Absolútny spätný ráz: roboty eliminujú všetko znečistenie životného prostredia

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Už od čias starovekého Grécka bola otázka odpadu akútna. Jedna z Herkulových výhod – čistenie Augejských stajní – bola v tých časoch už v moci iba poloboha. V Jeruzaleme sa tá časť zeme, kde sa hádzali odpadky a kde sa pálili odpadky nazývala Gehenna Fiery, čo sa neskôr stalo všeobecným označením pekla.

V stredoveku sa odpadky a splašky vyhadzovali z okien priamo na ulicu, čo spôsobovalo epidémie chorôb ako týfus a mor. Po stáročiach sa odpadkov nezbavujeme cez okná, ale ukladáme ich na skládky, v niektorých krajinách ich recyklujeme.

Každý rok sa na svete vytvorí 2 miliardy ton odpadu. V Rusku jedna rodina vyhodí viac ako 250 kg ročne, v dôsledku čoho sa nahromadilo 38 miliárd ton. Z hľadiska rozlohy sú to 4 milióny hektárov alebo len Švajčiarsko. Samozrejme, že odpadky sa nenachádzajú na jednom mieste, ale sú rozmiestnené na tisíckach skládok vrátane nelegálnych. Najmasovejším hromadením odpadu sú skládky v Guangzhou a Hong Kongu s rozlohou sto hektárov, skládka elektronických zariadení Guiyu v Číne s rozlohou 5,2 tisíc hektárov alebo Veľká odpadová plocha v oceáne s rozlohou 80 tisíc ton.

Odpad na skládkach horí, čo spôsobuje problémy s pľúcami a očami či rakovinu u miestnych obyvateľov. Odpadky sa rozkladajú, dostávajú sa do pôdy, rastlín a podzemných vôd a morí. Ryby v mori jedia plast, ktorý sa ukladá v ich tkanivách a končí na našom stole. Aj keď sú odpadky ďaleko, dotýkajú sa nás.

Problém odpadu je celosvetový. Poloboh jej už nepomôže – jeho miesto zaujali roboty. Možno si poradia s miliardami ton odpadu, pretože ľudia to zatiaľ nerobia. Poďme sa pozrieť na to, ako roboty nachádzajú, zbierajú odpadky, kontrolujú zdroje znečistenia a pomáhajú ľuďom.

Roboti – príčina a riešenie

O tom, ako roboti pomáhajú pri predaji a marketingu, sme už písali: stretávajú sa s hosťami v reštauráciách, hoteloch, hrajú na predstaveniach a pracujú ako promotéri. Už dávno nahradili ľudí vo výrobe. Sú tiež schopné ničiť odpadky, ale je zaujímavé, že priamo súvisia s problémom tohto odpadu.

Masová robotizácia sa začala v 50. a 60. rokoch minulého storočia, keď boli zavedené priemyselné roboty na výrobu rôzneho tovaru: od áut až po kozmetiku. Roboty najskôr vykonávali jednoduché operácie, ako je razenie pečiatok, potom zložitejšie: rezanie, zváranie a montáž dielov. Teraz už fungujú plne automatizované továrne, kde je celý cyklus výrobných úloh robotizovaný.

Robot sa neunaví, nepýta si povýšenie, dovolenku a neštrajkuje a efektivita je rádovo vyššia ako u človeka. Preto s príchodom robotov pribúda tovarov a služieb. Viac tovaru – viac nákladov na zdroje. Viac nákladov na zdroje a tovar - viac odpadu. Robotizácia zlacňuje výrobu, vytvára produkty s vyššou pridanou hodnotou a zrýchľuje ekonomiku. Ak rastie produkcia, rastie aj odpad z tejto produkcie.

Prostredie však nemôže akcelerovať. Nevie si poradiť so súčasnými odpadkami, čo môžeme povedať o budúcnosti? V prírode jednoducho neexistujú žiadne mechanizmy, baktérie ani živočíchy, ktoré by dokázali spracovať železo, sklo alebo ropné produkty. Pred pár rokmi boli objavené baktérie, ktoré niektoré druhy plastov rozkladajú, no veľmi pomaly – 1 milimeter za 30 týždňov. Baktériám bude trvať tisíce rokov, kým sa vyrovnajú so súčasným objemom plastov, aj keď všetky továrne vyrábajúce nové budú zatvorené.

Roboty sú jednou z príčin problémov s odpadom, ale môžu nám tiež pomôcť: zbierať, triediť, likvidovať a recyklovať odpad.

