Терминаторы для пластика
Спасти планету от «пластиковой катастрофы» смогут роботы, способные выхватывать пакеты и стаканчики из мусора и доставать хоть из-под земли уже оказавшиеся в природе полимеры
Робототехника активно внедряется в направлениях, которые объединяют под общим названием 3Ds: dirty, dull and dangerous work — «грязная, тупая и опасная работа». Например, мировой рынок роботов-пылесосов и роботов-чистильщиков в 2017 году достиг $1,83 млрд и растет, по данным консалтинговой компании Markets and Markets, на 16% в год.
Обработка мусора — одна из областей, куда в течение последних лет активно приходят робототехнические решения. Число проектов из разных стран исчисляется десятками. Среди них, например, промышленные роботы-сортировщики от финской компании ZEN Robotics и американской AMP Robotics (и тот и другой представляют собой манипуляторы, которые уже работают на нескольких заводах), сортировщик от американской Waste Robotics, способный выхватывать с конвейера пластиковые пакеты с мусором, робот — подводная лодка от Rosalia Project (США), способный собирать мусор на дне водоемов.
«Искусственный интеллект, робототехника и компьютерное зрение позволят в течение десяти лет вывести систему сбора и переработки мусора на такой уровень, который сейчас невозможно представить. Когда подобные технологии будут внедрены в самые разные этапы процесса сбора и переработки мусора (на уровне мусорных контейнеров, домашних корзин, мусоропроводов, грузовиков для сбора мусора, перерабатывающих заводов, кораблей, перевозящих отходы), откроется целая вселенная возможностей извлечь новую ценность из отходов», — сообщил РБК сооснователь CleanRobotics Чарльз Айхэп.
Сырье и энергия
Технологии переработки пластиковых отходов хорошо известны. Одна из них — измельчение пластика на специальных заводах и переплавка его в новое полимерное сырье. «Использование сортированного переработанного пластика фактически не отличается от 36 работы с обычным сырьем, — говорит РБК Кирилл Евстегнеев, гендиректор компании «Термочерепица», которая делает кровельные материалы из переработанного полиэтилентерефталата (ПЭТ, один из самых популярных бытовых полимеров, из которого делают, например, бутылки). — За счет простоты сортировки ПЭТ-отходов от прочих полимерных отходов (плотность ПЭТ такова, что он будет плавать на поверхности воды), а также низкого числа циклов их переработки вторичный ПЭТ сохраняет высокое качество».
Другой давно освоенный метод — пиролиз, цепочка химических реакций полного разложения полимеров, которая протекает при высоких температурах (около 650°С) без доступа кислорода. В результате пиролиза получаются синтетические углеводороды, которые после дополнительной очистки могут использоваться в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания.
«10–30% пластиковых отходов технически невозможно или экономически нецелесообразно переработать во вторсырье. Тем не менее такой пластик можно использовать для получения энергии, например при помощи нашего решения», — говорит Генри Киннунен, генеральный директор Woima Finland Oy solutions (Финляндия). Сжигая пластиковые отходы в специальной камере, а затем прогоняя продукты реакции через сеть камер энергоблока, станции компании получают как тепловую, так и электрическую энергию.
По оценке Transparency Market Research, объем мирового рынка переработки пластика, который в 2017 году составлял $34,8 млрд, в ближайшие восемь лет будет расти на 6,8% в год. Однако затраты на сбор и отделение пластика от остального бытового мусора составляют в среднем около двух третей общей себестоимости переработки полимеров.
Таким образом, центральной проблемой в борьбе с пластиком является не переработка как таковая, а именно его сбор.
Искусственные мусорщики
«Мусор включает в себя объекты самых разных размеров, цветов, форм, которые приходят на предприятие сломанными, грязными, раздавленными, перепутавшимися между собой, — говорит Белен Гарника, сооснователь и коммерческий директор Sadako Technologies. — Как следствие, автоматическая сортировка мусора была невозможной до недавних пор, когда развитие искусственного интеллекта и робототехники привело к настоящей революции».
Роботы-сортировщики способны отличать пластик от прочих типов отходов с помощью нейросетей, которые анализируют форму и степень прозрачности предметов — например, имея в своей базе данные о нескольких типах пластиковых стаканчиков, сопоставляют их образ с тем, что движется по конвейеру, и выхватывают манипулятором все, что соответствует этому образу. При этом нейросеть учится определять стаканчики, даже если они смяты или разорваны; база пластиковых предметов постоянно пополняется.
Снизив стоимость сбора пластиковых отходов, владельцы роботов-мусорщиков смогут зарабатывать на сборе и поставках отходов на перерабатывающие заводы. Развитие робототехники, скорее всего, приведет к настоящей охоте за пластиком.
Журнал РБК поговорил с создателями трех проектов роботов — охотников за пластиковым мусором, которые уже нашли коммерческое применение.
