3.6亿吨垃圾何去何从?国产垃圾分类机器人现状:从“源头”到“末端”

2021年02月21日 15:17 次阅读 稿源:智东西 条评论

“在美国弗吉尼亚州的垃圾回收中心,两个蜘蛛状的、重达 300 磅的机器人正在一排排的垃圾中进行分类。”“其中一个机器人依靠它‘长腿’上的计算机视觉检测可回收物,它从传送带上扯下一大块蓝色塑料,而另一个机器人则从传送带上吸起一个旧水瓶。然后,机器用夹钳将这些碎片放入分拣箱。”

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这是老牌媒体福布斯近期起底垃圾分类机器人公司AMP Robotics时所写道的文字。

福布斯的报道中写道:AMP在美国部署了600多个垃圾回收设备,能处理约6700万吨垃圾,这些长着“长腿”的机器人是解决垃圾分类行业面临招工难、效率低等瓶颈的措施之一。


▲AMP公司的蜘蛛状机器人每分钟可以对80片废弃物进行分类,是员工分类效率的两倍

“垃圾分类”逐渐成为了全世界共同关注的话题,作为人口大国,我国对垃圾分类实施的举措也从2019年开始兴起。

2019年7月1日,上海施行了《上海市生活垃圾管理条例》,后来包括北京、天津、重庆等在内的各大城市都在逐步严抓垃圾分类。

面包是湿垃圾,用过的湿巾是干垃圾,一杯没喝完的奶茶需要把吸管、纸杯、珍珠、奶茶分别倒入不同的垃圾桶……”,因此要准确实行垃圾分类确实是个不小的难题。每当面对着一排彩色的垃圾桶时,我就分外想拥有“瓦力”(《机器人总动员》电影中地球上最后一个垃圾机器人)来帮助我进行垃圾分类。面对垃圾分类的难题,甚至一个称为“代扔垃圾”的新兴职业“火”了起来:上门收垃圾,一元一次,包月也行。


▲“瓦力”进行垃圾分类 来源:电影《机器人总动员》

当然,人类为了在环保的前提下不用特意区分不同垃圾,早就开始想办法了。

早在2012年,芬兰的ZenRobotics公司就公开了其首款垃圾分类机器人ZenRobotics,并在2017年推出了一种基于视觉判断的垃圾分类机器人Next Generation ZenRobotics Recycler。近几年,美国、日本也纷纷涉足垃圾分类机器人领域,经过几年的技术积累,包括AMP Robotics在内的多家公司产品已经开始落地使用。


▲国外部分垃圾分类机器人举例

国外垃圾分类机器人市场如火如荼,但主流的分拣机器人设备厂商依靠技术垄断获取收益,单台设备的价格通常都在人民币500万~1000万元之间。

之前国内这一领域机器人市场还一片寂静,直到近两年,国内的垃圾分类机器人才逐渐露头甚至开始落地,而且性能不输国外。


▲来自广东弓叶科技的生活垃圾智能分拣机器人Picking AI正在进行垃圾分拣 来源:凤凰视频

国外的垃圾分类机器人普遍集中于处理站的垃圾分类,国内能在哪些垃圾处理环节实现垃圾分类?国内的垃圾分类机器人靠谱吗?

对此,智东西通过深入调查发现,目前我国垃圾分类机器人覆盖了垃圾收集和中转站分拣阶段,并且国内针对这一领域机器人的研发阶段不同,一类已经在现实场景中落地使用,一类已经推出但仍未落地,还有一类则出身于高校。
▲国内部分垃圾分类机器人

01.从“源头”到“末端”,垃圾分类或将实现无人化

国际上垃圾分类机器人的工作几乎都覆盖在垃圾收集后进入垃圾场的阶段,机器人通过机器视觉或大数据将垃圾分类,再通过机械臂抓手或吸盘将不同类别的垃圾装入各自的垃圾桶内。

目前我国大部分的垃圾分类机器人具备的功能也在这一范围内,但不止局限于此,部分已落地机器人的功能更是覆盖到了垃圾收集的前端场景。
▲我国垃圾处理三种方式对比 来源:环保在线

1、落地北京大兴的人工智能分拣机器人

今年在北京大兴落地的,就是首个应用于混合垃圾中转站的国产人工智能分拣机器人。
▲北京大兴人工智能垃圾分拣机器人在垃圾中转站现场

垃圾到达这个中转站后不会直接被运去填埋或焚烧,而是让智能机器人将其中的可回收物分拣出来,并对其中的高值可回收物和低值可回收物进行精准分类,剩余大约30%不可回收的垃圾才会被进行填埋或焚烧处理。

