Absoluter Rückstoß: Roboter beseitigen alle Umweltverschmutzungen

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Seit den Tagen des antiken Griechenlands war das Thema Abfall akut. Eine der Heldentaten des Herkules - das Säubern der Augiasställe - war zu dieser Zeit bereits in der Macht eines Halbgottes. In Jerusalem wurde der Teil des Landes, in dem Müll abgeladen und verbrannt wurde, Gehenna Feurig genannt, was später die allgemeine Bezeichnung für die Hölle wurde.

Im Mittelalter wurden Müll und Abwässer aus den Fenstern direkt auf die Straße geworfen, was zu Epidemien von Krankheiten wie Typhus und Pest führte. Nach Jahrhunderten entsorgen wir den Müll nicht mehr durch die Fenster, sondern lagern ihn auf Deponien, und in einigen Ländern recyceln wir ihn.

Jedes Jahr werden weltweit 2 Milliarden Tonnen Müll produziert. In Russland wirft eine Familie mehr als 250 kg pro Jahr weg, wodurch sich 38 Milliarden Tonnen angesammelt haben. Flächenmäßig sind es 4 Millionen Hektar oder allein die Schweiz. Natürlich liegt Müll nicht an einem Ort, sondern verteilt sich auf Tausende von Deponien, auch illegale. Die massivsten Müllansammlungen sind Deponien in Guangzhou und Hongkong von hundert Hektar, eine Deponie für elektronische Geräte Guiyu in China für 5.000 Hektar oder der Great Garbage Patch im Ozean für 80.000 Tonnen.

Müll auf Mülldeponien brennt und verursacht Lungen- und Augenprobleme oder Krebs bei Anwohnern. Müll zersetzt sich, gelangt in Böden, Pflanzen und Grundwasser und Meere. Fische im Meer fressen Plastik, das sich in ihren Geweben ablagert und auf unserem Tisch landet. Auch wenn der Müll weit weg ist, berührt er uns.

Das Müllproblem ist global. Der Halbgott wird ihr nicht mehr helfen - Roboter haben seinen Platz eingenommen. Sie können möglicherweise Milliarden Tonnen Abfall verarbeiten, weil die Menschen dies noch nicht tun. Schauen wir uns an, wie Roboter Müll finden, sammeln, Verschmutzungsquellen kontrollieren und Menschen helfen.

Roboter – Ursache und Lösung

Wir haben bereits darüber geschrieben, wie Roboter im Vertrieb und Marketing helfen: Sie treffen Gäste in Restaurants, Hotels, spielen in Aufführungen und arbeiten als Promoter. Vor langer Zeit haben sie den Platz des Menschen in der Produktion eingenommen. Sie sind auch in der Lage, Müll zu zerstören, aber interessanterweise stehen sie in direktem Zusammenhang mit dem Problem dieses Mülls.

Die Massenroboterisierung begann in den 50er und 60er Jahren des letzten Jahrhunderts, als Industrieroboter für die Herstellung verschiedener Güter eingeführt wurden: von Autos bis hin zu Kosmetika. Zuerst führten Roboter einfache Operationen aus, wie das Stanzen von Stempeln, dann kompliziertere: Schneiden, Schweißen und Montieren von Teilen. Inzwischen arbeiten bereits vollautomatisierte Fabriken, in denen der gesamte Zyklus der Produktionsaufgaben robotisiert wird.

Der Roboter wird nicht müde, fordert keine Beförderung, kein Urlaubsgeld und streikt nicht, und die Effizienz ist um eine Größenordnung höher als die eines Menschen. Daher gibt es mit der Ankunft von Robotern mehr Waren und Dienstleistungen. Mehr Güter – mehr Ressourcenkosten. Mehr Kosten für Ressourcen und Güter – mehr Müll. Die Robotisierung macht die Produktion billiger, schafft mehr wertschöpfende Produkte und beschleunigt die Wirtschaft. Wenn die Produktion wächst, wächst auch der Abfall dieser Produktion.

