Μείωση, Επαναχρησιμοποίηση, Ανακύκλωση – Πώς η Ρομποτική Μπορεί να Αλλάξει την Προσέγγισή μας στη Διαχείριση Απορριμμάτων

Νέα έρευνα που δημοσιεύθηκε στο Applied Physics Reviews αναδεικνύει πώς οι βελτιωμένες απτικές λειτουργίες μπορούν να ενισχύσουν την ικανότητα των ρομπότ να ταξινομούν και να αναγνωρίζουν αντικείμενα. Η μελέτη παρουσιάζει ένα ιδιόκτητο ρομπότ με νέες αισθητηριακές δυνατότητες. Οι ερευνητές τις δοκίμασαν σε διάφορες εργασίες διαχείρισης απορριμμάτων. Στόχος ήταν να διαπιστώσουν πώς τα απτικά ρομπότ μπορούν να αναγνωρίζουν σύνθετα αντικείμενα σε πραγματικές συνθήκες. Ακολουθούν όσα πρέπει να γνωρίζετε.

Ρομπότ με Βελτιωμένες Αισθήσεις

Δεν είναι μυστικό ότι τα ρομπότ γίνονται εξυπνότερα. Οι συσκευές αυτές ενσωματώνουν διαρκώς προηγμένους αισθητήρες και αλγορίθμους τεχνητής νοημοσύνης για καλύτερες επιδόσεις και δυνατότητες. Υπάρχουν ήδη ρομπότ που μπορούν να αναγνωρίσουν ένα αντικείμενο ή ακόμη και μια κατάσταση με βάση οπτικές, ηχητικές και συμφραζόμενες πληροφορίες.

Οι αισθητήρες των ρομπότ βελτιώνονται συνεχώς και οι σημερινές επιλογές απέχουν πολύ από τις προηγούμενες γενιές ως προς την ακρίβεια, το βάρος και τις δυνατότητες. Χάρη σε αυτούς, τα ρομπότ άρχισαν να αναλαμβάνουν σύνθετες εργασίες που απαιτούν ακριβή ανίχνευση αντικειμένων.

Βελτιώσεις AI

Οι αλγόριθμοι μάθησης τεχνητής νοημοσύνης έχουν διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο στην αναβάθμιση αυτών των μονάδων. Επιτρέπουν στους προγραμματιστές να κάνουν τα ρομπότ πολύ εξυπνότερα. Μπορούν να αναγνωρίζουν καταστάσεις και αντικείμενα βάσει στοιχείων από το περιβάλλον και εξωτερικών παραγόντων, βελτιώνοντας σημαντικά τα συστήματα αναγνώρισης. Τα τελευταία χρόνια, οι περισσότερες αισθητηριακές βελτιώσεις προήλθαν από την ενσωμάτωση τεχνητής νοημοσύνης.

Ρομπότ Αφής – Διαχείριση Απορριμμάτων

Ένας τομέας της ρομποτικής που ενθουσιάζει τους μηχανικούς είναι οι συσκευές απτικής αντίληψης. Όταν σκέφτεστε ρομπότ, πιθανότατα φαντάζεστε μια ανθρωποειδή συσκευή να σαρώνει το δωμάτιο με οπτικούς, θερμικούς και άλλους αισθητήρες. Είναι όμως λιγότερο συνηθισμένο να αναρωτιέται κανείς πώς τα ρομπότ αγγίζουν και αισθάνονται αντικείμενα.
Τα απτικά ρομπότ έχουν γίνει δημοφιλέστερα με τα χρόνια χάρη στις ιδιαίτερες δεξιότητές τους. Μπορούν να καλύψουν σημαντικούς ρόλους στην εργασία και να εκτελέσουν καθήκοντα που οι συσκευές οι οποίες βασίζονται στην όραση δεν μπορούν να ολοκληρώσουν. Συνδυάζουν διάφορους αισθητήρες αφής για να προσδιορίζουν το βάρος, το σχήμα, την πυκνότητα και άλλα βασικά στοιχεία ενός αντικειμένου.

Προβλήματα με τα Ρομπότ Αφής Σήμερα

Οι μηχανικοί ρομποτικής πρέπει να ξεπεράσουν σοβαρά προβλήματα κατά τη δημιουργία απτικών ρομπότ. Πρώτον, είναι εξαιρετικά δύσκολο να προγραμματιστεί ένα ρομπότ που αναγνωρίζει αντικείμενα μέσω της λαβής. Το ανθρώπινο χέρι διαθέτει δισεκατομμύρια αισθητήρες που συνεργάζονται, επιτρέποντάς σας να καταλάβετε αν το αντικείμενο που πιάσατε είναι μήλο ή μπαλάκι του τένις.

