Роботы и пузырьки помогут убирать подводный мусор

Многие люди любят посещать морское побережье, чтобы насладиться физическими преимуществами бодрящего плавания или просто отдохнуть на пляже и погреться на солнце. Но эти простые, жизнеутверждающие удовольствия легко испортить мусором, который, если его не вывозить, может оказать серьезное негативное влияние как на местную экологию, так и на экономику.

Если бы вы случайно оказались на побережье Дубровника в Хорватии, в сентябре 2021 года, то смогли бы заметить двух роботов, прочесывающих морское дно в поисках мусора. В этой команде из двух роботов один был обучен распознавать мусор, а другой — собирать его в свою корзину. Роботы отправились в свою первую миссию и впервые проходили испытания в реальных условиях, а их способность выполнять определенные задачи, например, распознавание мусора и маневрирование под водой, тем временем оценивлась. «Мы считаем, что наш проект — первый, в рамках которого подводный мусор будет собираться роботами в автоматическом режиме», — рассказал доктор Барт де Шуттер, профессор Делфтского технологического университета в Нидерландах и координатор проекта SeaClear.

Роботы являются примером инноваций, разрабатываемых для уборки подводного мусора. Считается, что в океанах содержится от 22 до 66 миллионов тонн мусора, который может различаться по типу в зависимости от района, и около 94 процентов из него находится на морском дне. В некоторых прибрежных районах преобладают выброшенные рыбаками оборудование и снасти, а в других — пластиковые и стеклянные бутылки. «Мы также иногда встречаем (в воде) строительные материалы, такие как бетонные блоки, шины и автомобильные аккумуляторы», — поведал доктор де Шуттер.

Когда мусор попадает в океаны и моря, он может переноситься течениями в разные части света и загрязнять даже отдаленные районы. Морские животные могут пострадать, проглотив мусор или застряв в нем, в то время как здоровье человека также подвергается риску при попадании микрочастиц в пищу.

В настоящее время для сбора отходов в некоторых морских районах используются водолазы-люди, но это далеко не идеальное решение. Опытных водолазов бывает трудно найти, а количество времени, которое они могут провести под водой, ограничено запасом воздуха. Некоторые районы также могут быть небезопасны для человека, например, из-за загрязнения. «Эти препятствия может преодолеть разрабатываемая нами автоматизированная система», — говорит д-р де Шуттер. «Она будет намного эффективнее, экономичнее и безопаснее, чем нынешнее решение, основанное на человеческих ресурсах».

Команда роботов, ищущих мусор

Доктор де Шуттер и его команда создают прототип своей системы для проекта SeaClear, которая состоит из четырех типов роботов, работающих в команде. Роботизированное судно, которое остается на поверхности воды, будет действовать как командный центр, обеспечивая электроэнергией других роботов, и содержать компьютер, который является главным мозгом системы. Три других робота — два подводных и один дрон — будут связаны с судном.

Один из подводных роботов будет отвечать за поиск мусора, приближаясь к морскому дну, чтобы сделать снимки с близкого расстояния с помощью камер и гидролокатора. Беспилотник также будет помогать искать мусор, когда вода прозрачная, пролетая над интересующей зоной, а в мутных районах он будет высматривать препятствия, такие как корабли. Система сможет отличать мусор от других предметов на морском дне, таких как животные и водоросли, с помощью искусственного интеллекта. Алгоритм будет тренироваться на изображениях предметов, с которыми он может столкнуться, включая пластиковые бутылки и рыбу, чтобы научиться различать их и идентифицировать мусор.

Уборкой мусора займется второй подводный робот, который будет подбирать предметы, отмеченные его товарищами. Оснащенный захватом и всасывающим устройством, он будет собирать отходы и складывать их в привязанную к морскому дну корзину, которую затем поднимут на поверхность. «Мы провели несколько первых тестов вблизи Дубровника, где одна пластиковая бутылка была специально помещена на дно, и мы собрали ее с помощью робота-захвата», — сказал д-р де Шуттер. «У нас будет больше экспериментов, в ходе которых мы попытаемся распознать больше мусора в более сложных условиях и затем собрать его с помощью робота».

Доктор де Шуттер и его коллеги считают, что их система в конечном итоге сможет обнаруживать до 90 процентов мусора на морском дне и собирать около 80 процентов того, что она идентифицирует. Это соответствует некоторым целям миссии ЕС «Восстановление наших океанов и вод к 2030 году», которая направлена на устранение загрязнения и восстановление морских экосистем за счет уменьшения количества мусора в море.

