Robotter, der kan sortere genbrug

Hvert år sorterer affaldsvirksomheder gennem anslået 68 millioner tons genbrug, hvilket svarer til vægten af ​​mere end 30 millioner biler.

Et nøgletrin i processen sker på hurtiggående transportbånd, hvor arbejdere skal sortere genstande i kategorier som papir, plast og glas. Sådanne job er kedelige, snavset, og ofte usikker, især i faciliteter, hvor arbejdere også skal fjerne almindeligt affald fra blandingen.

Med det i tankerne, et hold ledet af forskere ved MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) har udviklet et robotsystem, der kan registrere, om et objekt er papir, metal, eller plastik.

Holdets "RoCycle"-system inkluderer en blød Teflon-hånd, der bruger taktile sensorer på fingerspidserne til at registrere en genstands størrelse og stivhed. Kompatibel med enhver robotarm, RoCycle viste sig at være 85 procent nøjagtig til at detektere materialer, når den er stationær, og 63 procent nøjagtig på et faktisk simuleret transportbånd. (Den mest almindelige fejl var at identificere papirbeklædte metaldåser som papir, hvilket teamet siger ville blive forbedret ved at tilføje flere sensorer langs kontaktfladen.)

"Vores robots sensoriske hud giver haptisk feedback, der gør det muligt for den at skelne mellem en lang række objekter, fra det stive til det squishy, " siger MIT professor Daniela Rus, seniorforfatter på et relateret papir, der vil blive præsenteret i april på IEEE International Conference on Soft Robotics (RoboSoft) i Seoul, Sydkorea. "Computersyn alene vil ikke være i stand til at løse problemet med at give maskiner menneskelignende opfattelse, så det er af vital betydning at kunne bruge taktile input."

Et samarbejde med Yale University, RoCycle demonstrerer direkte grænserne for synsbaseret sortering:Den kan pålideligt skelne mellem to visuelt ens Starbucks-kopper, en lavet af papir og en lavet af plastik, det ville give problemer med synssystemer.

Incitament til genbrug

Rus siger, at projektet er en del af hendes større mål om at reducere back-end omkostningerne ved genbrug, for at tilskynde flere byer og lande til at skabe deres egne programmer. I dag er genbrugscentre ikke specielt automatiserede; deres hovedtyper af maskiner omfatter optiske sorterere, der bruger lys med forskellig bølgelængde til at skelne mellem plastik, magnetiske sorterere, der adskiller jern- og stålprodukter, og aluminiumssorterere, der bruger hvirvelstrømme til at fjerne ikke-magnetiske metaller.

Dette er et problem af en meget stor grund:Kina hævede i sidste måned sine standarder for renligheden af ​​genbrugsvarer, som det accepterer fra USA, betyder, at noget af landets enkeltstrømsgenanvendelse nu sendes til lossepladser.

"Hvis et system som RoCycle kunne implementeres i stor skala, vi ville potentielt være i stand til at have bekvemmeligheden ved single-stream genanvendelse med de lavere kontamineringsrater ved multi-stream genbrug, " siger ph.d.-studerende Lillian Chin, hovedforfatter på det nye papir.

Det er overraskende svært at udvikle maskiner, der kan skelne mellem papir, plast, og metal, som viser hvor imponerende en bedrift det er for mennesker. Når vi samler en genstand op, vi kan straks genkende mange af dets kvaliteter, selv med lukkede øjne, som om den er stor og stiv eller lille og blød. Ved at mærke objektet og forstå, hvordan det relaterer sig til blødheden af ​​vores egne fingerspidser, vi er i stand til at lære at håndtere en lang række genstande uden at tabe eller knække dem.

Denne form for intuition er svær at programmere til robotter. Traditionelle hårde ("stive") robothænder skal kende et objekts nøjagtige placering og størrelse for at kunne beregne en præcis bevægelsesbane. Bløde hænder lavet af materialer som gummi er meget mere fleksible, men har et andet problem:Fordi de er drevet af fluidiske kræfter, de har en ballonlignende struktur, der ret nemt kan punktere.

Sådan virker RoCycle

Rus' team brugte en motordrevet hånd lavet af et relativt nyt materiale kaldet "auxetics". De fleste materialer bliver smallere, når de trækkes på, som et gummibånd, når du strækker det; auxetik, i mellemtiden, faktisk blive bredere. MIT-teamet tog dette koncept og satte et twist på det, helt bogstaveligt:​​De skabte auxetik, der, når det skæres, drej til enten venstre eller højre. Ved at kombinere en "venstrehåndet" og "højrehåndet" auxetic for hver af håndens to store fingre får dem til at låse sammen og modsætte sig hinandens rotation, muliggør mere dynamisk bevægelse. (Teamet kalder dette "handed-shearing auxetics", eller HSA.)

"I modsætning til bløde robotter, hvis væskedrevne tilgang kræver luftpumper og kompressorer, HSA kombinerer vridning med forlængelse, hvilket betyder, at du kan bruge almindelige motorer, " siger Chin.

Holdets griber bruger først sin "belastningssensor" til at vurdere et objekts størrelse, og bruger derefter sine to tryksensorer til at måle den kraft, der skal til for at gribe en genstand. Disse metrikker - sammen med kalibreringsdata om størrelsen og stivheden af ​​objekter af forskellige materialetyper - er det, der giver griberen en fornemmelse af, hvilket materiale objektet er lavet. (Da de taktile sensorer også er ledende, de kan detektere metal med, hvor meget det ændrer det elektriske signal.)

"Med andre ord, vi estimerer størrelsen og måler trykforskellen mellem den nuværende lukkede hånd og hvordan en normal åben hånd skal se ud, " siger Chin. "Vi bruger denne trykforskel og størrelse til at klassificere det specifikke objekt baseret på information om forskellige objekter, som vi allerede har målt."

RoCycle bygger på et sæt sensorer, der registrerer en genstands radius med en nøjagtighed på 30 procent, og fortæl forskellen mellem "hårde" og "bløde" objekter med 78 procents nøjagtighed. Holdets hånd er også næsten fuldstændig punkteringsresistent:Den var i stand til at blive skrabet af et skarpt låg og punkteret med en nål mere end 20 gange, med minimale strukturelle skader.

Som et næste skridt, forskerne planlægger at bygge systemet ud, så det kan kombinere taktile data med faktiske videodata fra en robots kameraer. Dette ville give holdet mulighed for yderligere at forbedre sin nøjagtighed og potentielt give mulighed for endnu mere nuanceret differentiering mellem forskellige slags materialer.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.