Σε πραγματικές συνθήκες όπου απαιτείται υψηλή ακρίβεια, τα ρομπότ με απτική αντίληψη δεν έχουν καταφέρει να ανταποκριθούν στις σχετικές απαιτήσεις. Προβλήματα όπως η σύγχυση αντικειμένων με παρόμοια σχήματα και μεγέθη είναι συνηθισμένα σε αυτές τις μονάδες. Επίσης, οι παρεμβολές και οι περισπασμοί από το περιβάλλον μπορούν να δυσκολέψουν την ακριβή ταξινόμηση αντικειμένων από τα απτικά ρομπότ.

Τέλος, ο προσανατολισμός ενός αντικειμένου και ο τρόπος λαβής του παίζουν σημαντικό ρόλο στην ταξινόμησή του. Τα απτικά ρομπότ πρέπει να συνδυάζουν τα δεδομένα τους με άλλους αισθητήρες για να αποκτήσουν πλήρη εικόνα της κατάστασης, του αντικειμένου και του χειρισμού του. Έτσι μπορούν να εκπαιδευτούν να αναγνωρίζουν αντικείμενα ακόμη και όταν το σχήμα και το μέγεθός τους διαφέρουν από τα παραδείγματα που χρησιμοποιήθηκαν στην εκπαίδευση της τεχνητής νοημοσύνης.

Μελέτη – Διαχείριση Απορριμμάτων

Η μελέτη «Enhanced Robotic Tactile Perception with Spatiotemporal Sensing and Logical Reasoning for Robust Object Recognition» εξηγεί αναλυτικά πώς και γιατί οι ερευνητές αποφάσισαν να βελτιώσουν την απόδοση των ρομπότ απτικής αντίληψης. Το άρθρο ξεκινά με την εξήγηση ότι, μέχρι πρόσφατα, η απτική ρομποτική περιοριζόταν κυρίως στην ανίχνευση βάρους, πίεσης και χειρισμού.

Χωροχρονική απτική αντίληψη

Οι ερευνητές αντιλήφθηκαν ότι οι άνθρωποι χρησιμοποιούν και τη θερμική αίσθηση για να αναγνωρίσουν σωστά ένα αντικείμενο. Πολλαπλοί αισθητήρες, σε συνεργασία με προηγμένους αλγορίθμους τεχνητής νοημοσύνης, παρείχαν τον ιδανικό συνδυασμό για βελτίωση της ακρίβειας και της ταχύτητας αναγνώρισης. Το νέο πρωτόκολλο επέτρεπε την ενσωμάτωση οπτικών δεδομένων μαζί με θερμικές μετρήσεις, τραχύτητα επιφάνειας, πίεση επαφής και θερμοκρασίες.

Στρωματοποιημένος Αισθητήρας Βελτιώνει τις Δυνατότητες Διαχείρισης Απορριμμάτων

Η ομάδα αποφάσισε να δημιουργήσει έναν νέο τύπο ρομποτικού αισθητήρα που αξιοποιεί πολλά στρώματα για καλύτερα αποτελέσματα. Η κατασκευή της εισήγαγε διάφορα συστήματα αναγνώρισης υλικών, τα οποία σαρώνουν και καταγράφουν σχετικά δεδομένα μέσω επαφής με την επιφάνεια. Επιπλέον, οι αισθητήρες πίεσης που ενσωματώνονται στο ρομποτικό χέρι βρίσκονται στο κάτω μέρος της συσκευής.
Αυτοί οι αισθητήρες συμπληρώνονται από θερμικούς αισθητήρες στο μέσο του χεριού. Όπως στο ανθρώπινο χέρι, ο αισθητήρας βρίσκεται πίσω από πορώδες υλικό και μπορεί να λαμβάνει ακριβείς μετρήσεις αντικειμένων μέσα σε δευτερόλεπτα. Είναι ιδιαίτερα ευαίσθητος και ανιχνεύει ελάχιστες μεταβολές θερμοκρασίας που προκαλούνται από τον χειρισμό αντικειμένων.