Odpadkový cyklus

Poďme sa pozrieť na životný cyklus odpadkov, kde sa roboti môžu zaradiť do reťaze a čo presne dokážu.

Okrem výroby je životnosť odpadu rozdelená do etáp:

Zbierka

Triedenie

Spracovanie

Dispozícia

Teraz to všetko robia ľudia. Odpad zbierame do vriec a dávame do košov. V niektorých krajinách, ako je Švédsko, Fínsko alebo Švajčiarsko, majú obyvatelia zo zákona povinnosť dodatočne triediť odpad na sklo, plasty, organické látky a iné druhy. Po tom, čo sa odpad dostane do koša, je vyzdvihnutý smetiarskym autom a prevezený do distribučného centra, potom na skládku alebo do zariadenia na recykláciu odpadu.

Tento prvý krok – zber odpadu – je možné robotizovať.

Odvoz a likvidácia odpadu

Stroje na zber odpadu

Prvou etapou robotizácie odvozu odpadu sú stroje na zber odpadu. Už boli implementované a fungujú vo Švédsku v supermarketoch, lekárňach a čerpacích staniciach. Stroje prijímajú drobný domáci a škodlivý odpad: žiarovky, batérie, laky, lepidlá, farby, spreje, sklenené nádoby, plechovky. Automat rozdáva odmenu za prijaté smeti.

Takto sa riešia dve úlohy. Prvým je naučiť ľudí s finančnými stimulmi, aby nikam nevyhadzovali odpadky. Druhým je nejakým spôsobom zautomatizovať zber odpadu.

Takéto zariadenia sa v Rusku stále nachádzajú len v malom počte - napríklad v obchodoch so zdravou výživou VkusVill. Už takmer dva roky majú predajne kontajnery na príjem batérií. Každý mesiac zbierajú takmer 10 ton batérií a obchod minie 700 tisíc rubľov na likvidáciu nebezpečného odpadu. Za darované batérie nie je odmena, no nie je potrebná – všetko funguje na altruizme. Samostatne existujú pandomaty - zariadenia na príjem plastových a hliníkových fliaš.

Inteligentné nádoby na odpad

Touto cestou sa vydali aj susedia Švédov, Holanďania v Haagu a zavádzajú inteligentné smetné koše. Nádoby majú snímače plnosti. Informácie o tom sa odovzdávajú zbernej službe štyrikrát denne. Softvér v službe analyzuje množstvo odpadu a zostavuje plán zberu - zakaždým je trasa iná v závislosti od údajov. Smetiari šetria čas a peniaze tým, že nezbierajú poloprázdne koše, zbytočne jazdia po trase a neuviaznu v dopravných zápchach. Okrem toho dokáže systém naplánovať trasu na nasledujúci deň, pričom analyzuje údaje za niekoľko dní.

Senzory sú v 1400 podzemných kontajneroch na odpadky v Haagu. Výrobcom je spoločnosť Enevo z Fínska. Vyrába senzory a softvér na analýzu odpadu a pôsobí v 35 krajinách. Implementácia systému pre štátne služby a súkromné spoločnosti ukázala, že automatický zber je efektívnejší ako ručný zber. Spoločnosti ušetria 30 % nákladov na zber odpadu pomocou senzorov a softvéru. Úspora môže niekedy dosiahnuť až 50 %.

V Rusku existuje analóg - zariadenie od spoločnosti Wasteout. Ide o zariadenie so zabudovanými senzormi: ultrazvukové, teplotné, náklonové a rádiový modul na prenos údajov o naplnenosti nádoby. Systém je podobný ako Enovo, ale merania sa vykonávajú inak, takže patent nie je porušený. Odpadové zariadenia sú inštalované v Moskve, Petrohrade a Kaluge. V Perme ich využíva firma Bumatika, ktorá skládku spravuje. Zariadenia sú nakonfigurované na prácu v mraze, horúčave a sú chránené pred vandalmi.

Inteligentné smetiarske autá

Ak dáme „inteligentné“kontajnery na smeti, tak prečo to neurobíme aj so smetiarskymi autami? Zdá sa vám to ako logický krok? Áno, to je správne.

V roku 2017 spustili dve švédske spoločnosti, automobilový gigant Volvo a spoločnosť na likvidáciu odpadu Renovo, spoločný projekt ROAR – Robot-based Autonomous Refuse handling alebo robotické smetiarske auto.

