poligoni Guandžou un Honkongā simt hektāru platībā, elektronisko ierīču izgāztuve Guiyu Ķīnā 5,2 tūkstošu hektāru platībā vai Lielais atkritumu laukums okeānā par 80 tūkstošiem tonnu.

Atkritumi poligonos sadedzina, izraisot plaušu un acu problēmas vai vēzi vietējiem iedzīvotājiem. Atkritumi sadalās, nokļūst augsnē, augos un gruntsūdeņos un jūrās. Zivis jūrā ēd plastmasu, kas nogulsnējas to audos un nonāk uz mūsu galda. Pat ja atkritumi ir tālu, tie mūs skar.

Atkritumu problēma ir globāla. Padievs viņai vairs nepalīdzēs – viņa vietu ieņēmuši roboti. Viņi var tikt galā ar miljardiem tonnu atkritumu, jo cilvēki to vēl nedara. Apskatīsim, kā roboti atrod, savāc atkritumus, kontrolē piesārņojuma avotus un palīdz cilvēkiem.

Roboti - cēlonis un risinājums

Jau rakstījām par to, kā roboti palīdz tirdzniecībā un mārketingā: viņi satiek viesus restorānos, viesnīcās, spēlē izrādēs un strādā kā promouteri. Sen viņi ieņēma cilvēku vietu ražošanā. Tie spēj arī iznīcināt atkritumus, taču, interesanti, tie ir tieši saistīti ar šo atkritumu problēmu.

Masu robotizācija aizsākās pagājušā gadsimta 50. un 60. gados, kad tika ieviesti rūpnieciskie roboti dažādu preču ražošanai: no automašīnām līdz kosmētikai. Sākumā roboti veica vienkāršas darbības, piemēram, zīmogu štancēšanu, pēc tam sarežģītākas: detaļu griešanu, metināšanu un uzstādīšanu. Tagad jau darbojas pilnībā automatizētas rūpnīcas, kurās tiek robotizēts viss ražošanas uzdevumu cikls.

Robots nenogurst, neprasa paaugstinājumu, atvaļinājuma naudu un nestreiko, un efektivitāte ir par kārtu augstāka nekā cilvēkam. Tāpēc līdz ar robotu ienākšanu preču un pakalpojumu ir vairāk. Vairāk preču - vairāk resursu izmaksu. Vairāk resursu un preču izmaksu - vairāk atkritumu. Robotizācija padara ražošanu lētāku, rada produktus ar lielāku pievienoto vērtību un paātrina ekonomiku. Ja ražošana aug, pieaug arī šīs ražošanas atkritumi.

Tomēr vide nevar paātrināties. Viņa nevar tikt galā ar pašreizējiem atkritumiem, ko mēs varam teikt par nākotni? Dabā vienkārši nav mehānismu, baktēriju vai dzīvnieku, kas varētu apstrādāt dzelzi, stiklu vai naftas produktus. Pirms dažiem gadiem tika atklātas baktērijas, kas sadala dažu veidu plastmasu, bet ļoti lēni - 1 milimetrs 30 nedēļu laikā. Baktērijām būs nepieciešami tūkstošiem gadu, lai tiktu galā ar pašreizējo plastmasas apjomu, pat ja visas rūpnīcas, kas ražo jaunas, tiks slēgtas.

Roboti ir viens no atkritumu problēmu cēloņiem, taču tie var arī mums palīdzēt: savākt, šķirot, izmest un pārstrādāt atkritumus.

Atkritumu cikls

Apskatīsim atkritumu dzīves ciklu, kur roboti var iekļauties ķēdē un ko tieši viņi spēj.

Papildus ražošanai atkritumu kalpošanas laiks ir sadalīts posmos:

Kolekcija

Šķirošana

Apstrāde

Atbrīvošanās

Tagad to visu dara cilvēki. Atkritumus savācam maisos un liekam tvertnēs. Dažās valstīs, piemēram, Zviedrijā, Somijā vai Šveicē, iedzīvotājiem ar likumu noteikts pienākums papildus šķirot atkritumus stiklā, plastmasā, organiskajās vielās un citos veidos. Pēc tam, kad atkritumi ir nonākuši tvertnē, tos savāc atkritumu mašīna un nogādā sadales centrā, pēc tam uz poligonu vai atkritumu pārstrādes rūpnīcu.

Šo pirmo soli – atkritumu savākšanu – var robotizēt.