Ενσωμάτωση AI

Όλες αυτές οι αισθητηριακές πληροφορίες θα μπορούσαν να πάνε χαμένες αν οι ερευνητές δεν είχαν δημιουργήσει ένα προσαρμοσμένο μοντέλο μάθησης τεχνητής νοημοσύνης για την οργάνωση και την ερμηνεία των δεδομένων. Η λύση τους χρησιμοποιεί έναν αποδοτικό αλγόριθμο διαδοχικής ταξινόμησης που επιτρέπει στη συσκευή να αναγνωρίζει σύνθετα αντικείμενα του πραγματικού κόσμου απλώς με γρήγορο χειρισμό.
Ο αλγόριθμος τεχνητής νοημοσύνης δημιουργήθηκε για να λειτουργεί όπως ο ανθρώπινος εγκέφαλος, αποκλείοντας πρώτα τις προφανώς λανθασμένες επιλογές και έπειτα εξετάζοντας πιο πιθανές λύσεις. Ο διαδοχικός ταξινομητής αξιοποιεί πολυστρωματικά νευρωνικά δίκτυα μακράς και βραχείας μνήμης για ακριβή αποτελέσματα. Η τεχνητή νοημοσύνη αναγνωρίζει και ταξινομεί κάθε αντικείμενο αυτόνομα και ιεραρχικά, διευρύνοντας παράλληλα τις μελλοντικές δυνατότητές της.

Δοκιμή Διαχείρισης Απορριμμάτων

Για να δοκιμάσουν τη θεωρία και τις κατασκευές τους, οι ερευνητές αναζήτησαν μια εργασία παραδοσιακά πολύ δύσκολη για τα απτικά ρομπότ. Επέλεξαν τη διαλογή απορριμμάτων για διάφορους λόγους. Πρώτον, τα απορρίμματα παρουσιάζουν μεγάλη ποικιλία: κατά τη διαλογή βρίσκονται υλικά κάθε τύπου σε διαφορετικές καταστάσεις.
Ένας ακόμη λόγος που η διαλογή απορριμμάτων είναι ιδανική είναι ότι συχνά υπάρχουν πολλά ίδια αντικείμενα. Οι μόνες διαφορές αφορούν την κατάστασή τους, το περιεχόμενό τους ή άλλες μικρές λεπτομέρειες που μπερδεύουν τα ρομπότ. Η διαλογή άδειων χαρτοκιβωτίων, υπολειμμάτων, πλαστικών μπουκαλιών, χαρτοπετσετών, σφουγγαριών, φλουδών πορτοκαλιού και ληγμένων φαρμάκων έχει αποδειχθεί αδύνατη για προηγούμενες γενιές ρομπότ. Η τελευταία αναβάθμιση θα μπορούσε να οδηγήσει τα επόμενα χρόνια σε ρομπότ που διαχωρίζουν ανακυκλώσιμα υλικά, υπολείμματα τροφίμων, επικίνδυνα απόβλητα και άλλα.

Αποτελέσματα

Τα αποτελέσματα ήταν ελπιδοφόρα: τα ρομπότ ταξινόμησαν επιτυχώς το 98,85% των απορριμμάτων που τους δόθηκαν. Αυτό θα μπορούσε να έχει μεγάλες επιπτώσεις στον κλάδο, καθώς δείχνει ότι η νέα προσέγγιση στην απτική ρομποτική είναι αποτελεσματική και διαθέσιμη στο κοινό. Η έκθεση αναδεικνύει πώς η μονάδα αναγνώριζε διαφορετικά αντικείμενα και τα διαχώριζε σύμφωνα με τις κατηγορίες τους.
Η μελέτη έδειξε ότι το ρομπότ μπορούσε να διαχωρίσει αυτά τα αντικείμενα ακόμη και όταν τα εξέταζε για πρώτη φορά. Οι ερευνητές είναι επομένως αισιόδοξοι ότι η κατασκευή τους θα μπορούσε να παίξει σημαντικό ρόλο στη διαχείριση απορριμμάτων, στην ανακύκλωση και σε πολλές άλλες βασικές εργασίες τα επόμενα χρόνια.

