Планета ежедневно напоминает нам, что после стольких лет громких обещаний настало время переходить к конкретным действиям. Нужно принять активные меры по борьбе с тремя главными планетарными кризисами: глобальным изменением климата, потерей биоразнообразия и загрязнением окружающей среды. И действия эти должны быть совместными.
Хорошо, что роботы начинают замещать людей в разных сферах человеческой деятельности, а экология не стала исключением. Тем более, что в мире постоянно происходят события, которые приводят к ухудшению состояния окружающей среды и создают угрозу для жизни и здоровья людей. Например, только за 2019 год человечество выбросило в атмосферу 37 млрд тонн углекислого газа. По прогнозам экспертов, объем рынка робототехники в 2020 году достигнет $128,7 млрд. При этом доля экологических роботов составляет менее 15%.
Роботы в борьбе с мусором
Проблема мусора приобретает пугающие масштабы, поскольку каждый год количество непереработанных остатков только растет, и людям становится тяжелее с этим справляться. Ежегодно накапливающиеся отходы наносят ущерб общественному здоровью, загрязняют окружающую среду и угрожают утопить многие страны в токсичных отходах. К счастью, возможно именно роботизация спасет наше положение и даст надежду на чистое будущее планеты.
Сlark – сортировщик на заводе
Это робот с искусственным интеллектом, запрограммированный на распознавание и отбор упаковок TetraPak. С помощью камеры Clark сканирует содержимое сортировочной ленты, при обнаружении нужного вида сырья роботизированная «рука» с присосками убирает его в отдельный контейнер.
Clark отбирает мусор со скоростью 60 единиц в минуту, точность сортировки – до 90%. Это примерно на 50% быстрее и эффективнее, чем человек, выполняющий ту же работу. В итоге это приводит к снижению затрат на сортировку на 50%. Сейчас робот работает на муниципальном мусороперерабатывающем заводе в Денвере, штат Колорадо.
DustClean – уборщик улиц
DustClean – это часть проекта DustBot итальянских ученых из Высшей школы Святой Анны. Внешне робот напоминает привычную нам уборочную машину с щетками, которая чистит улицы. Но есть существенное отличие – устройство полностью автоматизировано и способно автономно работать 24/7 без вмешательств человека.
С помощью чувствительных сенсоров робот распознает препятствия, людей и не представляет опасности для транспортного движения. Уборщик DustClean компактный и мобильный, он предназначен для работы на узких улицах, в пешеходных зонах. Для запуска достаточно задать маршрут.
Recycler – сортировщик строительного мусора
Финская компания ZenRobotics создала искусственный интеллект для сортировки строительного мусора. Его научили находить и распознавать около десяти видов отходов.
Выглядит это так: видеокамера и металлоискатель сканируют конвейер и анализирует мусор, два роботизированных манипулятора, напоминающих клешни, захватывают сырье и отправляют его в контейнеры. «Клешни» способны захватывать элементы весом до 20 кг. Точность такой сортировки равна 98%, даже с учетом ошибок это эффективнее ручной альтернативы.
Во всём цивилизованном мире переработка мусора считается прибыльным делом, так как из неё можно извлечь разнообразное вторсырьё. Например, жидкие и растительные отходы легко превращаются в компост, макулатура — в упаковочный картон и туалетную бумагу, а старые автомобильные покрышки – в дорожное покрытие. Из отходов на Западе получают также альтернативные источники электроэнергии, что улучшает на местах экологическую обстановку и повышает качество жизни населения.
В Казахстане «мусорный бизнес» до сих пор находится в зачаточном состоянии, несмотря на его очевидную перспективность. Будем надеяться, что в скором будущем мы сможем перенять зарубежную практику раздельного сбора твердых бытовых отходов. И сделать это с применением самых последних технологических инновационных решений.
Экологические проблемы Казахстана также влияют и на Каспийское море. Заводы-гиганты промышленности Прикаспийского горнометаллургического предприятия сбрасывали загрязнённые воды в котловину, которая находится вблизи города Актау. В том месте образовалось техногенное озеро Кошкар-Ата, которое содержит в себе целую таблицу Менделеева токсичных и радиоактивных соединений. Реку Кошкар-Ата и Каспийское море разделяет небольшая береговая полоска протяжённостью около восьми километров, поэтому есть возможность заражения Каспийского моря водами техногенного водоёма. Это водохранилище опасно ещё и тем, что оно периодически пересыхает и завод приостанавливает выбросы. Образуется пыль из токсичных соединений. К сожалению, именно экологические проблемы Казахстана являются главной причиной, по которой население страны подвержено высокому риску возникновения онкозаболеваний. Поэтому очистка водных ландшафтов в нашей стране должно считаться одной из самых приоритетных задач. Как это делается в других странах?