这台中国制造的垃圾分类机器人叫做“Picking AI”,来自于广东弓叶科技,是一个人工智能分拣机器人,搭载了弓叶科技包括深度学习、AI算法、大数据分析、机器人控制以及云平台等多项核心技术。

从正面来看,“Picking AI”呈外八字状,这种结构可以减少机器人因告诉运动而产生的振动;从侧面来看,它呈长方形,这样的结构可以确保多台机器人能够无缝拼接。

机器人与机器人之间共用一个大脑,前端内置视觉系统,类似于人的眼睛一样对物料进行识别,如果碰见没见过的物料,它还能通过大数据训练机器人加以识别。大脑还内置“空调”,确保内部始终能够保持恒温工作。
▲弓叶科技自主研发的人工智能软件对垃圾进行分选

这个机器人针对不同类别的垃圾配备吸取和抓取两种分选方式,是对前端机械物理筛分方式的一个智能化补充,能够7x24小时不间断工作,可以保持每分钟85~95次的分拣效率,是人工分拣效率的2~3倍。在恶劣的环境下进行如此高强度的工作,这是普通工人所无法承受的。

“Picking AI”不仅可以将不同材质的废弃物分成玻璃、易拉罐、衣服、鞋子等20多种可回收物,还能挑出废纸中的塑料袋、塑料膜等杂志以及分拣二维物体,能够大大提高废纸回收再利用的纯度。

不仅如此,“Picking AI”还具备强大的迁徙学习能力,可以通过云端大脑,与部署在各地的机器人实现数据共享和远程智能提升。

例如部署在北京的机器人可以向部署在浙江、上海等地的机器人学习,还能互相“交流”垃圾分拣经验。
▲Picking AI工作流程

除了“Picking AI”,弓叶科技还有一款叫做“Picking Easy”的建筑垃圾智能分拣机器人,可以从建筑垃圾中挑选出残次品,提升建筑垃圾回收利用的价值。
▲Picking Easy进行建筑垃圾分拣 来源:凤凰视频
▲弓叶科技两款垃圾分类机器人性能参数

2、现身杭州的特殊“环卫工”

“我是201号环卫机器人,请自觉保持环境卫生,不能乱扔垃圾哦!”

这句温馨提示来源于浙江杭州江干区街道上的一个特殊“环卫工”——自主训练垃圾分拣机器人。
▲江干区街道上的垃圾分拣机器人 来源:江干发布

这个机器人是由江干区城管局和浙江博城机器人科技有限公司联合开发的。它的外观黑白相间,长宽高大约都在1米左右。

大到可乐罐或矿泉水瓶,小到烟头或纸巾,机器人都能经过“手臂”抓取后准确投放在标有“其他垃圾”或“可回收物”字样的垃圾箱中,识别精度可达98%,每天持续工作8小时,可以拾取35斤左右的垃圾。

博城机器人技术总监张少波说,这款机器人用于垃圾处理的前端阶段,可以在大型的清扫车大面积清扫一遍后替代人工巡检,在一些路段、公园、广场等地识别零散垃圾,分类捡起来再集中处理。

这个机器人应用了视觉学习、导航定位等前沿技术,还可以通过大数据收集信息,为后续的城市环卫工作提供大数据分析,有效规划分配环卫资源。

江干区城管局的相关负责人称,为了实现自主巡逻,技术人员在实现机器人避障的基础上,加配了差速转向轮,能够让它在非机动车道自如行驶穿梭。此外,通过后台,技术人员还能提前设置它的行驶路线,以及记录沿途拾取的垃圾照片和视频。

目前,江干区已经投放了两台垃圾分类机器人,能够代替4~6名环卫工人的基本工作。

此外,博城机器人公司还有一款智能视觉垃圾识别分拣机器人,用于垃圾处理的后端流程,替代人在相对恶劣的工作环境下完成垃圾最终的分类处理。这款机器人今年也首次在杭州落地使用。
▲博城机器人的智能视觉垃圾识别分拣机器人 来源:环保在线

有了这些机器人的帮助,未来废弃物回收工作将完全有可能实现无人化,从而解决垃圾分拣中心长期存在的人员短缺问题,大大减少因为疲劳造成的人工分拣误差,提高垃圾分拣的效率。