Atkritumu savākšana un izvešana

Atkritumu savākšanas mašīnas

Atkritumu savākšanas robotizācijas pirmais posms ir atkritumu savākšanas mašīnas. Tie jau ir ieviesti un darbojas Zviedrijā lielveikalos, aptiekās un degvielas uzpildes stacijās. Mašīnās tiek pieņemti sīki sadzīves un kaitīgie atkritumi: spuldzes, akumulatori, lakas, līmvielas, krāsas, aerosola baloniņi, stikla taras, kannas. Tirdzniecības automāts izsniedz atlīdzību par saņemtajiem atkritumiem.

Šādi tiek atrisināti divi uzdevumi. Pirmais ir iemācīt cilvēkiem ar finansiāliem stimuliem nekur neizmest atkritumus. Otrs ir kaut kādā veidā automatizēt atkritumu savākšanu.

Šādas ierīces Krievijā joprojām atrodamas tikai nelielā skaitā - piemēram, veselīgas pārtikas veikalos VkusVill. Jau gandrīz divus gadus veikalos ir konteineri bateriju saņemšanai. Katru mēnesi viņi savāc gandrīz 10 tonnas akumulatoru, un veikals tērē 700 tūkstošus rubļu bīstamo atkritumu apglabāšanai. Par ziedotajām baterijām atlīdzības nav, bet nevajag – viss darbojas uz altruisma. Atsevišķi ir pandomāti - ierīces plastmasas un alumīnija pudeļu saņemšanai.

Viedie atkritumu konteineri

Arī zviedru kaimiņi Hāgas nīderlandieši ir gājuši šo ceļu un ievieš viedās atkritumu tvertnes. Tvertnēm ir pilnības sensori. Informācija par to tiek nosūtīta savākšanas dienestam četras reizes dienā. Pakalpojumā esošā programmatūra analizē atkritumu daudzumu un veido savākšanas grafiku - katru reizi maršruts ir atšķirīgs, atkarībā no datiem. Atkritumu savācēji ietaupa laiku un naudu, nesavācot pustukšas tvertnes, lieki braukājot pa maršrutu un neiestrēgstot sastrēgumos. Turklāt sistēma var plānot maršrutu nākamajai dienai, analizējot datus par vairākām dienām.

Sensori atrodas 1400 pazemes atkritumu konteineros Hāgā. Ražotājs ir uzņēmums Enevo no Somijas. Tas ražo sensorus un atkritumu analīzes programmatūru un darbojas 35 valstīs. Sistēmas ieviešana valsts dienestiem un privātiem uzņēmumiem ir parādījusi, ka automātiskā savākšana ir efektīvāka nekā manuāla savākšana. Uzņēmumi ietaupa 30% no atkritumu savākšanas izmaksām, izmantojot sensorus un programmatūru. Ietaupījumi dažkārt var sasniegt pat 50%.

Krievijā ir analogs - ierīce no uzņēmuma Wasteout. Šī ir ierīce ar iebūvētiem sensoriem: ultraskaņas, temperatūras, slīpuma un radio moduli datu pārraidei par konteinera pilnību. Sistēma ir līdzīga Enovo, taču mērījumi tiek veikti atšķirīgi, tāpēc patents netiek pārkāpts. Atkritumu izplūdes ierīces ir uzstādītas Maskavā, Sanktpēterburgā un Kalugā. Permā tos izmanto uzņēmums Bumatika, kas apsaimnieko poligonu. Ierīces ir konfigurētas darbam salnā, karstumā un ir aizsargātas no vandaļiem.

Gudrās atkritumu mašīnas

Ja dodam “gudros” atkritumu konteinerus, tad kāpēc to nedarīt ar atkritumu mašīnām? Šķiet loģisks solis? Jā, tas ir pareizi.

2017. gadā divi Zviedrijas uzņēmumi, auto gigants Volvo un atkritumu izvešanas uzņēmums Renovo, uzsāka kopīgu ROAR projektu - Robot-based Autonomous Refuse handling jeb robotizēto atkritumu savākšanas mašīnu.

Atkritumu mašīnu vada cilvēks, bet daļa darbu ir automatizēta. Jaunus maršrutus nosaka vadītājs, un automašīna tos atceras. Nākamreiz auto pie konteineriem brauks pats, izmantojot GPS, ar minimālu degvielas patēriņu. Atkritumu vedējs atceras cisternu un citu šķēršļu atrašanās vietu, var pārvietoties atpakaļgaitā un apbraukt novietotās automašīnas. Tam ir uzstādīti sensori, un, ieraugot uz ceļa kaķi, bērnu vai citu kustīgu priekšmetu, automašīna apstāsies. Vienīgais, ko cilvēks dara, ir darbināt mehānismu, kas iekrauj organismā atkritumus.