Smetiarske auto obsluhuje človek, no časť prác je automatizovaná. Nové trasy stanovuje vodič a auto si ich pamätá. Nabudúce sa auto dostane ku kontajnerom samo pomocou GPS, s minimálnou spotrebou paliva. Smetiarske auto si zapamätá polohu tankov a iných prekážok, vie sa pohybovať cúvaním a obísť zaparkované autá. Má nainštalované senzory a ak uvidí na ceste mačku, dieťa alebo iný pohybujúci sa predmet, auto zastaví. Jediná vec, ktorú človek robí, je ovládať mechanizmus, ktorý nakladá odpad do tela.

O rok skôr boli tie isté smetiarske autá vybavené dronmi na monitorovanie zaťaženia nádrží. Ale projekt nebol vypracovaný. Smetiarske auto bez dronov už funguje efektívne.

Čistenie riek a morí

Samostatnou otázkou je čistenie morí, riek a jazier. Vo vode sa odpad kontroluje ťažšie ako na súši. Prúdy unášajú odpad na rôzne miesta, odpadky sa hromadia na dne alebo vo vodnom stĺpci. Ak nie je prúd, odpadky zostávajú pri pobreží a musia sa odstrániť ručne.

Ako sa s tým roboty vysporiadajú? Začnime v malom

Prístavy a pobrežné oblasti

RanMarine vyvinul robota WasteShark, ktorý bude plávať v prístavoch a pobrežných oblastiach a zbierať odpad skôr, ako sa dostane na otvorený oceán. WasteShark je plávajúca plastová „škatuľka s ústami“a elektromotorom. Box „hltá“odpadky vo vode a súčasne analyzuje kvalitu vody, meria teplotu mora a vzduchu a tieto údaje prenáša „na breh“. Obsluha schránky na základe údajov opraví priebeh.

WasteShark bol testovaný v Rotterdame a teraz zbiera odpadky vo Veľkej Británii a Dubaji.

V budúcnosti RanMarine plánuje zostaviť a vypustiť do mora veľkého robota Great Waste Shark. Naraz dokáže vyzbierať 500 kg odpadu. Robot bude poháňaný solárnymi panelmi a po mori sa bude pohybovať pomocou navigátora.

Moria a jazerá

Funkčne podobné zariadenie – Marine Drone – bolo vyvinuté vo Francúzsku. Autori (International School of Design) sa rozhodli rozobrať Great Garbage Patch. Marine Drone je podobný WasteShark, ale pláva pod vodou. Robot je ako odpadkový kôš s motormi a batériami, ktorý sa vznáša a autonómne zachytáva nečistoty.

Robot dopláva na miesto, kde sa na lodi zhromažďujú odpadky, potom sa spustí a námorný dron chytí plastové fľaše, vrecia, kartón a súčasne odplaší ryby zvukovými žiaričmi. Keď je kôš plný, robot sa vráti na loď, kde sa vyzbiera vyzbieraný odpad a dobijú sa batérie.

Niekoľko ďalších vylepšení morských čističov

• Row-Bot je malý britský robot, ktorý odstraňuje baktérie z vody. Energiu čerpá zo samotných baktérií, ktoré v sebe „strávi“.

• Seasarm z USA - plávajúci dopravník, ktorý zbiera ropné produkty z hladiny vody.

• FRED od ClearBlueSea - 30m plachetnica, ktorá zbiera plasty na mori.

Veľké odpadkové miesto

Odstránenie pobrežných blokád riek, morí a jazier je pomerne jednoduchá úloha. Jednoduché v porovnaní s Large Garbage Patch. Ide o najväčšiu skládku na svete – odpadkový štát uprostred Tichého oceánu. Je taký obrovský, že to vyzerá, že čoskoro dostane vlastnú vlajku a kreslo v OSN.

Väčšinou sa spot skladá z plastu a rybárskych sietí. Plast sa časom a vplyvom slanej vody rozpadne a potom na častice s veľkosťou od centimetra po milimeter alebo menej. Častice sú suspendované vo vode a tvoria „plastovú polievku“. Táto polievka sa živí planktónom, živí sa rybami a ďalej v potravinovom reťazci sa na náš stôl dostáva plast.