02.展会亮相的垃圾分类机器人,资源利用率能大幅提高

国内垃圾分类机器人这一领域刚刚起步,实际落地的产品并不多,但有很多产品已然从各大展会开始纷纷亮相。

1、ABB与华为合作打造AI垃圾分类工作站

这个垃圾分类机器人严格上不能说是纯“国产”,它是由全球500强企业ABB和华为合作研发的AI垃圾分类工作站,今年在中国国际服务贸易交易会(服贸会)会场中亮相。
▲ABB与华为合作打造AI垃圾分类工作站 来源:中新网

从垃圾的倾倒、传送到分类一气呵成,两只机械臂可以在4秒左右完成一次分拣,投放垃圾准确率高达98%……这些数据无一不证实着“大厂”的实力。

ABB(中国)公司研究院杨洋博士介绍说:“这是一套基于人工智能的垃圾分拣系统。当垃圾通过灯箱,摄像头会对于传送带上的垃圾进行拍照,图片会传送到机器内部内置的AI加速芯片上。利用人工智能的目标检测算法,对图片当中的垃圾种类以及它的坐标进行推理,推理结果传送给机器人,机器人再将垃圾拾取、投放到相对应的垃圾桶里。”

据了解,这一整套系统背后集成了边缘计算、云计算、机器人自动化等前沿技术的综合运用。

机器人经过训练会后,能够对垃圾进行准确的分类,从而实现整个垃圾识别和分拣过程的自动化和自主化。

目前这套垃圾分拣系统尚未投入市场,但从其仅需要100毫秒的推理时间可以看出,它的日处理能力相当可观。

2、模块化智能资源分拣,干湿分离很重要

在今年的科博会和环博会上,来自北京安麒智能的模块化智能资源分拣机器人也吸引了不少人的眼球。
▲安麒智能的模块化智能资源分拣机器人亮相科博会

不规则的木头、砖头,各式各样的塑料瓶、易拉罐等源源不断被送上传送带,设备正上方的机器人通过摄像头“眼睛”一扫,识别出来物体的大小、特征,“大脑”通过迅速判断,张开机械手,把垃圾抓起,分类放到不同的箱子里。
▲安麒智能的块化智能资源分拣机器人正上方的摄像头识别物体

一连串流畅的动作也是这个机器人性能的体现。据安麒智能公司总经理李高强称,这款机器人每小时能抓取2400次,相当于抓取一次仅需1.5秒。

无论是50厘米长的大块木头还是10厘米长的易拉罐,只要在机器人的抓取范围内,这个机器人都不会放过任何一个物体。在抓取重量上,这个机器人目前的最大抓取重量能够达到20斤。

从2017年开始,安麒智能的团队在选择踏入人工智能机器人领域时就选择了当时的“冷门”产业——垃圾分类。

李高强认为:“混杂的是垃圾,分开的就是资源。通过把机器人编组,将6个机器人组成一套装修垃圾智能分拣处置线,有的拣木头、有地拣混凝土,就可以实现每年15万吨的装修垃圾资源化精细分拣规模。”

此外,安麒智能对垃圾分类的干湿分离非常重视。李高强说,如果生活垃圾在前端能够做好干湿分离,就能产生70%~80%的资源。这样的话湿垃圾可以拿去堆肥,干垃圾通过转运站还可以进行分类再利用。

03.

高校创意垃圾分类机器人不止局限于模型

在2019年举办的世界机器人大赛中,河北农业大学的学生展示了他们仅用两周提出创意,并设计制作完成的垃圾分类机器人模型。


▲河北农业大学学生设计制作的垃圾分类机器人模型

按照他们的设计,小区内只需要摆放一种大的垃圾桶,居民们提前将垃圾分好类并装入不同颜色的垃圾袋内,最后全部丢进一个垃圾桶即可。

尽管这一设计相对简易,但其理念已与中转站的垃圾分类机器人无二。

除了模型实验类的概念机器人,上海交大中英国际低碳学院固体废弃物资源化技术与智能装备团队研发了超视觉垃圾分拣机器人于今年亮相。


▲上海交大的超视觉垃圾分拣机器人

这款超视觉垃圾分拣机器人能够高精度分拣不同品类的干垃圾,通过CCD视觉、激光视觉、近红外视觉等识别传感器相耦合,综合判断目标物的颜色、形状、纹理等外部特征和材质等内部特征,实现垃圾精准定位与细分判别。