Gadu iepriekš tās pašas atkritumu mašīnas tika aprīkotas ar droniem, lai uzraudzītu tvertņu slodzi. Bet projekts netika izstrādāts. Atkritumu vedējs bez droniem jau darbojas efektīvi.

Upju un jūru tīrīšana

Atsevišķs jautājums ir jūru, upju un ezeru tīrīšana. Atkritumus ir grūtāk kontrolēt ūdenī nekā uz sauszemes. Straumes nes atkritumus uz dažādām vietām, atkritumi uzkrājas apakšā vai ūdens stabā. Ja nav strāvas, atkritumi paliek pie krasta un ir jānoņem manuāli.

Kā roboti ar to tiks galā? Sāksim ar mazumiņu

Ostas un piekrastes zonas

RanMarine ir izstrādājis WasteShark robotu, kas peldēs ostās un piekrastes zonās un savāks atkritumus, pirms tie nonāk atklātā okeānā. WasteShark ir peldoša plastmasas "kaste ar muti" un elektromotoru. Kaste “aprij” ūdenī esošos atkritumus un vienlaikus analizē ūdens kvalitāti, mēra jūras un gaisa temperatūru un nosūta šos datus “krastam”. Kastes operators koriģē kursu, pamatojoties uz datiem.

WasteShark ir pārbaudīts Roterdamā, un tagad tas savāc atkritumus Apvienotajā Karalistē un Dubaijā.

Nākotnē RanMarine plāno salikt un izlaist jūrā lielu robotu Great Waste Shark. Vienā reizē viņš varēs savākt 500 kg atkritumu. Robots tiks darbināts ar saules paneļiem un virzīsies pa jūru, izmantojot navigatoru.

Jūras un ezeri

Pēc funkcionalitātes līdzīga ierīce - Marine Drone - tika izstrādāta Francijā. Autori (Starptautiskā dizaina skola) nolēma izjaukt Lielo atkritumu ielāpu. Jūras drons ir līdzīgs WasteShark, bet peld zem ūdens. Robots ir kā miskaste ar motoriem un akumulatoriem, kas peld un autonomi uztver gružus.

Robots aizpeld līdz vietai, kur uz kuģa tiek savākti atkritumi, pēc tam tas tiek nolaists, un Jūras drons ķer plastmasas pudeles, maisus, kartonu, vienlaikus aizbaidot zivis ar skaņas izstarotājiem. Kad grozs ir pilns, robots atgriežas uz kuģa, kur tiek izvesti savāktie atkritumi un uzlādētas baterijas.

Vēl daži jūras tīrīšanas līdzekļu uzlabojumi

• Row-Bot ir mazs Lielbritānijā ražots robots, kas izņem baktērijas no ūdens. Tas smeļas enerģiju no pašām baktērijām, ko tas "sagremo" pats par sevi.

• Seasarm no ASV - peldošs konveijers, kas savāc naftas produktus no ūdens virsmas.

• FRED no ClearBlueSea - 30m buru platforma, kas savāc plastmasu jūrā.

Liela atkritumu vieta

Upju, jūru un ezeru piekrastes aizsprostojumu likvidēšana ir samērā vienkāršs uzdevums. Vienkāršs, salīdzinot ar lielo atkritumu ielāpu. Šis ir lielākais poligons pasaulē – atkritumu valsts Klusā okeāna vidū. Tas ir tik milzīgs, ka izskatās, ka drīz iegūs savu karogu un vietu ANO.

Pārsvarā vieta ir veidota no plastmasas un zvejas tīkliem. Plastmasa laika gaitā un sālsūdens ietekmē sadalās, un pēc tam sadalās daļiņās, kuru izmērs ir no centimetra līdz milimetram vai mazāk. Daļiņas tiek suspendētas ūdenī un veido "plastmasas zupu". Šī zupa barojas ar planktonu, tā barojas ar zivīm, un tālāk pa barības ķēdi uz mūsu galda nokļūst plastmasa.

Bojans Slats, jaunais izgudrotājs no Nīderlandes, vēlas atrisināt šo problēmu. Bojans nodibināja jaunuzņēmumu Ocean Cleanup, kura mērķis ir attīrīt okeānu no plastmasas. Bojanas attīstība ir milzu, vairākus desmitus vai simtus metru, peldoša roka V formā, kurai piestiprināts tīkls. Tīkls ir iegremdēts ūdenī slīpi un balansē uz enkuriem un maziem pludiņiem. Visa konstrukcija ir izstiepta jūrā, un, pateicoties straumei, tajā nokļūst gruveši.