Робот-акула для ловли океанского пластика WasteShark
Год создания: 2016
Разработчик: RanMarine (Нидерланды)
Автоматический плавательный аппарат WasteShark может курсировать по заданной акватории, собирая в свой «желудок» — контейнер, в который помещается до 60 кг отходов, весь крупный (размером как минимум со стаканчик) мусор, который встретится на его пути. Когда свободного места в его «животе» не остается, робот-акула возвращается на берег, обслуживающие его специалисты очищают контейнер, и «акула» снова отправляется в путешествие. «Заряда батареи хватает на восемь часов плавания, — говорит директор RanMarine Оливер Каннингем. — Испытывая нашу «акулу» в заливе близ голландского города Дордрехта, мы вычислили, что в среднем робот собирает за минуту около 1 кг мусора. Это означает, что за стандартный восьмичасовой рабочий день он может собрать 480 кг мусора». Работая на полной мощности, робот будет избавлять водоемы планеты от 125 т отходов за год, утверждает Каннингем.
Услугами робота (всего их выпущено около сотни) пользуются в основном муниципалитеты городов (не только в Европе, но и, например, в ЮАР), которые хотят очистить прибрежные воды от тонн находящегося в них мусора.
Впрочем, для ликвидации мусорных «островов» в океане — таких, как Great Pacific Garbage Patch, расположенного между Гавайями и побережьем Калифорнии и, по оценкам экологов, состоящего из 1,8 трлн предметов из пластика, мощности «акул» может оказаться недостаточно. Избавиться от этого «острова», растянувшегося на 160 млн га (две территории Франции), предполагает американский некоммерческий фонд Ocean Cleanup, использующий для вывоза пластика рыболовецкие суда со специальными сетями.
Разработчик WasteShark подчеркивает, что использование их разработки приведет к оздоровлению Мирового океана. «В открытом океане мусора станет меньше, а ведь там его собирать гораздо труднее, чем в прибрежной зоне, — отмечает Каннингем. — Отходы человеческой деятельности будут приносить меньше вреда морским животным, и биоразнообразие океана, которое сокращается уже несколько десятилетий, станет улучшаться». Минусом проекта является то, что пока «акула» не сортирует, а лишь собирает мусор — набивает брюхо всем, что плавает на поверхности, в том числе, например, и кусками дерева.
«В течение десяти лет WasteShark или какие-то новые конкурирующие проекты станут доминировать в сфере очистки водоемов», — уверен Каннингем.
Промышленный робот-сортировщик Max-AI
Год создания: 2015
Разработчик: Sadako Technologies (Испания) и Bulk Handling Systems (США)
Робот Max-AI, оснащенный рукой-манипулятором, способен сортировать мусор прямо на заводском конвейере. Компьютер анализирует двигающийся по конвейеру мусор, и с помощью нескольких камер и алгоритмов машинного зрения выделяет в потоке отдельные предметы и отсортировывает те из них, которые сделаны из пластика (при этом робот способен отправлять в разные контейнеры вещи, сделанные из разных видов пластмассы). Рука, закрепленная над конвейером, тратит на каждый предмет не более секунды. Робот уже используется на нескольких предприятиях по сортировке мусора — в частности, на заводе Athens Waste Management в Лос-Анджелесе. «Выгоды от искусственного интеллекта, дополненного компьютерным зрением и продвинутым робототехническим решением, очевидны — это и экономия на затратах, и расширенные возможности, которые позволяют перерабатывающим заводам запускаться, не боясь скорого банкротства», — говорит Белен Гарника, сооснователь и коммерческий директор Sadako Technologies. Обладатель нескольких престижных наград от ведомств Евросоюза, стартап работает над обучением своего робота — его создатели надеются, что со временем Sadako научится распознавать любые типы мусора. «В будущем предприятия по переработке отходов будут полностью автоматизированы — на них не будет ни единого сотрудника, которому нужно перебирать мусор вручную. Такие заводы будут отправлять во вторсырье практически все материалы, которые поддаются переработке», — уверена Гарника.
«Умная» мусорная корзина TrashBot
Год создания: 2016
Разработчик: CleanRobotics (США)
Первый в мире интеллектуальный мусорный бак был разработан стартапом из Питтсбурга. «Наш продукт предназначен для мест с высокой проходимостью — аэропорты, конференц-центры, офисные здания, спортивные арены, университеты», — говорит сооснователь CleanRobotics Чарльз Айхэп. Снаружи он выглядит как обычный металлический контейнер для мусора, разве что с небольшим экраном. Человек бросает мусор в отверстие, после чего робот взвешивает каждый предмет, если нужно, очищает его от жидкости, анализирует с помощью видеокамеры и ряда датчиков, а затем принимает решение: отправить его в отделение для отходов, подлежащих захоронению, или в отделение для материалов, которые можно переработать. В основе работы TrashBot лежит использование компьютерного зрения и машинного обучения. На то чтобы понять, в какой из контейнеров отправить каждый предмет, TrashBot тратит в среднем три секунды. Точность сортировки составляет около 90%, причем «умная» корзина постоянно учится распознавать новые типы мусора.
Монитор может показывать, какая доля выброшенных материалов попала во вторсырье. «Экран можно использовать для показа рекламы, связанной с конкретным типом мусора, который человек туда бросил», — говорит Айхэп. По мнению сооснователя CleanRobotics, в ближайшие годы развитие технологий компьютерного зрения и машинного обучения позволят усовершенствовать процесс сортировки мусора: станет возможным его «аккуратное разделение на категории, исходя из материала, нанесенных логотипов, уровня загрязнения и других факторов».