而后,机械臂会迅速抓取传送带上的废弃物,在判断其类别后准确放入对应的收集器内 。

这台机器人的最高分拣速度达到每小时5400次,能每天24小时连续工作,分类准确率高达95%。此外,其生产线上每套设备布置两个机械手,相当于代替54个分拣工人的工作量。

这一项目的负责人李佳算了一笔账,他说:“如果每台设备每天正常工作20小时计算,可挑拣200吨垃圾,挑中率按照90%计算,可挑选纸类3.6吨,塑料类18吨,玻璃1.8吨,可使垃圾减量约10%,减少垃圾分类管理费用约1万元(每吨400元计算),回收物料价值6.8万元,每天为客户提高收益共计7.8万元。”

目前,这款机器人已进入产学研技术推广阶段,团队将与国内环保头部企业对接合作与共同开发,尽快推进市场应用。

04.破除“表面功夫”,“机器人”或成垃圾分类好帮手

自从上海打响了国内严格实施垃圾分类的“第一枪”后,国内主要的大城市对垃圾分类的重视程度也越来越高,但依旧不可避免“理想很丰满,现实很骨感”的现状。

政策上,我国住建部要求:到2020年底,全国46个试点城市要基本建成垃圾分类处理系统。国家发改委等机构印发的《城镇生活垃圾分类和处理设施补短板强弱项实施方案》也表明我国2020年要全面实行生活垃圾分类处理、处置目标。

发改委、住建部发布《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划(征求意见稿)》还提出,到2020年底,直辖市、计划单列市和省会城市(建成区)生活垃圾无害化处理率达到100%;直辖市、计划单列市和省会城市垃圾得到有效分类,城市生活垃圾回收利用率达到35%以上。

如今,2021年已经开启,多省市垃圾分类系统及生活垃圾无害化处理已达要求。

垃圾分类政策的落实从各省市传达到社区再传递到个人,以北京市部分小区为例,除了居委会经常和居民强调“垃圾分类”知识外,社区阿姨有时还会在小区门口立张桌子,让每家住户填写垃圾分类保证书。

但实际上,且不论小区经常存在类似面向马路的垃圾桶是一排“分类垃圾”的彩色垃圾桶,背对马路的是一整排“其他垃圾”的黑色垃圾桶,或是不同种类垃圾桶内的垃圾最终还会倒进同一个垃圾车这种“表面功夫”行为,就算每个人都有垃圾分类意识,但要让所有人把每样垃圾都精准区分也是一个不小的难题。

除此之外,垃圾回收也是一项大工程,如果只注重对所有垃圾进行无害化处理而相对忽视了可回收垃圾的再利用环节,也会造成很大的资源浪费。

再从垃圾总量和人员分配上看,我国许多城市人均生活垃圾产量已经超过了每人每天一公斤的水平线,目前我国城市生活垃圾年产生量过亿吨,占世界垃圾总产生量的26.5%,且每年以8%~9%的速度增长。


▲2010-2019年中国城市生活垃圾产生量统计情况 来源:灵动核心信息咨询

2019年全国337个一至五线城市的生活垃圾生产量达约3.43亿吨,预计2020年中国城市垃圾产生量达3.6亿吨。
▲2019年中国生活垃圾重点城市产生量分布情况 来源:灵动核心信息咨询

垃圾的产生数量正在飞速增长,但环卫工作却面临着“招工难”的现状。此外,按照正常的工作量来算,人工分拣垃圾每人每天只能处理150公斤到300公斤垃圾,并且这份工作对人体的伤害也极大。

种种原因表明,推行“垃圾分类”非常有必要,但要真正达到想要的垃圾分类效果要比想象中难得多,而垃圾分类机器人或许能够成为人类推行垃圾分类的好帮手。

05.结语:机器人助力垃圾分类自动化

从杭州街道拾取垃圾并分类的机器人,到北京垃圾中转站使用机器视觉技术和机械臂将传送带上的垃圾分类,让人苦恼的垃圾分类从“源头”到“末端”各环节正在逐渐趋于自动化。

使用机器人进行垃圾分类不仅能够减少有害垃圾对人类员工身体的损害,还能极大提高垃圾分拣效率,提高可回收垃圾的利用率。

随着我国对垃圾分类不断重视,我们也希望未来科技能够为垃圾分类出一份力,通过人工智能技术让人们了解垃圾的分类方式,通过机器人技术进行垃圾更精准的分类,以提高可回收垃圾的利用率。

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