Boyan Slat, mladý vynálezca z Holandska, chce tento problém vyriešiť. Bojan založil Ocean Cleanup, startup, ktorého cieľom je vyčistiť oceán od plastov. Vývoj Boyana je obrie, niekoľko desiatok či stoviek metrov, plávajúce rameno v tvare V, ku ktorému je pripevnená sieť. Sieť je ponorená do vody pod uhlom a balansuje na kotvách a malých plavákoch. Celá konštrukcia je natiahnutá do mora a trosky sa do nej dostávajú vďaka prúdu.

Testovacie „jazdy“sa uskutočnili pri pobreží Holandska, San Francisca a Japonska a teraz stavba smeruje k Great Spot. Áno, Boyanov dizajn nie je robot, no možno ten najväčší problém s odpadkami vyrieši bez ľudského zásahu.

Triedenie a recyklácia odpadu

Ďalším krokom je triedenie. Bolo rozhodnuté spojiť triedenie a zber v Číne. Startup Clean Robotics predstavil symbiózu smetného koša a triediaceho robota – Trashbota. Robot je odpadkový kôš s kamerami, senzormi, detektormi kovov a motormi. Keď sa človek priblíži k robotovi, senzory to zaznamenajú a motory otvoria veko nádrže. Nečistoty padajú dovnútra a systém ich rozdeľuje na kovové, plastové a iné typy.

Možnosť je exotická. Ak neberiete do úvahy také zvláštne hybridy odpadkového koša a triediaceho dopravníka, potom klasický spôsob triedenia odpadu prebieha v niekoľkých fázach:

Triedenie na kovové a nekovové

Zoradené podľa hmotnosti

Katedra plastov

Separácia papiera

Separovanie potravinového odpadu

Ručné triedenie zvyškov pracovníkmi, ktorí podľa určitých pravidiel separujú odpadky

Každá etapa je rozdelená na čiastkové etapy. Všetko závisí od úrovne rozvoja spracovateľských podnikov v krajine. Odpad, ktorý je uložený v rôznych kontajneroch, sa posiela do špeciálnych závodov na technologické spracovanie.

Triedenie stavebného odpadu

Rovnako ako pri inej monotónnej práci je krok triedenia automatizovaný. Spoločnosť ZenRobotics z Fínska vytvorila technológiu Recycler, ktorá spája tri stupne do jedného, no zatiaľ len pre stavebný odpad.

Fyzicky sú robot dva manipulátory, dopravný pás, objemové nádoby a senzory: videokamery rôznych typov a detektory kovov. Nefyzicky - umelá inteligencia, ktorá je založená na adaptívnom vyhľadávacom algoritme. Algoritmus využíva princípy fungovania ľudského mozgu. Ukážu mu vzorky odpadu, naznačia, akému typu zodpovedajú, a algoritmus sa naučí nájsť podobný v celkovom množstve odpadu.

Nečistoty sa privádzajú na dopravný pás a senzory a algoritmus trénovaného robota určujú materiál predmetu. Robot manipulátorom uchopí predmet s hmotnosťou do 20 kg a nasmeruje ho do príslušného skladovacieho kontajnera alebo dopravného pásu na spracovanie. Presnosť robota je 98%.

Ak robot nedokáže rozpoznať kus odpadu, prejde pozdĺž dopravníka do samostatného kontajnera a potom znova na začiatok dopravníka. V porovnaní s manuálnym spôsobom je takéto triedenie efektívnejšie aj s chybami. Triediaci systém môže byť zložený z dvoch alebo viacerých robotov. Softvér robota sa sám učí a ďalej pracuje presnejšie.

Podobný robot na čistenie stavebného odpadu bol vyvinutý v Číne. V Songjiang, jednej zo štvrtí Šanghaja, odpratávajú autá veľkosti päťposchodovej budovy trosky zo staveniska. Odpad separujú na zeminu, piesok, tehly a odpad na spaľovanie. Roboty drvia veľké frakcie betónu, kameňov alebo malty, aby ich ľahšie previezli na skládku. Stavebný odpad je veľmi prašný, no tento problém vyriešila vodná clona. Za hodinu robot spracuje 300 ton odpadu. To zodpovedá práci 25 ľudí.

Tieto roboty sú pilotné roboty. Tento rok plánujú zariadenie vylepšiť. Dizajn vykonáva výskumné centrum CSG Robot Base. Plány majú dosiahnuť úroveň spracovania 600-tisíc ton ročne. Čína je krajina s nepretržitou výstavbou. Stavebný priemysel tvorí 6-7% HDP krajiny, takže takéto roboty sú odsúdené na použitie všade.