Die Umgebung kann sich jedoch nicht beschleunigen. Sie kommt mit dem aktuellen Müll nicht zurecht, was können wir über die Zukunft sagen? In der Natur gibt es einfach keine Mechanismen, Bakterien oder Tiere, die Eisen, Glas oder Erdölprodukte verarbeiten könnten. Vor einigen Jahren wurden Bakterien entdeckt, die einige Kunststoffarten zersetzen, aber sehr langsam - 1 Millimeter in 30 Wochen. Bakterien werden Tausende von Jahren brauchen, um die derzeitige Menge an Plastik zu bewältigen, selbst wenn alle Fabriken, die neue produzieren, geschlossen werden.

Roboter sind eine der Ursachen von Müllproblemen, aber sie können uns auch helfen: Müll sammeln, sortieren, entsorgen und recyceln.

Müllkreislauf

Schauen wir uns den Lebenszyklus von Müll an, wo Roboter in die Kette passen und was sie genau können.

Abgesehen von der Produktion ist die Lebensdauer des Abfalls in Phasen unterteilt:

Sammlung

Sortierung

wird bearbeitet

Entsorgung

All dies wird nun von Menschen gemacht. Wir sammeln Müll in Säcken und werfen ihn in Mülleimer. In einigen Ländern wie Schweden, Finnland oder der Schweiz sind die Einwohner gesetzlich verpflichtet, Abfälle zusätzlich nach Glas, Plastik, organischem Material und anderen Arten zu trennen. Nachdem der Müll in die Tonne gelangt ist, wird er von einem Müllwagen abgeholt und zu einem Verteilzentrum, dann zu einer Deponie oder zu einer Abfallverwertungsanlage transportiert.

Dieser erste Schritt – die Garbage Collection – kann robotisiert werden.

Müllabfuhr und -entsorgung

Abfallsammelmaschinen

Die erste Stufe der Roboterisierung der Müllsammlung sind Müllsammelmaschinen. Sie wurden bereits umgesetzt und sind in Schweden in Supermärkten, Apotheken und Tankstellen im Einsatz. Die Maschinen nehmen kleinen Hausmüll und schädlichen Abfall auf: Glühbirnen, Batterien, Lacke, Klebstoffe, Farben, Spraydosen, Glasbehälter, Dosen. Der Automat gibt eine Belohnung für den erhaltenen Müll aus.

So werden zwei Aufgaben gelöst. Die erste besteht darin, Menschen mit finanziellen Anreizen beizubringen, Müll nirgendwohin zu werfen. Die zweite besteht darin, die Abfallsammlung auf irgendeine Weise zu automatisieren.

Solche Geräte sind in Russland noch immer nur in geringer Zahl zu finden – zum Beispiel in Reformhäusern VkusVill. Seit fast zwei Jahren gibt es in den Märkten Container zur Aufnahme von Batterien. Jeden Monat sammeln sie fast 10 Tonnen Batterien, und das Geschäft gibt 700 Tausend Rubel für die Entsorgung von Sondermüll aus. Für gespendete Batterien gibt es keine Belohnung, aber es wird auch nicht gebraucht - alles funktioniert auf Altruismus. Separat gibt es Pandomats - Geräte zur Aufnahme von Plastik- und Aluminiumflaschen.

Intelligente Abfallbehälter

Auch die Nachbarn der Schweden, die Niederländer in Den Haag, sind diesen Weg gegangen und stellen smarte Müllcontainer vor. Die Behälter verfügen über Füllstandssensoren. Informationen hierzu werden viermal täglich an den Inkassodienst übermittelt. Die Software des Dienstes analysiert die Müllmenge und erstellt einen Sammelplan – jedes Mal ist die Route je nach Datenlage anders. Müllsammler sparen Zeit und Geld, indem sie halbleere Mülltonnen nicht einsammeln, unnötiges Fahren entlang der Strecke und ohne im Stau stecken zu bleiben. Darüber hinaus kann das System eine Route für den nächsten Tag planen und Daten für mehrere Tage analysieren.

