Hvordan robotter og bobler snart kunne hjælpe med at rydde op undervandsaffald

Mange mennesker elsker at besøge havet, hvad enten det er for at nyde de fysiske fordele ved en spændende svømmetur eller blot for at slappe af på stranden og fange lidt sol. Men disse enkle, livsbekræftende fornøjelser ødelægges let af tilstedeværelsen af ​​affald, som, hvis det fortsætter, kan have en alvorlig negativ indvirkning på både det lokale miljø og økonomien.

Hvis du tilfældigvis var omkring Dubrovniks kyst i Kroatien i september 2021, havde du måske set to robotter, der gennemsøger havbunden for affald. I dette hold på to er den ene blevet trænet i at genkende affald, den anden til at samle det i sin kurv. Robotterne var i gang med deres indledende mission og blev for første gang testet i et virkeligt miljø for at måle deres evne til at udføre visse opgaver såsom at genkende affald og manøvrere under vandet. "Vi tror, ​​at vores projekt er det første, der vil indsamle undervandsaffald på en automatisk måde med robotter," sagde Dr. Bart De Schutter, professor ved Delft University of Technology i Holland og koordinator for SeaClear-projektet.

Robotterne er et eksempel på nye innovationer, der udvikles til at rense undervandsaffald. Havene menes at indeholde mellem 22 og 66 millioner tons affald, som kan variere i type fra område til område, hvor omkring 94 procent af det ligger på havbunden. Fiskeudstyr kasseret af fiskere, såsom garn, er udbredt i nogle kystområder, mens plastik- og glasflasker f.eks. mest findes i andre. "Vi ser også nogle gange byggemateriale (i vandet) som blokke af beton eller dæk og bilbatterier," sagde Dr. De Schutter.

Når affald kommer ind i oceaner og have, kan det føres med strøm til forskellige dele af verden og endda forurene fjerntliggende områder. Havdyr kan blive påvirket, hvis de sluger affald eller er fanget i det, mens menneskers sundhed også er i fare, hvis små stykker ender i vores mad. "Det er et meget alvorligt problem, som vi er nødt til at tackle," sagde Dr. Fantina Madricardo, en forsker ved Institut for Havvidenskab – Nationalt Forskningsråd (ISMAR-CNR) i Venedig, Italien og koordinator for Maelstrom-projektet.

Menneskelige dykkere er i øjeblikket indsat for at hente affald i nogle havområder, men det er ikke en ideel løsning. Men erfarne dykkere kan være svære at finde, mens den tid, de kan tilbringe under vandet, er begrænset af deres luftforsyning. Nogle områder kan også være usikre for mennesker, f.eks. på grund af forurening. "Dette er aspekter, som det automatiserede system, vi er ved at udvikle, kan overvinde," sagde Dr. De Schutter. "(Den) vil være meget mere effektiv, omkostningseffektiv og sikrere end den nuværende løsning, som er baseret på menneskelige dykkere."

Et team af affaldssøgende robotter

Dr. De Schutter og hans team bygger en prototype af deres system til SeaClear-projektet, som består af fire robottyper, der vil arbejde sammen. Et robotfartøj, som forbliver på vandoverfladen, vil fungere som et nav ved at levere elektrisk strøm til de andre robotter og vil indeholde en computer, der er systemets hovedhjerne. De tre andre robotter - to der opererer under vandet og en luftdrone - vil være bundet til fartøjet.

En undervandsrobot vil være ansvarlig for at finde affald ved at vove sig tæt på havbunden for at tage nærbilleder ved hjælp af kameraer og sonar. Dronen vil også hjælpe med at søge efter affald, når vandet er klart, ved at flyve over et interesseområde, mens den i skumle områder vil holde øje med forhindringer såsom skibe. Systemet vil via kunstig intelligens kunne skelne mellem affald og andre genstande på havbunden, såsom dyr og tang. En algoritme vil blive trænet med billeder af genstande, den kan støde på, herunder plastikflasker og fisk, så den lærer at skelne dem og identificere affald.

Affaldsindsamlingen vil blive varetaget af den anden undervandsrobot, som henter genstande, der er kortlagt af dens ledsagere. Udstyret med en griber og en sugeanordning vil den opsamle affaldsstykker og deponere dem i en tøjret kurv placeret på havbunden, som senere vil blive bragt til overfladen. "Vi foretog nogle indledende tests nær Dubrovnik, hvor en plastikflaske blev deponeret med vilje, og vi indsamlede den med en griberobot," sagde Dr. De Schutter. "Vi vil have flere eksperimenter, hvor vi vil forsøge at genkende flere stykker affald under vanskeligere omstændigheder og derefter samle dem med robotten."