Οφέλη

Από τη μελέτη προκύπτουν αρκετά οφέλη. Πρώτον, τα πιο ευαίσθητα απτικά ρομπότ ανοίγουν τον δρόμο για πολύ ευρύτερη ενσωμάτωση της ρομποτικής. Οι μηχανικοί ονειρεύονταν να δημιουργήσουν ρομπότ που θα έφταναν σε ένα εργοστάσιο, θα μάθαιναν από τους ανθρώπους και έπειτα θα αναλάμβαναν τις εργασίες τους.
Στο παρελθόν, αυτό δεν ήταν δυνατό επειδή τα ρομπότ δεν μπορούσαν να διαχειριστούν την ταξινόμηση των αντικειμένων. Η ενσωμάτωση θερμικών αισθητήρων και πρόσθετης τεχνητής νοημοσύνης ενισχύει τις δυνατότητές τους, φέρνοντάς τα στο επίπεδο των ανθρώπων. Πλέον μπορούν να διακρίνουν αν το μήλο που κρατούν είναι αληθινό, ψεύτικο, ζεστό, κρύο ή ακόμη και κούφιο.

Εταιρείες που Έχουν Δυνατότητα να Επωφεληθούν από αυτή την Έρευνα

Πολλές εταιρείες θα μπορούσαν να ενισχύσουν σημαντικά τη θέση τους στην αγορά ενσωματώνοντας αυτή την έρευνα στα προϊόντα τους. Ο κλάδος της ρομποτικής συνεχίζει να επεκτείνεται και η είσοδος περισσότερων ανταγωνιστών ενισχύει την καινοτομία. Ακολουθούν μερικοί σημαντικοί υποψήφιοι που θα μπορούσαν να αξιοποιήσουν τα ευρήματα και να βελτιώσουν την κερδοφορία τους.

1. ABB

Η ABB είναι κορυφαίος διεθνής κατασκευαστής ρομποτικής με φήμη για την ποιότητά του. Η εταιρεία με έδρα τη Ζυρίχη προσφέρει διάφορες ρομποτικές επιλογές έτοιμες για βιομηχανική χρήση. Στα δημοφιλέστερα προϊόντα της περιλαμβάνεται η κινητή ρομποτική πλατφόρμα Flexi Tub, η οποία μπορεί να κινείται σε σύνθετα εργασιακά περιβάλλοντα μαζί με ανθρώπους.
Το ρομπότ Yumi είναι η τελευταία κυκλοφορία της εταιρείας. Αυτό το ρομπότ γραμμής συναρμολόγησης διαθέτει βραχίονα ελεύθερης κίνησης και πολλούς αισθητήρες που το καθιστούν ιδανικό για εργασίες όπως εγκαταστάσεις. Η προσθήκη θερμικών και απτικών αισθητήρων και των άλλων στοιχείων της έκθεσης θα βελτίωνε σημαντικά τις δυνατότητές του. Συνεπώς, η ABBY είναι μια μετοχή που αξίζει παρακολούθηση.

2. Zebra Technologies

ZBRA Διάγραμμα τιμής

Η Zebra Technologies (ZBRA ) εδρεύει στις ΗΠΑ. Προσφέρει διάφορα βιομηχανικά ρομπότ για σύνθετες εργασίες, όπως η μεταφορά αντικειμένων σε πολυσύχναστες αποθήκες με αποφυγή εμποδίων και άλλων εργαζομένων. Τα Fetch Roller 100 και τα ράφια Fetch 100 χρησιμοποιούνται ήδη στον ακαδημαϊκό χώρο.

Τα κύρια πλεονεκτήματα των ρομπότ είναι η ευελιξία τους, ο εύκολος προγραμματισμός και η δυνατότητα συντονισμού εργασιών μέσω ενός πρωτοκόλλου που βασίζεται στο υπολογιστικό νέφος. Αυτή η πρόσθετη ευκολία διευκολύνει την παρακολούθηση και τη βελτίωση της απόδοσης των ρομπότ στις λειτουργίες σας. Η ενίσχυση των δυνατοτήτων απτικής αντίληψης θα διεύρυνε τις επιλογές τους, ανοίγοντας τον δρόμο για περισσότερα σενάρια χρήσης σε διάφορους κλάδους.

Η θέση της Zebra Technologies στην αγορά και η χρήση λειτουργικών πρωτοτύπων της παγκοσμίως ενισχύουν τη ζήτηση για τη μετοχή της. Οι αναλυτές προβλέπουν άνοδο καθώς επεκτείνεται η βιομηχανία ρομποτικής. Προς το παρόν, η ZBRA αποτελεί ισχυρή επιλογή διακράτησης.

Μέλλον

Το μέλλον της απτικής ρομποτικής είναι λαμπρό. Αυτές οι συσκευές θα απλοποιήσουν την παραγωγή, θα μειώσουν τα απόβλητα και θα βοηθήσουν στις καθημερινές δραστηριότητες. Μαζί με την εξάπλωσή τους αναμένεται ενίσχυση της τεχνητής νοημοσύνης και των αυτόνομων εφαρμογών στην αγορά. Ακολουθούν ορισμένα παραδείγματα χρήσης.