Просто, инновационно и экологично
Вот, например Row-bot – цель стартапа заключается в том, чтобы разработать способ поглощения органических веществ, тем самым очищая воду. Разработчик — Бристольская робототехническая лаборатория (BRL). Конструкция аппарата напоминает водяного жука. Все четыре конечности аппарата имеют поплавки, которые не позволяют ему затонуть и помогают поддерживать стабильный уровень воды в топливном элементе. Плавание в воде происходит за счет работы пары «весел», приводимых в движение микроскопическими электромоторами.
Сфера применения: очистка водоемов с пресной и соленой водой, сливных ям, канализационных стоков. Устройство функционирует в автономном режиме, так как топливные элементы используют энергию метаболизма микроорганизмов. В топливное устройство поставляется грязная вода, после переработки через заслонки выливается чистая вода. Вырабатываемая в течение одного цикла энергия в количестве 1,8 Дж хранится в электрическом конденсаторе. 1 Дж энергии достаточно для того, чтобы робот преодолел расстояние в 20 см, а оставшиеся 0,8 Дж можно использовать для снабжения энергией датчиков и управляющей электроники.
Urban Rivers — многопользовательский сборщик мусора с веб-интерфейсом
Стартап создавался для очистки реки Чикаго от мусора. По задумке разработчиков, пользователи могут управлять роботом через веб-сайт. В целом процесс напоминает онлайн-игру, но выполняет полезные действия в реальности. Любой человек сможет удаленно управлять роботом в режиме реального времени через сайт и таким образом собирать мусор из водоема и накапливать его в специальных емкостях. Когда емкости заполняются, аппарат вернется на базовый терминал, где команда Urban Rivers выгрузит мусор и подготовит его к новому заплыву. Робот оснащен функцией GPS-отслеживания и страховочным тросом, препятствующим затоплению.
Ocean Cleanup — океаны без пластикового мусора
Робот Interceptor от компании Ocean Cleanup представляет собой автономное судно, задача которого заключается в вылове мусора из рек до того, как он попадет в моря и океаны. Мусор равномерно распределяется по шести контейнерам общей емкостью 50 куб. м. Когда все контейнеры заполняются — робот отправляет текстовое сообщение местным операторам по сбору отходов.
Устройство работает за счет литий-ионной батареи, за сутки оно собирает до 50 тыс. кг отходов. Аппарат подключен к облачной системе, выполняющей контроль за производительностью, энергопотреблением, состоянием компонентов. Два робота уже проявили себя на практике: один из них установлен на реке в Тангеранге (Индонезия), второй — на реке в Кланге (Малайзия). К 2025 году разработчик планирует очистить 1 000 рек, которые обеспечивают до 80% всего загрязнения океана пластиковыми отходами.
Очистка орбиты от космического мусора
Проблемы людей с мусором не заканчиваются на Земле — они следуют за нами в космос. Тысячи тонн брошенных спутников, отработанных ракетных частей и блуждающих фрагментов мусора теперь кружат вокруг нашей планеты на невероятных скоростях, и объем космического мусора растет с каждым годом. Согласно последним данным, вокруг Земли в космосе сейчас вращается около 9 200 тонн мусора.
Geckon – в космосе как в океане
NASA и ученые из Стэнфордского университета озадачились решением проблемы орбитального загрязнения. Оно опасно для космических аппаратов и в перспективе может сделать выход в космос недоступным.
Группа инженеров сконструировала аппарат по образу лапы геккона. «Лапки» робота оборудованы манипуляторами с поверхностями для захвата объектов. На них расположены тысячи липких волосков, которые и ловят космический мусор.
RemoveDebris – космическая сетка и гарпун
RemoveDEBRIS — еще один охотник за крупной добычей на орбите. Разработчики потратили 6 лет на испытания в специальных вышках и в термовакуумных камерах. Экспериментальный спутник разработала команда инженеров из британской компании SSTL в сотрудничестве со специалистами из нескольких других европейских стран и Южной Африки. Система уже успешно функционирует в открытом космосе. Спутник оснащен специальным гарпуном и сетью для отлавливания мусора.
ClearSpace-1 – уничтожение фрагментов мусора
В 2025 году ЕКА запустит зонд ClearSpace-1. Он предназначен для очистки орбиты от крупных объектов. Первой целью зонда станет отработанная ступень ракеты Vega. Ее вывели на орбиту в 2013 году. Это хороший объект для старта, поскольку он крупный и движется по предсказуемой траектории. Ступень находится на высоте 660-800 километров и весит около 100 килограммов. Еще один положительный момент — форма ступени. Она очень удобна для захвата зондом, который имеет четыре роботизированные руки. ClearSpace-1 выведут на высоту примерно в 500 километров. После захвата зонд включит двигатели и опустится в нижние слои атмосферы. Затем планируются более сложные миссии, в рамках которых ClearSpace-1 попытается захватить и уничтожить сразу несколько фрагментов мусора.