Triedenie do rôznych typov

Ďalší podobný triedič bol vyvinutý v Nemecku. Gunther Envirotech vyvinul triedičku Splitter. Na rozdiel od svojich kolegov z Fínska, nemecké zariadenie nepoužíva senzory, senzory ani softvér. Namiesto toho funguje mechanika: závitovky a hriadele určitého tvaru triedia odpad podľa tvaru, veľkosti a hmotnosti do troch kategórií. Triedenie odpadu robotom Splitter je hrubé a vhodné na primárnu frakcionáciu.

Ďalší vývoj triedičov bude nasledovať cestu komplikácií. Odpadky budú triedené na betón, ľahké a ťažké tehly, pórobetón, silikát, sadru, azbest. Mimo stavebného priemyslu musia byť roboty ešte komplikovanejšie: triediť na plasty, papier, drevo, elektronické zariadenia, látky, potravinový odpad, lieky. Každá kategória vyžaduje rozdelenie podľa hmotnosti, veľkosti a typu, napríklad lepenka a papier.

Táto cesta je už na ceste na MIT - Massachusetts Institute of Technology. Robotický triedič RoCycle vo vývoji. Podľa koncepcie je robot schopný určiť typ materiálu. K tomu má hmatové senzory a v budúcnosti pribudnú kamery a počítačové videnie.

Existuje niekoľko ďalších aktívnych triediacich robotov

• AMP Cortex od AMP Robotics v USA. Robot vytiahne kartón pomocou prísavky z prúdu nečistôt na dopravníku. Odpad sa určuje pomocou softvéru, ktorý je možné aktualizovať cez „cloud“.

• Roboti Liam. V USA rozoberá zastarané iPhony a v Anglicku televízory s obrazovkami.

• Robot SamurAI od kanadskej Machinex Technologies. Strojovým videním rozpozná plast, kartón, krabice, obaly. Presnosť robota je už rovnaká ako u človeka.

• Ruský robot na triedenie odpadu z GC „Environmentálne a energetické technológie“. Rozpoznáva 20 druhov plastov okrem iného odpadu, ktorý sa pohybuje po dopravníku, a to nielen kamerami, ale aj spektrometrom, ktorý sníma chemické zloženie a farbu.

Existujú aj mladé ruské projekty, ktoré ešte nepriniesli svoje produkty na trh. Medzi nimi je Neuro Recycling, obyvateľ YotaLab. Spoločnosť vyvíja systém triedenia odpadu pomocou stredne a ľahkých robotov, ktoré sú riadené neurónovou sieťou. Projektový tím má 120 ľudí, z ktorých 50 sa zaoberá vývojom.

Tandem robot-človek

Perspektíva zavedenia robotizácie do zberu, triedenia a recyklácie odpadu je reálna. Už teraz pomocou technológií, ktoré sú „po ruke“, bez uvažovania o utopických alebo fantastických nápadoch, je možné automatizovať a robotizovať fázy života odpadu.

Ako by to mohlo vyzerať?

Inteligentné odpadkové koše. Keď sú plné, signalizujú „riadiacemu centru“, softvér prijme signál a vytvorí trasu.

Odpadky zbiera poloautomatické smetiarske auto, ktoré dokáže samo zaparkovať a pamätá si cestu.

Na prekládkovom mieste sa odpad triedi robotickými dopravníkmi na plasty, sklo, kartón, potravinový odpad a dáva sa do samostatných kontajnerov. Určité druhy odpadu sa zhutňujú lisom, zbierajú sa do blokov alebo vriec a posielajú sa buď na skládku alebo do zariadenia na spracovanie odpadu.

V továrni mechanicky: žeriavy, manipulátory, nosiče; odpad sa posiela na recykláciu.

V prevádzke sú už aj dopravníkové roboty na triedenie stavebného a civilného odpadu. Robotizácia odpadu znižuje percento odpadu, ktorý ide na skládky, a zvyšuje percento recyklovaného odpadu. Automatizácia môže byť zisková: nahradenie robota tuctom ľudí na triedení a niekoľkými vodičmi na smetiarskom aute znižuje náklady a zvyšuje efektivitu. Toto je úplne logická etapa vo vývoji ľudstva, rovnako ako automatizácia robotníckej práce v továrňach. Hoci absolútna autonómia zatiaľ nie je možná, tandem robotov a ľudí v odpadovej sfére je celkom reálny.