Когда проект завершится в конце 2023 года, команда рассчитывает продать около десяти своих автоматизированных систем в течение следующих пяти-семи лет. Они считают, что это будет интересно местным органам власти в прибрежных регионах, особенно в туристических зонах, в то время как компании также могут быть заинтересованы в покупке системы и предоставлении услуг по очистке или сдаче роботов в аренду. «Это два основных направления, которые мы рассматриваем», — сказал доктор де Шуттер.

Точное определение «горячих точек» для мусора

В рамках проекта Maelstrom другая команда также разрабатывает роботизированную систему для борьбы с мусором на морском дне. Однако их первым шагом является определение «горячих точек» под водой, где скапливается мусор, чтобы знать, где систему следует размещать. Различные факторы, такие как течения воды, скорость, с которой конкретный выброшенный предмет тонет, и подводные рельефные особенности, такие как каньоны, влияют на то, где будет скапливаться мусор. «Мы разрабатываем математическую модель, которая позволит предсказать, где окажется мусор», — говорит доктор Мадрикардо.

Их роботизированная система, которая проходит испытания вблизи Венеции, состоит из плавучей платформы с восемью тросами, соединенными с мобильным роботом, который передвигается по морскому дну под ней и собирает отходы в коробку, используя захват, крюк или всасывающее устройство в зависимости от размера мусора. Положением и ориентацией робота можно управлять с помощью регулировки длины и натяжения тросов, и первоначально им будет управлять человек, находящийся на платформе. Однако, используя искусственный интеллект, робот научится распознавать объекты и в конечном итоге сможет функционировать самостоятельно.

Переработка подводного мусора

Доктор Мадрикардо и ее коллеги также намерены перерабатывать весь собранный мусор. Второму роботу будет поручено сортировать собранный мусор и классифицировать его в зависимости от того, из чего он сделан, например, органические материалы, пластик или текстиль. Затем проект объединяется с промышленными партнерами, занимающимися переработкой материалов, для преобразования полученных отходов.

Грязные и смешанные отходы пластика трудно перерабатывать, поэтому команда использовала портативную пиролизную установку, разработанную в рамках предыдущего проекта marGnet, чтобы превратить отходы пластика в топливо для питания технологии удаления отходов. Это соответствует цели ЕС по переходу к циркулярной экономике, где существующие продукты и материалы используются повторно как можно дольше, в рамках Европейской стратегии «Зеленый курс» и стратегии по пластику. «Мы хотим продемонстрировать, что вы действительно можете попытаться переработать все, что угодно.  Но это не так-то просто», — сказал доктор Мадрикардо.

Использование пузырьков для очистки рек

Доктор Мадрикардо и ее коллеги также разрабатывают вторую технологию, направленную на удаление мусора, плавающего в реках, чтобы его можно было перехватить до того, как он попадет в море. Завеса из пузырьков, называемая Барьером пузырьков, будет создаваться путем нагнетания воздуха через перфорированную трубку, расположенную на дне реки, которая создает восходящее течение, направляющее мусор к поверхности и, в конечном итоге, к берегам, где он собирается.

Система была опробована в каналах Нидерландов и в настоящее время проходит испытания на реке к северу от Порту в Португалии, где, как ожидается, она будет внедрена в июне. «Это простая идея, которая не оказывает влияния на навигацию (лодок)», — сказал доктор Мадрикардо. «Мы считаем, что это не окажет негативного влияния и на фауну, но это предположение еще потребует проверки».

Хотя новые технологии помогут справиться с подводным мусором, д-р Мадрикардо и ее команда также стремятся уменьшить количество отходов, которые вообще попадают в водоемы. Поэтому проект Maelstrom включает в себя информационно-просветительские мероприятия, такие как организованные кампании по очистке побережья, чтобы информировать и привлечь граждан к тому, что они могут сделать для ограничения морского мусора. «Мы действительно считаем, что необходимы изменения (в обществе)», — сказал доктор Мадрикардо. «Существуют технологии (доступные), но нам также необходимо приложить коллективные усилия для решения этой проблемы».

Это отличная, а главное .ecoлогичная инициатива со временем превратит наши реки и моря обратно в чистые. А вы ждете этого?

Источник