Die Sensoren befinden sich in 1.400 unterirdischen Müllcontainern in Den Haag. Hersteller ist die Firma Enevo aus Finnland. Es produziert Sensoren und Software zur Abfallanalyse und ist in 35 Ländern tätig. Die Einführung des Systems für staatliche Stellen und private Unternehmen hat gezeigt, dass die automatische Sammlung effizienter ist als die manuelle Sammlung. Mit Sensoren und Software sparen Unternehmen 30 % der Abfallsammelkosten. Die Einsparungen können manchmal bis zu 50% betragen.

In Russland gibt es ein Analogon - ein Gerät der Firma Wasteout. Dies ist ein Gerät mit eingebauten Sensoren: Ultraschall, Temperatur, Neigung und einem Funkmodul zur Übertragung von Daten über den Füllstand des Behälters. Das System ähnelt Enovo, aber die Messungen werden anders vorgenommen, sodass das Patent nicht verletzt wird. Wasteout-Geräte werden in Moskau, St. Petersburg und Kaluga installiert. In Perm werden sie von der Firma Bumatika verwendet, die die Deponie verwaltet. Die Geräte sind so konfiguriert, dass sie bei Frost, Hitze und Vandalismus arbeiten.

Intelligente Müllwagen

Wenn wir „intelligente“Müllcontainer geben, warum dann nicht dasselbe mit Müllwagen? Scheint ein logischer Schritt zu sein? Ja, das ist richtig.

Im Jahr 2017 starteten zwei schwedische Unternehmen, der Autogigant Volvo und das Entsorgungsunternehmen Renovo, ein gemeinsames ROAR-Projekt – Roboterbasierte autonome Abfallbehandlung oder Robotermüllwagen.

Der Müllwagen wird von einer Person bedient, ein Teil der Arbeit ist jedoch automatisiert. Neue Routen werden vom Fahrer gelegt und das Auto merkt sich diese. Beim nächsten Mal fährt das Auto selbstständig per GPS zu den Containern, mit minimalem Kraftstoffverbrauch. Der Müllwagen merkt sich die Position von Tanks und anderen Hindernissen, kann rückwärts fahren und um geparkte Autos herumfahren. Es sind Sensoren installiert, und wenn es eine Katze, ein Kind oder ein anderes sich bewegendes Objekt auf der Straße sieht, stoppt das Auto. Das einzige, was eine Person tut, ist, einen Mechanismus zu betätigen, der den Körper mit Abfall belädt.

Ein Jahr zuvor waren dieselben Müllwagen mit Drohnen ausgestattet, um die Tankladung zu überwachen. Aber das Projekt wurde nicht entwickelt. Ein Müllwagen ohne Drohnen arbeitet bereits effizient.

Reinigung von Flüssen und Meeren

Ein separates Thema ist die Reinigung von Meeren, Flüssen und Seen. Müll ist im Wasser schwerer zu kontrollieren als an Land. Strömungen tragen den Müll an die unterschiedlichsten Stellen, Müll sammelt sich am Boden oder in der Wassersäule. Wenn keine Strömung vorhanden ist, bleibt der Müll vor der Küste und muss manuell entfernt werden.

Wie werden die Roboter damit umgehen? Fangen wir klein an

Häfen und Küstengebiete

RanMarine hat den WasteShark-Roboter entwickelt, der in Häfen und Küstengebieten schwimmt und Abfälle sammelt, bevor sie ins offene Meer gelangen. WasteShark ist eine schwimmende "Box mit Mund" aus Kunststoff und einem Elektromotor. Die Box „schluckt“den Müll im Wasser und analysiert gleichzeitig die Wasserqualität, misst die Temperatur von Meer und Luft und übermittelt diese Daten „ans Ufer“. Der Box-Operator korrigiert den Kurs anhand der Daten.

WasteShark wurde in Rotterdam getestet und sammelt jetzt Müll in Großbritannien und Dubai ein.

In Zukunft plant RanMarine, einen großen Great Waste Shark-Roboter zusammenzubauen und ins Meer zu entlassen. Er wird in der Lage sein, 500 kg Müll auf einmal zu sammeln. Der Roboter wird von Sonnenkollektoren angetrieben und navigiert mit einem Navigator durch das Meer.

