I robot gestiscono la spazzatura: come usare l’intelligenza artificiale per il riciclaggio intelligente

Gli impianti di riciclaggio utilizzano stazioni di smistamento robotiche e una tecnologia di riconoscimento degli oggetti per identificare la spazzatura e posizionarla in modo corretto.

Dotati di labirinti complessi formati da nastri trasportatori ad alta velocità con la spazzatura del giorno prima, i centri di riciclaggio ad alta tecnologia impiegano sensori sofisticati per suddividere la plastica da carta e alluminio. Anche se questa tecnologia può facilitare lo smistamento, non è abbastanza intelligente o innovativa per finalizzare il lavoro.

Dietro le quinte, gli addetti al riciclaggio continuano a smistare i materiali, accertandosi che le scatole di cereali non si confondano con le lattine. E poiché si tratta di un lavoro non solo “sporco”, ma anche noioso e ripetitivo, presso i moderni centri di riciclaggio si riscontra un alto tasso di ricambio del personale, secondo il Bureau of Labor Statistics.

Detto questo, il futuro del riciclaggio intelligente appare più luminoso. Bracci robotici simili alle zampe di un ragno, guidati da videocamere e intelligenza artificiale (AI) – un po’ come la tecnologia di riconoscimento facciale applicata alla spazzatura – consentono agli impianti di riciclaggio municipali di funzionare in modo più efficiente.

“Penso che il modo in cui provvediamo al recupero dei rifiuti stia creando metodi nuovi e innovativi di elaborare i materiali”, ha affermato Thomas Brooks, Director of Technology di Bulk Handling Systems (BHS), che produce il separatore robotico Max-AI. “Ecco come possiamo coinvolgere gli altri e fare in modo che venga riciclata una maggiore quantità di materiale”.

Attraverso la tecnologia di deep learning, i separatori robotici usano un sistema di visione per “vedere” il materiale, l’intelligenza artificiale per “pensare” e identificare ciascun oggetto e un braccio robotico per scegliere oggetti specifici. Questa nuova tecnologia è un passaggio critico per rendere più redditizi i sistemi di riciclaggio, ha affermato Brooks.

No allo spreco

Lo spreco rappresenta un problema enorme: il mondo genera 1,3 miliardi di tonnellate di rifiuti solidi urbani ogni anno, secondo la Banca Mondiale. Entro il 2025, questa cifra è destinata a raggiungere i 2,2 miliardi di tonnellate.

E, come se non bastasse, gli sforzi finalizzati al riciclaggio non aiutano come si potrebbe pensare. Ad esempio, a livello globale viene riciclato uno scarso 14 per cento di plastica. Negli Stati Uniti, secondo l’Environmental Protection Agency (EPA), viene riciclato circa un terzo di tutti i rifiuti, un valore rimasto inalterato per un decennio.

I separatori tradizionali hanno migliorato il processo di riciclaggio, ma non è ancora abbastanza, ha affermato Brooks. I separatori identificano la composizione dei materiali attraverso le videocamere a infrarossi utilizzando sensori ottici, e successivamente dei separatori meccanici, come i soffiatori, organizzano la spazzatura. Tuttavia, presso molti centri, i lavoratori del riciclaggio devono intervenire ulteriormente.

Dopo che i materiali riciclabili sono stati smistati, elaborati e imballati, le strutture possono vendere i materiali a broker o a impianti di produzione, che hanno requisiti specifici sul genere di materiali che sono disposte ad accettare.

Ad esempio, la confezione di plastica a guscio delle insalate è realizzata con lo stesso materiale delle bottiglie di plastica. Agli occhi di una videocamera a infrarossi, quel guscio e una bottiglia di plastica hanno lo stesso aspetto, poiché sono realizzati con un tipo di plastica equivalente. Tuttavia, le strutture spesso non riescono a vendere entrambi i materiali allo stesso broker poiché potrebbero rifiutare materiale con contaminazione alimentare.

I sistemi visivi computerizzati, che costituiscono il cervello che coordina i nuovi separatori robotici, possono facilmente rilevare la differenza tra materiali simili, ha affermato Matanya Horowitz, fondatore e CEO di AMP Robotics.

