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国产垃圾分拣机器人实现技术突破,环保事业能否迎来暖春?

今日头条       2017-09-15


编者按:垃圾分类,指按一定规定或标准将垃圾分类储存、分类投放和分类搬运,从而转变成公共资源的一系列活动的总称。这不仅是出于生态环境角度考虑,“没有垃圾,只有放错位置的资源”,分类收集后,不少垃圾都可以被重新再利用。


随着我国城市化水平的提高,越来越多的生活、生产垃圾成了每一座城市的心病。由于国内现在采取的垃圾处理方式还是粗放型的堆肥、焚烧和填埋,投入成本高、浪费严重,同时效率低下,近几年大城市因土地容量不够而向中小城市转移垃圾非法填埋的新闻屡见报端。


今年5月,著名的“上海垃圾倾倒苏州太湖案”正式开庭审理,涉案人员因涉嫌收受贿赂、滥用职权被依法惩治。据机器人网(jqr.com)了解,本次非法倾倒垃圾事件所涉及的固体废物主要成分为建筑垃圾(金属、砖瓦陶瓷、灰土)和生活垃圾(纸类、塑料、竹木、纺织类),若分类合理,其中像金属一类的可回收垃圾大可被收集重复利用,其他垃圾也可以科学分解,把对环境的不良影响降到最低。


我国的垃圾分类现状


首先要明确的一点是,垃圾分类是一个庞大的命题,这件事不是多建几个填埋场、回收站就能做好的。今年3月底,国家发改委、住建部发布《生活垃圾分类制度实施方案》,要求在全国46个城市先行实施生活垃圾强制分类。5个月过去了,虽然如今这些城市的各个小区都出现了三色、四色垃圾桶,社区也进行了积极宣传,但是相关政策还是没能深入人心,写着“可回收垃圾”的垃圾箱里依旧塞满各类厨余垃圾。


要做好垃圾分类,政府、居民、企业的肩膀上都担有重责。首先,政府应当主导建立完整的垃圾分类回收体系,明确权责分类,建立奖惩机制;其次,居民应当形成垃圾分类意识,积累垃圾分类知识,把分类当成居民义务;最后,相关企业(国内主要还是政府在处理)应当提升垃圾分类、分拣、处理技术水平,形成一整套垃圾回收产业链,实现真正的变废为宝。


当然,实事求是地说,现在我国的垃圾分类还仅仅停留在“宣传”阶段,政府没钱,业界没技术,居民也缺乏环保意识。就垃圾分类中技术要求最低但是实际操作最困难的垃圾分拣来说,由于我国缺乏分类体系,社会上诞生了一个专业工种——拾荒者。这些拾荒者游离在正规的垃圾处理体系外,清理整合城市排出的大量垃圾,推动了废品回收回收再造产业链,让可回收物在没有任何政府支持的条件下得到回收。




据广州2005年的一项统计数据称,该年广州市约有10万人从事再生资源回收利用工作,每年回收的再生资源产值超过100亿元。2005年,广州市常住人口950万;2016年,这个数字是1404万。2001至2011年,金属回收再利用为中国节省了1.1亿吨煤炭资源,并减少了90亿矿产资源的开采,仅废铝一项,就减少释放5.52亿吨二氧化碳。


垃圾废品里藏着“金山银山”,撇开其他因素不谈,落后的分拣技术埋没了这些随处可见的“财富”。


航天科技开发环保机器人,用深度学习破解分拣难题


目前,国际上的许多国家都已经建立了垃圾分类分拣处理体系,虽然在环保上他们先行一步,但是和中国一样,他们也面临一个技术难题:如何进行机械化分拣。这之中包含了垃圾智能识别系统的开发、分拣机械机构的研发和分拣后的垃圾处理技术,随着人工成本的不断上升,长期依靠人力分拣是不现实的,分拣技术的突破将决定整个国家环保事业的继续推进。


2016年,航天科技集团一院承担了环卫垃圾分拣及智能机器人产业基金项目,并开始研制以垃圾中的瓶类为分拣目标,能从复杂的垃圾堆中准确识别出目标物、精确定位后通过机械臂将其抓出的垃圾分拣机器人。


据国资委网站8月18日新闻,航天科技集团一院18所基于神经网络搭建的环卫垃圾分拣及智能机器人深度学习平台调试成功。该平台对垃圾中的各种塑料瓶的分拣识别率达到96%以上,标志着项目深度自学习技术取得突破。