Meere und Seen

Ein Gerät mit ähnlicher Funktionalität - Marine Drone - wurde in Frankreich entwickelt. Die Autoren (International School of Design) haben beschlossen, den Great Garbage Patch auseinander zu nehmen. Marine Drone ähnelt WasteShark, schwimmt jedoch unter Wasser. Der Roboter ist wie ein Mülleimer mit Motoren und Batterien, der schwimmt und selbstständig Schmutz auffängt.

Der Roboter schwimmt zu der Stelle, an der der Müll auf dem Schiff gesammelt wird, dann wird er abgesenkt, und die Marine Drone fängt Plastikflaschen, Tüten, Pappe auf und verscheucht gleichzeitig die Fische mit Schallgebern. Wenn der Korb voll ist, kehrt der Roboter zum Schiff zurück, wo der gesammelte Müll entfernt und die Batterien wieder aufgeladen werden.

Ein paar weitere Entwicklungen von Meeresreinigern

• Row-Bot ist ein kleiner britischer Roboter, der Bakterien aus dem Wasser entfernt. Es bezieht Energie aus den Bakterien selbst, die es in sich selbst „verdaut“.

• Seasarm aus den USA – ein schwimmender Förderer, der Ölprodukte von der Wasseroberfläche sammelt.

• FRED von ClearBlueSea - 30m Segelplattform, die Plastik auf See sammelt.

Großer Müllplatz

Die Beseitigung von Küstenblockaden von Flüssen, Meeren und Seen ist eine relativ einfache Aufgabe. Einfach im Vergleich zum Large Garbage Patch. Dies ist die größte Deponie der Welt - ein Müllstaat mitten im Pazifischen Ozean. Es ist so groß, dass es aussieht, als würde es bald eine eigene Flagge und einen Sitz bei der UN bekommen.

Meistens besteht der Spot aus Plastik und Fischernetzen. Plastik zerfällt im Laufe der Zeit und unter dem Einfluss von Salzwasser und dann in Partikel mit einer Größe von einem Zentimeter bis zu einem Millimeter oder weniger. Die Partikel werden in Wasser suspendiert und bilden eine „Plastiksuppe“. Diese Suppe ernährt sich von Plankton, sie ernährt sich von Fisch und weiter entlang der Nahrungskette gelangt Plastik auf unseren Tisch.

Boyan Slat, ein junger Erfinder aus den Niederlanden, will dieses Problem lösen. Bojan gründete Ocean Cleanup, ein Startup, dessen Ziel es ist, den Ozean von Plastik zu befreien. Die Entwicklung von Boyana ist ein riesiger, mehrere zehn oder hundert Meter langer, schwimmender Arm in Form eines V, an dem ein Netz befestigt ist. Das Netz wird schräg ins Wasser versenkt und balanciert auf Ankern und kleinen Schwimmern. Das gesamte Bauwerk streckt sich ins Meer, und durch die Strömung gelangen Trümmer hinein.

Vor den Küsten Hollands, San Franciscos und Japans wurden Test-„Runs“durchgeführt, nun geht es in Richtung Great Spot. Ja, Boyans Design ist kein Roboter, aber vielleicht löst es das größte Müllproblem ohne menschliches Zutun.

Mülltrennung und Recycling

Der nächste Schritt ist das Sortieren. Es wurde beschlossen, Sortierung und Sammlung in China zu kombinieren. Das Startup Clean Robotics hat eine Symbiose aus Mülleimer und Sortierroboter eingeführt – Trashbot. Der Roboter ist ein Mülleimer mit Kameras, Sensoren, Metalldetektoren und Motoren. Nähert sich eine Person dem Roboter, erkennen dies Sensoren und die Motoren öffnen den Tankdeckel. Der Schmutz fällt nach innen und das System trennt den Schmutz in Metall, Kunststoff und andere Arten.