Horowitz era un laureando al CalTech quando ha realizzato che i sistemi di smistamento per il riciclaggio sono maturi per le tecniche di deep learning che stava studiando.

“Avete bisogno di un sistema visivo computerizzato in grado di comprendere che questo è un cartone, anche se fosse coperto di sporcizia, devastato o parzialmente nascosto da un altro materiale”, ha affermato Horowitz.

Attualmente la sua startup fornisce un separatore robotico alla struttura Alpine Recycling di Denver, in Colorado.

Questi separatori per il riciclo avanzati usano la stessa visione computerizzata perfezionata dalle aziende per potenziare processi produttivi altamente automatizzati, come la realizzazione dei chip per computer. Tuttavia, smistare la carta dalla plastica può essere più complicato.

“Un essere umano direbbe ‘ecco le caratteristiche che sto cercando’, programmandole in algoritmi per testarle e individuarle”, ha affermato Jeff McVeigh, Vice President e General Manager dei Visual Computing Products di Intel. “La visione computerizzata suppone che si tratti del tipo di oggetto che stavo cercando”.

Questo processo di identificazione funziona bene quando i materiali sono estremamente ordinati e prevedibili, ma i rifiuti in un centro di riciclaggio hanno l’aspetto di una massa confusa e disorganizzata.

Riconoscere una scatola per la pizza unta da una lattina deformata, nessuna delle quali è orientata o posizionata allo stesso modo sul nastro trasportatore più di una volta, richiede la realizzazione di un ampio set di dati rappresentativi. Usare migliaia di immagini della spazzatura in diverse posizioni può aiutare ad addestrare la rete neurale, consentendole di apprendere autonomamente, ha affermato McVeigh.

Il futuro

Sebbene l’intelligenza artificiale sia ancora agli albori dello smistamento della spazzatura, i promotori dell’iniziativa ritengono che possa essere usata con obiettivi più ampi, e non solo per il controllo qualità. Gli impianti di riciclaggio municipali sono dotati di un labirinto di nastri trasportatori e sistemi di smistamento che funzionano in base a una matrice progettata per ottimizzare l’output in base alla combinazione media del materiale ricevuto.

Separatore robotico per il riciclaggio
Un separatore robotico utilizza l’intelligenza artificiale per apprendere come individuare e smistare i cartoni dagli altri materiali presenti sul nastro trasportatore di un centro di riciclaggio. Immagine per gentile concessione di AMP Robotics.

Le stesse videocamere per la visione computerizzata che potenziano i separatori robotici potrebbe essere usata per configurare il layout del nastro trasportatore, ottimizzando la matrice dell’attrezzatura di smistamento in tempo reale in modo che corrisponda al flusso di materiali in ingresso nella struttura. In questo modo la capacità di smistare la plastica crescerebbe parallelamente alla sua percentuale, e lo stesso accadrebbe con l’aumento della quantità di carta.

“[AI and robotic application]L’applicazione di intelligenza artificiale e di robotica è l’obiettivo a cui mirano il riciclaggio e la gestione dei rifiuti”, ha affermato Bryan Staley, CEO dell’Environmental Research & Education Foundation, l’organizzazione di ricerca per il settore dei rifiuti. Tuttavia, avverte, questi robot devono dimostrarsi all’altezza dal punto di vista operativo e finanziario, prima che un numero significativo di centri di riciclaggio faccia degli investimenti in questo senso.

“Io ci credo”, ha affermato Brent Hildebrand, vicepresidente del riciclaggio presso Alpine Recycling. “In base ai progressi dimostrati da AMP Robotics nell’ultimo anno, penso che si tratti di soluzioni adatte, che gli impianti di riciclaggio municipali del Paese possono tranquillamente usare”.

La gestione dei rifiuti potrebbe non sembrare un settore naturalmente portato all’adozione dell’intelligenza artificiale – e, in effetti, è troppo presto per sapere se verrà implementata su larga scala – ma lo smistamento robotico promette di migliorare le capacità di discernimento delle macchine in un modo impensabile per le attrezzature di smistamento precedenti.

E magari un giorno di aiutare le municipalità a far funzionare gli impianti di riciclaggio in modo più efficiente e redditizio. Non è certo un’idea da buttare!

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