为提高分拣率,18所根据实际应用场景,不断提高分拣准确性及效率。此次环卫垃圾分拣及智能机器人深度学习平台的调试成功,解决了分拣效率及分拣成功率偏低的问题,并且摆脱了环境依赖性,标志着18所在智能机器人深度自学习应用化上达到国内领先水平,为后续产业拓展奠定了良好基础。


后续,该所还将对垃圾深度分类回收进行研究,逐步向其他应用领域拓展。


航天科技集团一院的技术突破,标志着我国出现了拥有自主核心知识产权的环保机器人,国家在垃圾分拣技术上的探索取得了初步成果。虽然这台机器人还没有实现产业化,但它将来带给环保事业的有益推动值得我们期待。


环保合作促进睦邻友好,日本用AI分拣重型建筑垃圾


邻国日本一直是中国在环保上的经验借鉴对象。在日本,垃圾分类已变成一种仪式,一种深入骨髓的精神,一张彰显社会文明程度的名片。大到政府,小到居民个人,整个日本都对垃圾分类有着近乎狂热的执念,也正因如此,每年日本政府都要支付巨额补贴给垃圾处理厂维持运营,但这也只是杯水车薪。在日本,垃圾填埋的费用十分昂贵,对于体量巨大的建筑垃圾来说,成本很高,只有实现最大程度的循环再利用,才能创造利润价值。




近日,央视播放了一则关于日本用AI分拣重型建筑垃圾的新闻,机器人网(jqr.com)在事后跟进了报道,并曝光了东京近郊一家废弃物处理厂Shitara Kousan工厂内的工作情况——该厂是日本国内首个采用人工智能技术分拣垃圾的废弃物处理厂。


Shitara Kousan工厂引入了4个形似人手臂的智能机器人,机器人通过传感器对传送带上的垃圾进行扫描检测,能同步识别出不同材质的垃圾,主要用来把混在建筑垃圾里的混凝土、金属、木材、塑料等可以循环再利用的垃圾挑选出来。


据工作人员介绍,一开始,机器人对垃圾的识别率只有60%,但经过反复训练后,人工智能机器人通过机器学习,将识别率提升到了80%以上,目前这些机器人能识别的垃圾种类已高达二十余种,4台机器每分钟共计分拣50次,一天能处理2000吨左右的垃圾。


更可喜的是,引入智能机器人分拣垃圾后,工厂节省了人工费,提高了工作效率,目前,该工厂每个月的营业利润达到了此前的3倍。


近年来,在日本政府的支持下,有越来越多的日本民间企业开始尝试利用高科技积极开发建筑垃圾的利用方法,据产业废弃物处理振兴中心的调查数据显示,目前,日本有97%的建筑垃圾已经实现了资源再利用。


在今年6月举办的“中日环境保护产业合作研讨会”上,中日两国与会嘉宾一致认为,通过积极开展环保产业合作,两国将加强彼此间的战略互惠关系,在中日邦交正常化45周年的节点上为中日关系带来新的发展机遇。清洁生产、污染处理、环境友好型住宅、新能源汽车等多个领域的中日企业也在同期开幕的博览会上进行了展出和交流。


环保领域的跨国合作,芬兰技术助力中国破解“垃圾围城”


去年12月,芬兰ZenRobotics公司与江苏绿和环境科技有限公司(下称“绿和”)签署了独家合作伙伴协议,两公司就中国首个建筑混合(装修)垃圾无害化处理项目开展合作。ZenRobotics是芬兰创新型、高科技公司的代表,该公司旗下的人工智能分拣系统在该项目中扮演重要角色,能把人力从分拣垃圾这项既脏又危险的劳动中解放出来。


建筑垃圾处理产业在中国刚刚起步,其中装修垃圾因成分复杂,利用价值低,处置成本高,业内避之不及,但其对生态环境的危害日益严重。ZenRobotics研发的回收垃圾分类系统,是全球首个已经商业化应用的机器人垃圾分拣系统。它包括人工智能识别技术的软件系统以及高速高精度的工业机器人(机械手),可用于分拣各种类别的材料。


与传统的依靠代码来辨别材料的分拣技术不同,ZenRobotics机器人系统可通过“例子”来学习,它是用传感器扫描来识别物体的表面结构、形状和材料构成,客户可通过提供200个样本来“教”机器人识别新的材料。这种学习能力使机器人具有灵活性,能够适应不断变化的废物流。传统的分拣设备投资昂贵但功能是固定的,ZenRobotics的系统则可根据材料的不同来调整。




目前,ZenRobotics的机器人主要用于分拣建筑、工业材料,包括金属、木头、石膏、石头、混凝土、硬塑料、纸板等,但它还可被“训练”分拣除垃圾以外的其他材料,其工作内容调整可以很容易通过软件更新实现。资料显示,一个机器手可以高精度分拣4种不同性质的垃圾碎片,有效分拣率可达98%,最高分拣速度3000次/小时,工作时间24小时/天。