Βιομηχανική χρήση

Η βιομηχανική ρομποτική είναι ένας κλάδος δισεκατομμυρίων δολαρίων που συνεχώς επεκτείνεται. Οι κατασκευαστές επιδιώκουν εδώ και καιρό να ενσωματώνουν ρομπότ όπου είναι δυνατόν για να απλοποιούν την παραγωγή. Τα απτικά ρομπότ θα μπορούσαν να αναλαμβάνουν ανθρώπινες εργασίες, όπως να πιάνουν ένα φρούτο και να το πιέζουν για να ελέγξουν την ωριμότητά του.

Στο μέλλον, τα ρομπότ θα αναλαμβάνουν τα πάντα, από τη δημιουργία και την κατασκευή έως τη δοκιμή νέων προϊόντων. Η δυνατότητα μίμησης των ανθρώπινων αισθητηριακών εισροών μπορεί να τα βοηθήσει να παίρνουν πιο τεκμηριωμένες αποφάσεις που αποτυπώνουν τις λεπτές αποχρώσεις της ανθρώπινης εμπειρίας, μειώνοντας παράλληλα τα γενικά έξοδα των κατασκευαστών.

Ιατρική χρήση

Υπάρχουν πολλές πιθανές εφαρμογές των απτικών ρομπότ στην ιατρική. Κάποτε θα μπορούσαν να βοηθήσουν ανθρώπους με αναπηρία λόγω απώλειας άκρων να αισθανθούν ξανά. Η απτική ρομποτική μπορεί να αποτελέσει το κλειδί για προσθετικά μέλη που δίνουν την αίσθηση πραγματικών και για πολλά ακόμη.

Αυτά τα επιστημονικά επιτεύγματα θα συνδυαστούν με σήματα νευρωνικών δικτύων για ομαλή αλληλεπίδραση μεταξύ ασθενούς και τεχνητού άκρου. Τα επόμενα χρόνια, οι ασθενείς θα μπορούν να ελέγχουν και να αισθάνονται τα προσθετικά τους μέλη σαν πραγματικό μέρος του σώματός τους. Αυτή η προσέγγιση θα βελτιώσει τη ζωή εκατομμυρίων ανθρώπων παγκοσμίως.

Γεωργική χρήση

Η γεωργία είναι ένας ακόμη κλάδος που επιδιώκει να ενσωματώσει την απτική ρομποτική το συντομότερο δυνατό. Τα ρομπότ θα μπορούσαν να εκτελούν σύνθετες εργασίες όπως η συγκομιδή φρούτων. Συστήματα τεχνητής νοημοσύνης θα τα βοηθούσαν να προσδιορίζουν την ωριμότητα των τροφίμων και να τα ταξινομούν. Επιπλέον, με τον αυξανόμενο αριθμό ανθρώπων που αντιμετωπίζουν επισιτιστική ανασφάλεια, η ρομποτική γεωργία αποτελεί εύλογη επιλογή.

Ερευνητές

Η ερευνητική εργασία πραγματοποιήθηκε υπό την καθοδήγηση των Qian Mao και Rong Zhu, αποφοίτων του Πανεπιστημίου Tsinghua. Οι μηχανικοί ήθελαν να διαπιστώσουν τι απαιτείται για ένα απτικό ρομπότ με τις δυνατότητες του ανθρώπινου χεριού. Η έρευνά τους αποδείχθηκε ιδιαίτερα επιτυχημένη και έχει προσελκύσει την προσοχή ορισμένων από τους μεγαλύτερους παίκτες της ρομποτικής.

Τα Ρομπότ Διαλογής Απορριμμάτων είναι Μόνο η Αρχή

Οι δυνατότητες διαχείρισης απορριμμάτων αυτών των ρομπότ είναι μόνο η αρχή. Τώρα που οι μηχανικοί βρήκαν τρόπο να ξεπεράσουν τη δυσκολία αναγνώρισης αντικειμένων σε σύνθετες πραγματικές σκηνές, ανοίγεται ο δρόμος για μια νέα γενιά ρομποτικής με κινητήριες δυνάμεις την καινοτομία και την επιθυμία να γίνει η ζωή ευκολότερη.
Μάθετε για άλλα ενδιαφέροντα έργα εδώ.