Indvirkning på undervandsoprensning

Dr. De Schutter og hans kolleger tror, ​​at deres system med tiden vil være i stand til at opdage op til 90 procent af affaldet på havbunden og opsamle omkring 80 procent af det, det identificerer. Dette er i overensstemmelse med nogle af målene for EU-missionen for at genoprette vores have og farvande inden 2030, som sigter mod at eliminere forurening og genoprette marine økosystemer ved at reducere affald på havet.

Når projektet er slut i slutningen af ​​2023, forventer teamet at sælge omkring ti af deres automatiserede systemer inden for de næste fem til syv år. De tror, ​​det vil være interessant for lokale myndigheder i kystområder, især i turistområder, mens virksomheder også kan være interesserede i at købe systemet og yde en oprydningsservice eller leje robotterne ud. "Det er de to hovedretninger, vi kigger på," sagde Dr. De Schutter.

Find på affaldshotspots

Et andet hold er også ved at udvikle et robotsystem til at håndtere affald på havbunden som en del af Maelstrom-projektet. Men deres første skridt er at identificere hotspots under vandet, hvor affald samler sig, så de ved, hvor det skal placeres. Forskellige faktorer såsom vandstrømme, den hastighed, hvormed en bestemt kasseret genstand synker, og undervandsfunktioner såsom kløfter påvirker alle, hvor affald vil samle sig. "Vi er ved at udvikle en matematisk model, der kan forudsige, hvor kuldet vil ende," sagde Dr. Madricardo.

Deres robotsystem, som testes nær Venedig, er sammensat af en flydende platform med otte kabler, der er forbundet til en mobil robot, der vil bevæge sig rundt på havbunden under den for at samle affaldsgenstande i en kasse ved hjælp af en griber, krog eller sugeanordning afhængig af strøelsens størrelse. Robottens position og orientering kan styres ved at justere længden og spændingen af ​​kablerne og vil i første omgang blive betjent af et menneske på platformen. Ved hjælp af kunstig intelligens vil robotten dog lære at genkende objekter og vil til sidst kunne fungere selvstændigt.

Genbrug af undervandsaffald

Dr. Madricardo og hendes kolleger sigter også efter at genbruge alt det affald, der bliver samlet op. En anden robot får til opgave at sortere det hentede affald igennem og klassificere det ud fra, hvad det er lavet af, såsom organisk materiale, plastik eller tekstiler. Derefter går projektet sammen med industrielle partnere, der er involveret i materialegenanvendelse, for at transformere det, de har genvundet.

Beskidt og blandet plastaffald er vanskeligt at genbruge, så holdet brugte et bærbart pyrolyseanlæg udviklet under det tidligere marGnet-projekt til at omdanne affaldsplastik til brændstof for at drive deres fjernelsesteknologi. Dette passer med EU's mål om at bevæge sig mod en cirkulær økonomi, hvor eksisterende produkter og materialer genbruges så længe som muligt, som en del af den europæiske grønne aftale og plaststrategi. "Vi vil gerne demonstrere, at du virkelig kan prøve at genbruge alt, hvilket ikke er let," sagde Dr. Madricardo.

Udnyttelse af bobler til at rense floder

Dr. Madricardo og hendes kolleger er også ved at udvikle en anden teknologi, der fokuserer på at fjerne affald, der flyder i floder, så det kan opsnappes, før det når havet. Et gardin af bobler, kaldet en boblebarriere, vil blive skabt ved at pumpe luft gennem et perforeret rør placeret på bunden af ​​en flod, som producerer en opadgående strøm for at lede affald mod overfladen og til sidst til bredderne, hvor det opsamles .

Systemet er blevet testet i kanaler i Holland og er i øjeblikket ved at blive afprøvet i en flod nord for Porto i Portugal, hvor det forventes at blive implementeret i juni. "Det er en simpel idé, der ikke har nogen indflydelse på (båd)navigation," sagde Dr. Madricardo. "Vi mener heller ikke, at det vil have en negativ indvirkning på faunaen, men det vil vi tjekke."

Selvom nye teknologier vil hjælpe med at tackle undervandsaffald, sigter Dr. Madricardo og hendes team også på at reducere mængden af ​​affald, der i første omgang ender i vandområder. Maelstrom-projektet involverer derfor opsøgende indsats, såsom organiserede kystrensningskampagner, for at informere og engagere borgerne om, hvad de kan gøre for at begrænse havaffald. "Vi tror virkelig på, at en forandring (i samfundet) er nødvendig," sagde Dr. Madricardo. "Der er teknologier (tilgængelige), men vi er også nødt til at gøre en kollektiv indsats for at løse dette problem."