Die Option ist exotisch. Wenn Sie solche seltsamen Hybriden aus Mülleimer und Sortierförderer nicht in Betracht ziehen, dann verläuft die klassische Methode der Müllsortierung in mehreren Schritten:

Sortierung in Metall und Nichtmetall

Nach Gewicht sortiert

Abteilung für Kunststoff

Papiertrennung

Trennung von Lebensmittelabfällen

Manuelles Sortieren von Reststoffen durch Arbeiter, die nach bestimmten Regeln den Müll trennen

Jede Stufe ist in Unterstufen unterteilt. Es hängt alles vom Entwicklungsstand der verarbeitenden Unternehmen im Land ab. Abfälle, die in verschiedenen Behältern angeordnet sind, werden zur technologischen Verarbeitung an spezielle Anlagen geliefert.

Sortierung von Bauschutt

Wie bei anderen monotonen Arbeiten ist der Sortierschritt automatisiert. Die Firma ZenRobotics aus Finnland hat eine Recycler-Technologie geschaffen, die drei Stufen in einer vereint, jedoch bisher nur für Bauschutt.

Physikalisch besteht ein Roboter aus zwei Manipulatoren, einem Förderband, volumetrischen Behältern und Sensoren: Videokameras verschiedener Art und Metalldetektoren. Nichtphysisch - künstliche Intelligenz, die auf einem adaptiven Suchalgorithmus basiert. Der Algorithmus nutzt die Prinzipien der Funktionsweise des menschlichen Gehirns. Sie zeigen ihm Müllproben, geben an, welcher Art es entspricht, und der Algorithmus lernt, einen ähnlichen in der gesamten Müllmasse zu finden.

Der Schutt wird auf ein Förderband aufgegeben, Sensoren und ein geschulter Roboteralgorithmus bestimmen das Material des Gegenstands. Der Roboter greift mit dem Manipulator ein bis zu 20 kg schweres Objekt und führt es zur Bearbeitung dem entsprechenden Vorratsbehälter oder Förderband zu. Die Genauigkeit des Roboters beträgt 98%.

Wenn der Roboter ein Müllstück nicht erkennen kann, fährt er das Förderband entlang zu einem separaten Behälter und dann wieder zum Anfang des Förderbands. Im Vergleich zur manuellen Methode ist eine solche Sortierung auch bei Fehlern effizienter. Das Sortiersystem kann aus zwei oder mehr Robotern bestehen. Die Software des Roboters ist selbstlernend und arbeitet zudem genauer.

Ein ähnlicher Roboter zur Reinigung von Bauschutt wurde in China entwickelt. In Songjiang, einem der Bezirke von Shanghai, räumen Autos von der Größe eines fünfstöckigen Gebäudes Schutt von einer Baustelle. Sie trennen den Abfall in Erde, Sand, Ziegel und Abfall zur Verbrennung. Roboter zerkleinern große Beton-, Stein- oder Mörtelfraktionen, um den Transport zur Deponie zu erleichtern. Bauschutt ist sehr staubig, aber dieses Problem wurde mit einem Wasservorhang gelöst. In einer Stunde verarbeitet der Roboter 300 Tonnen Müll. Dies entspricht der Arbeit von 25 Personen.

Diese Roboter sind Pilotroboter. Sie planen, das Gerät in diesem Jahr zu verbessern. Das Design wird vom Forschungszentrum CSG Robot Base durchgeführt. Geplant ist ein Verarbeitungsniveau von 600.000 Tonnen pro Jahr. China ist ein Land mit kontinuierlichem Aufbau. Die Bauindustrie macht 6-7 % des BIP des Landes aus, daher sind solche Roboter dazu verdammt, überall eingesetzt zu werden.

Sortierung in verschiedene Typen

Ein anderer ähnlicher Sortierer wurde in Deutschland entwickelt. Gunther Envirotech hat die Sortieranlage Splitter entwickelt. Im Gegensatz zu seinen Pendants aus Finnland verwendet das deutsche Gerät keine Sensoren, Sensoren oder Software. Stattdessen funktioniert die Mechanik: Schnecken und Schäfte einer bestimmten Form sortieren den Abfall nach Form, Größe und Gewicht in drei Kategorien. Die Mülltrennung durch den Splitter-Roboter ist grob und für die Primärfraktionierung geeignet.