据悉,绿和已购买了两套ZenRobotics的人工智能分拣系统及设备应用于江苏常州的项目,这两套设备有4个机器手,相当于替代了48个人工的工作量,同时分拣效率也提升了40%,准确率高,管理成本低,没有职业健康危害的烦恼。按照计划,这些设备预计今年8月底到货,9月进行安装,10月试运行。


引进的ZenRobotics设备将投入一条专门针对中国装修装饰垃圾特点的自动化处理线,ZenRobotics需在双方技术研发合作的基础之上,针对中国装修垃圾的特点进行软件和设备的升级。


据绿和介绍,中国的建筑垃圾中,很大一部分是装修装饰过程中产生的垃圾,与欧美不同的是,所有的垃圾都混合在一起,未进行前端的任何分类,因此成分更复杂,分拣难度更大。《中国建筑垃圾资源化产业发展报告(2014年度)》指出,我国每年因新建、拆除、装修等产生的建筑垃圾约为15.5亿—24亿吨。然而,我国目前建筑垃圾资源化利用率不足5%,而发达国家资源化利用率高达95%。


因看好机器人垃圾分拣在中国市场的潜力,绿和公司已签署了zenrobotics回收分类设备在中国的独家代理权。


环保不只有垃圾分类,开源节流也需努力


除了以上这些垃圾分拣机器人,近年来,各国也都在开发各类有利于节约资源、减少污染的智能设备,以下是机器人网(jqr.com)今年搜集的部分报道,希望能给热心环保的读者带去帮助。


沃尔沃研发自动驾驶垃圾车

自2016年起,沃尔沃一直在瑞典的一座矿山研发自动驾驶卡车。现在,他们可将同样的技术运用于自动驾驶垃圾车。


沃尔沃宣布,他们正在与瑞典的一家废物管理公司Renova合作开发和销售一款可自动驾驶的垃圾车。它应该是对沃尔沃自动驾驶技术的实地应用,只不过车辆的规格比在繁忙街道上穿行的汽车要大一些。


卡车首先要手动通过一段区域,以便让车上的传感器和GPS将路面情况记录在车载地图中。返回之后,卡车就知道去哪里,多久停车一次。然后,运营商可以将卡车切换到自动驾驶模式,像往常一样,把垃圾装在卡车里运走。


把垃圾倒进卡车后,操作员发出指令,卡车会自动行驶到下一个垃圾装运点,重复刚才的操作。卡车将在不同地点之间往复行驶,而不是向前行驶,当卡车检测到任何类型的障碍物时,操作员可使用传感器让使卡车停下来。


从废矿中“采矿”的机器人

铟、铑、铂、碲、金,这些都是地球上的稀有金属。在我们使用的智能设备中,例如混合动力汽车、风力涡轮机、先进的医疗设备和智能手机等,都能看到它们的身影。


近年来,随着亚洲和南美新兴经济体的发展,在原有需求不降反升的基础上,这些国家也增加了对铜、铝等传统金属的需求,给固定的矿物蕴藏量造成了巨大压力。


据一项统计显示,如果人类继续毫无节制地继续开采这些金属,它们可能在15至20年内耗尽。铟的含量可能只够开采十年,即使是铝也撑不到下个世纪。


近日,匈牙利米什科尔茨大学的研究人员Norbert Zajzon和他的同事设计了一款直径为50厘米的球形机器人,它可以深入到被淹没的矿山中进行探测。它最深能下潜到地下500米处,并绘制出那里的地图。


这个机器人将接受的终极测试是英国斯塔福德郡的Ecton铜矿,该铜矿在150年前被淹没后就再没有人探到它的底。整个欧洲有超过3万个被淹没的矿山,这些矿山可能蕴藏着当时并无价值,现在却十分金贵的矿藏。


小结


虽然中国的环保事业刚刚起步,垃圾分类也一直被人诟病,但是我们一直在努力:国家正在不断借鉴、引进更先进的理念、政策;相关单位一直在攻关技术难题,寻找高效、廉价的垃圾分类、处理技术;我们身边也一直有坚持做好分类,为环保尽一份力的无名者,这个人可以是你,也可以是我。在这个机器人与人工智能技术的新风口,让我们多一份行动,少一份指责,为自己的生存环境,为祖国的绿水青山,为子孙后代的蓝天白云尽一份力。


垃圾分类,从我做起。


关键词:机器人