Testa "braucieni" tika veikti pie Holandes, Sanfrancisko un Japānas krastiem, un tagad būvniecība virzās uz Great Spot. Jā, Bojana dizains nav robots, taču, iespējams, tas atrisinās lielāko atkritumu problēmu bez cilvēka iejaukšanās.

Atkritumu šķirošana un pārstrāde

Nākamais solis ir šķirošana. Tika nolemts apvienot šķirošanu un savākšanu Ķīnā. Clean Robotics startup ir ieviesis miskastes un šķirošanas robota simbiozi - Trashbot. Robots ir miskaste ar kamerām, sensoriem, metāla detektoriem un motoriem. Kad cilvēks tuvojas robotam, sensori to nosaka un motori atver tvertnes vāku. Atkritumi nokrīt uz iekšu, un sistēma atdala gružus metālā, plastmasā un citos veidos.

Iespēja ir eksotiska. Ja neuzskatāt tik dīvainus atkritumu tvertnes un šķirošanas konveijera hibrīdus, tad klasiskā atkritumu šķirošanas metode notiek vairākos posmos:

Šķirošana metālā un nemetālā

Sašķirots pēc svara

Plastmasas nodaļa

Papīra atdalīšana

Pārtikas atkritumu šķirošana

Atlikumu manuāla šķirošana, ko veic darbinieki, kuri saskaņā ar noteiktiem noteikumiem šķiro atkritumus

Katrs posms ir sadalīts apakšposmos. Viss atkarīgs no pārstrādes uzņēmumu attīstības līmeņa valstī. Atkritumi, kas tiek izlikti dažādos konteineros, tiek nosūtīti uz īpašām rūpnīcām tehnoloģiskai apstrādei.

Būvgružu šķirošana

Tāpat kā citos monotonos darbos, šķirošanas posms ir automatizēts. Uzņēmums ZenRobotics no Somijas radījis Recycler tehnoloģiju, kas apvieno trīs posmus vienā, bet pagaidām tikai būvgružiem.

Fiziski robots ir divi manipulatori, konveijera lente, tilpuma konteineri un sensori: dažāda veida videokameras un metāla detektori. Nefiziski – mākslīgais intelekts, kura pamatā ir adaptīvās meklēšanas algoritms. Algoritmā izmantoti cilvēka smadzeņu darbības principi. Viņi viņam parāda atkritumu paraugus, norāda, kādam veidam tas atbilst, un algoritms iemācās atrast līdzīgu atkritumu kopējā masā.

Atkritumi tiek padoti uz konveijera lentes, un sensori un apmācīta robota algoritms nosaka preces materiālu. Robots ar manipulatoru satver priekšmetu, kas sver līdz 20 kg, un virza to uz atbilstošo uzglabāšanas konteineru vai konveijera lenti apstrādei. Robota precizitāte ir 98%.

Ja robots nevar atpazīt atkritumu gabalu, tad tas pa konveijeru dosies uz atsevišķu konteineru un tad atkal uz konveijera sākumu. Salīdzinot ar manuālo metodi, šāda šķirošana ir efektīvāka pat ar kļūdām. Šķirošanas sistēma var sastāvēt no diviem vai vairākiem robotiem. Robota programmatūra ir pašmācīga un tālāk darbojas precīzāk.

Līdzīgs robots būvgružu tīrīšanai ir izstrādāts Ķīnā. Songdzjanā, vienā no Šanhajas rajoniem, automašīnas piecstāvu ēkas lielumā vāc gružus no būvlaukuma. Viņi sadala atkritumus augsnē, smiltīs, ķieģeļos un atkritumos sadedzināšanai. Roboti sasmalcina lielas betona, akmeņu vai javas frakcijas, lai atvieglotu to transportēšanu uz poligonu. Būvgruži ir ļoti putekļaini, taču šī problēma tika atrisināta ar ūdens aizkaru. Vienas stundas laikā robots apstrādā 300 tonnas atkritumu. Tas ir līdzvērtīgs 25 cilvēku darbam.

Šie roboti ir pilotroboti. Viņi plāno pilnveidot ierīci šogad. Projektēšanu veic CSG Robot Base pētniecības centrs. Plānots sasniegt 600 tūkstošu tonnu pārstrādes līmeni gadā. Ķīna ir valsts ar nepārtrauktu būvniecību. Būvniecības nozare veido 6-7% no valsts IKP, tāpēc šādi roboti ir lemti izmantošanai visur.

Šķirošana dažādos veidos

Vēl viens līdzīgs šķirotājs tika izstrādāts Vācijā. Gunther Envirotech ir izstrādājis šķirošanas rūpnīcu Splitter. Atšķirībā no saviem kolēģiem no Somijas, vācu ierīce neizmanto sensorus, sensorus vai programmatūru. Tā vietā strādā mehāniķi: noteiktas formas urbji un vārpstas šķiro atkritumus pēc formas, izmēra un svara trīs kategorijās. Splitter robota veiktā atkritumu šķirošana ir rupja un piemērota primārajai frakcionēšanai.