Die weitere Entwicklung von Sortierern wird dem Weg der Komplikation folgen. Der Müll wird in Beton, leichte und schwere Ziegel, Porenbeton, Silikat, Gips, Asbest sortiert. Außerhalb der Bauindustrie müssen Roboter noch komplizierter werden: Sortieren nach Kunststoff, Papier, Holz, elektronischen Geräten, Stoffen, Lebensmittelabfällen, Medikamenten. Jede Kategorie erfordert eine Unterteilung nach Gewicht, Größe und Art, beispielsweise Karton und Papier.

Am MIT - Massachusetts Institute of Technology ist dieser Weg bereits auf dem Weg. RoCycle Robotersortierer in Entwicklung. Konzipiert ist der Roboter in der Lage, die Art des Materials zu bestimmen. Dazu verfügt er über taktile Sensoren, in Zukunft kommen Kameras und Computer Vision hinzu.

Es gibt noch einige andere aktive Sortierroboter

• AMP Cortex von AMP Robotics in den USA. Der Roboter entnimmt den Karton mit einem Saugnapf aus dem Kehrgutstrom auf dem Förderband. Der Müll wird mittels Software ermittelt, die über die „Cloud“aktualisiert werden kann.

• Roboter-Liam. In den USA demontiert er veraltete iPhones, in England Fernseher mit Bildröhren.

• Roboter SamurAI von Machinex Technologies aus Kanada. Erkennt Kunststoff, Karton, Schachteln, Verpackungen mit Machine Vision. Die Genauigkeit eines Roboters entspricht bereits der eines Menschen.

• Russischer Roboter zum Sortieren von Abfällen aus dem GC "Environmental and Energy Technologies". Es erkennt unter anderem 20 Kunststoffarten, die sich auf dem Förderband bewegen, nicht nur durch Kameras, sondern auch durch ein Spektrometer, das nach chemischer Zusammensetzung und Farbe sucht.

Es gibt auch junge russische Projekte, die ihre Produkte noch nicht auf den Markt gebracht haben. Unter ihnen ist Neuro Recycling, ein Bewohner von YotaLab. Das Unternehmen entwickelt ein Abfallsortiersystem mit mittelschweren und leichten Robotern, die von einem neuronalen Netz gesteuert werden. Das Projektteam besteht aus 120 Mitarbeitern, davon 50 in der Entwicklung.

Roboter-Mensch-Tandem

Die Aussicht auf die Einführung der Robotisierung bei der Abfallsammlung, -sortierung und -wiederverwertung ist real. Schon jetzt ist es mit den "vorhandenen" Technologien möglich, ohne Utopie oder phantastische Ideen die Phasen des Mülllebens zu automatisieren und zu robotisieren.

Wie könnte es aussehen?

Intelligente Mülleimer. Wenn sie voll sind, signalisieren sie der „Leitstelle“, die Software empfängt das Signal und bildet eine Route.

Der Müll wird von einem halbautomatischen Müllwagen abgeholt, der selbstständig parken kann und sich den Weg merkt.

An der Übergabestelle wird der Müll von Roboterförderern in Kunststoff, Glas, Karton, Speisereste sortiert und in separate Behälter gefüllt. Bestimmte Abfallarten werden mit einer Presse verdichtet, in Blöcken oder Säcken gesammelt und entweder einer Deponie oder einer Abfallaufbereitungsanlage zugeführt.

Im Werk mechanisch: Kräne, Manipulatoren, Träger; Müll wird dem Recycling zugeführt.

Förderroboter zur Sortierung von Bau- und Siedlungsabfällen sind bereits im Einsatz. Die Abfallroboterisierung reduziert den Anteil des Abfalls, der auf Deponien landet, und erhöht den Anteil des recycelten Abfalls. Automatisierung kann profitabel sein: Der Austausch eines Roboters mit einem Dutzend Leuten beim Sortieren und wenigen Fahrern auf einem Müllwagen senkt die Kosten und erhöht die Effizienz. Dies ist eine völlig logische Etappe in der Entwicklung der Menschheit, genauso wie die Automatisierung der Arbeiterarbeit in den Fabriken. Obwohl absolute Autonomie noch nicht möglich ist, ist das Tandem von Robotern und Menschen in der Müllsphäre durchaus real.