«Представьте себе, что все морские корабли, потерянные за прошедшие века, дрейфовали бы по поверхности океанов. Это именно то, что сейчас происходит на орбите, и эта ситуация больше не может продолжаться. Поэтому все страны-члены ЕКА активно поддержали эту миссию», —заявил глава ЕКА Йохан-Дитрих Вернер.
ELSA-d – обеспечивают безопасность всех поколений в будущем
Японская компания Astroscale разработала аппарат ELSA-d для уборки космического мусора на орбите. 20 марта этого года Astroscale отправила в космос спутник. ELSA-d стартовал с Байконура, его доставила ракета «Союз».
Спутник способен находить объекты в космосе и сближаться с ними как с дальнего, так и ближнего расстояния с использованием абсолютной и относительной навигации. Космический аппарат осматривает объекты с проведением оценки оператором. Также у спутника имеется стыковочная плита для обеспечения удобства при удалении космического мусора.
Аппарат оснащён магнитным захватом стабилизированного и беспорядочно вращающегося объекта, его можно сводить с орбиты, выводить повторно и переводить в пассивный режим. Для обеспечения безопасности предусмотрена эвакуация и пассивно безопасные траектории в рамках миссии. Astroscale предусмотрела и создание полномасштабного наземного сегмента, индивидуализированного под заказчика для обеспечения обслуживания на орбите.
Спутник способен возвращаться на Землю, потом опять выходить на околоземную орбиту. Его заправляют экологичным топливом. Частная компания собирается обслуживать все орбиты планеты и «обеспечить безопасность всех поколений в будущем».
Миссия спутника ELSA-d станла первой в рамках демонстрации базовых технологий компании Astroscale для удаления космического мусора. Astroscale является первой частной компанией, которая видит свою цель в обеспечении безопасного в долгосрочной перспективе космоса во благо будущих поколений, а также единственной компанией, которая посвятила себя оказанию услуг на всех типах орбит.
Использование чистой энергии
Общее количество солнечной энергии, которую поглощает атмосфера, поверхность суши и океана, составляет примерно 3 850 000 эксаджоулей (ЭДж) в год. Волны в качестве источника энергии привлекательны тем, что работают непрерывно. Их можно использовать в 80% крупнейших прибрежных городов мира и на островах. Суммарно энергетический потенциал волн оценивается в 29 500 тераватт-часов в год, а это составляет 125% от текущего уровня потребления электричества в мире.
Liquid Robotics — комплексная аналитика вдали от суши
Беспилотники Liquid Robotics изучают океанографические и климатические данные в автономном режиме. Устройство использует энергию волн для движения и энергию солнца для датчиков и выполнения бортовых вычислений, что позволяет проводить в океане много месяцев подряд без топлива. Система состоит из трех частей: поплавка на поверхности, 8-метрового шлангокабеля и подводной лодки. Возможно оснащение дополнительными датчиками для выполнения задач в морской науке, коммерческих и оборонных целях.
Sinn Power — источник питания для вечного двигателя
Модульная морская платформа Sinn Power способна генерировать возобновляемую энергию из волн, ветра и солнца. Конструкция может работать в любых погодных условиях. Волновые генераторы оснащены солнечными батареями и ветровыми турбинами. По задумке инженеров тяжелая платформа при ударе волн почти не смещается, а вся энергия уходит в подвижные поплавки. Амплитуда их движения достигает 3 м, благодаря чему система собирает энергию волн высотой от 2 до 6 м, превращая движение поплавков в электричество. Сфера применения: получение электроэнергии из возобновляемых источников, в перспективе проект станет реальной заменой электростанциям, использующим ископаемое топливо.
Ocean Energy — генераторы энергии для удаленных территорий
Энергетические установки Ocean Energy для преобразования энергии морских волн в электричество могут применяться на островах, где нет места для сооружения ветровых или солнечных электростанций. Установка представляет собой огромный буй весом 826 тонн, который генерирует 1,25 МВт энергии. Этой мощности достаточно для обеспечения электричеством населенного пункта на 18 тыс. домов, питания опреснительных установок, рыбных и креветочных ферм. Эксперты Bloomberg утверждают, что аналогичные проекты ждет бурное развитие в ближайшем десятилетии.
Итог
Как можно заметить, экологические проблемы медленно, но верно находят свои решения. А это значит, что у нашей планеты есть шанс на чистое небо, в землю и воду. Пандемия COVID-19 показала, что люди стали прислушиваться к ученым. Также она показала совершенно новый уровень международного сотрудничества и инновационного развития в поиске вакцины. 2021 год — это наша возможность «перезапустить» наши усилия и вместе начать двигаться к устойчивому будущему для всех.