Turpmākā šķirotāju evolūcija notiks sarežģītības ceļā. Atkritumi tiks šķiroti betonā, vieglajos un smagajos ķieģeļos, gāzbetonā, silikātā, ģipsi, azbestu. Ārpus būvniecības nozares robotiem jākļūst vēl sarežģītākiem: šķirošana plastmasā, papīrā, kokā, elektroniskajās ierīcēs, drānās, pārtikas atkritumos, medikamentos. Katrai kategorijai ir nepieciešams iedalījums pēc svara, izmēra un veida, piemēram, kartons un papīrs.

Šis ceļš jau ir ceļā uz MIT - Masačūsetsas Tehnoloģiju institūtu. RoCycle robotu šķirotājs izstrādes stadijā. Kā iecerēts, robots spēj noteikt materiāla veidu. Lai to izdarītu, viņam ir taustes sensori, un nākotnē tiks pievienotas kameras un datorredze.

Ir diezgan daudz citu aktīvu šķirošanas robotu

• AMP Cortex no AMP Robotics ASV. Robots ar piesūcekni izvelk kartonu no gružu plūsmas uz konveijera. Atkritumi tiek noteikti ar programmatūras palīdzību, kuru var atjaunināt, izmantojot "mākoni".

• Roboti Liams. ASV viņš demontē novecojušos iPhone, bet Anglijā - televizorus ar attēla lampām.

• Robots SamurAI no Kanādas Machinex Technologies. Atpazīst plastmasu, kartonu, kastes, iepakojumus ar mašīnredzi. Robota precizitāte jau ir līdzvērtīga cilvēka precizitātei.

• Krievijas robots atkritumu šķirošanai no GC "Vides un enerģētikas tehnoloģijas". Tas atpazīst 20 plastmasas veidus starp citiem atkritumiem, kas pārvietojas pa konveijeru ne tikai ar kamerām, bet arī ar spektrometru, kas skenē ķīmisko sastāvu un krāsu.

Ir arī jauni Krievijas projekti, kas vēl nav laisti tirgū savu produkciju. Starp tiem ir YotaLab iedzīvotājs Neuro Recycling. Uzņēmums izstrādā atkritumu šķirošanas sistēmu, izmantojot vidējas un vieglas slodzes robotus, kurus vada neironu tīkls. Projekta komandā strādā 120 cilvēki, no kuriem 50 nodarbojas ar attīstību.

Robota-cilvēka tandēms

Izredzes ieviest robotizāciju atkritumu savākšanā, šķirošanā un pārstrādē ir reālas. Jau šobrīd, izmantojot tehnoloģijas, kas ir "pie rokas", nedomājot par utopiskām vai fantastiskām idejām, ir iespējams automatizēt un robotizēt atkritumu dzīves posmus.

Kā tas varētu izskatīties?

Viedās miskastes. Kad tās ir pilnas, tās signalizē "kontroles centram", programmatūra saņem signālu un veido maršrutu.

Atkritumus savāc pusautomātiskais atkritumu vedējs, kas spēj patstāvīgi novietot automašīnu un atceras ceļu.

Nodošanas punktā atkritumus ar robotkonveijeriem sašķiro plastmasā, stiklā, kartonā, pārtikas atkritumos un ievieto atsevišķos konteineros. Atsevišķus atkritumu veidus saspiež ar presi, savāc blokos vai maisos un nosūta vai nu uz poligonu, vai uz atkritumu pārstrādes rūpnīcu.

Rūpnīcā mehāniski: celtņi, manipulatori, nesēji; atkritumi tiek nosūtīti otrreizējai pārstrādei.

Konveijeru roboti būvniecības un civilo atkritumu šķirošanai jau darbojas. Atkritumu robotizācija samazina to atkritumu procentuālo daudzumu, kas nonāk poligonos, un palielina pārstrādāto atkritumu procentuālo daudzumu. Automatizācija var būt izdevīga: robota aizstāšana ar duci cilvēku, kas veic šķirošanu, un daži vadītāji uz atkritumu vedēja samazina izmaksas un palielina efektivitāti. Tas ir pilnīgi loģisks cilvēces attīstības posms, tāds pats kā strādnieku darba automatizācija rūpnīcās. Lai gan absolūta autonomija vēl nav iespējama, robotu un cilvēku tandēms atkritumu sfērā ir diezgan reāls.