Роботы постепенно замещают людей в разных сферах человеческой деятельности, и экология не стала исключением. Тем более, что в мире постоянно происходят события, которые приводят к ухудшению состояния окружающей среды и создают угрозу для жизни и здоровья людей. Например, только за 2019 год человечество выбросило в атмосферу 37 млрд тонн углекислого газа. По прогнозам экспертов, объем рынка робототехники в 2020 году достигнет $128,7 млрд. При этом доля экологических роботов составляет менее 15%. Об использовании роботов для спасения окружающей среды рассказала основательница российско-израильского агротех-стартапа Fermata Валерия Коган.
Сегодня вопросы защиты окружающей среды выходят на первый план среди других приоритетов мирового сообщества. Поэтому для решения экологических проблем используют все имеющиеся инструменты. Главное преимущество роботов в борьбе с загрязнением окружающей среды заключается в том, что они способны трудиться без отдыха в самых сложных условиях. Аналитическая компания Research and Markets прогнозирует, что к 2026 году мировой рынок утилизации отходов вырастет на 7,9% и будет оцениваться в $643 млрд. Важным фактором роста станет именно применение роботизированной техники.
Роботы, которые выращивают деревья
Регулярная вырубка деревьев приводит к росту концентрации окиси углерода в атмосфере на 6–12%. По оценкам ученых, ежегодно на планете вырубают более 15 млрд деревьев. За этот же период вырастает только 5 млрд деревьев. Если ничего не предпринимать, то лесные запасы закончатся к 2300 году. Применение роботизированной техники поможет решить эту проблему.
Growbot — автономный сад на гидропонных технологиях
Проект позиционируется разработчиками как экологичная альтернатива традиционному земледелию. Роботизированная система работает на солнечной энергии, при выращивании не применяются химические удобрения. Усовершенствованная гидропонная технология основана на циркуляции воды в замкнутом контуре, жидкость используется повторно и не загрязняет естественные водоемы.
Робот Growbot внешне напоминает шестиколесный грузовик. Он оснащен сеялкой для разрыхления твердой почвы. Ориентировочный срок службы — 35 000 часов. Сферы применения: восстановление лесов, озеленение участков, выполнение сельскохозяйственных работ. Устройство справляется с посадкой деревьев в труднопроходимой местности и в регионах, где водятся ядовитые змеи и пауки. Сейчас разработчики работают над роботом Growbot нового поколения, который сможет сажать тысячу деревьев за раз и использовать автономные системы для следования по заранее запрограммированному маршруту посадки.
BioCarbon Engineering — восстановление планетарной экосистемы
Суть стартапа — масштабное высаживание лесов. Дроны выбрасывают капсулы с пророщенными семенами деревьев и контролируют процесс роста. По оценкам разработчиков, за день можно высадить до 36 000 деревьев. При этом стоимость работы по сравнению с обычными методами снижается на 85%. Для массового засеивания территории используются дроны, которыми управляют операторы. Первый этап — сбор сведений о топографии и качестве почвы с помощью дронов, летающих на высоте 100 м. Затем на основе собранной информации программа выбирает лучшее место для посадки деревьев и формирует карту посадки. Вторая группа дронов летает на расстоянии 3 м над землей, сбрасывая на землю заполненные питательными веществами и семенами капсулы (по две штуки в секунду). Капсулы способны проникать в почву. Один дрон, вмещающий 300 капсул, обрабатывает 1 га за 18 минут.
CO2 Revolution — восстановление экосистемы в тысячу раз быстрее
Суть стартапа: массовое высаживание деревьев с использованием беспилотных летательных аппаратов. Технология предполагает использование таких элементов: дроны с контейнерами для семян, капсулы с предварительно проросшими семенами iSeeds и смартфон LG G8 Smart Green, отвечающий за управление летательными аппаратами. Дроны собирают информацию о местности, затем компьютерная программа анализирует параметры (температура, тип почвы, количество осадков, потребности местного населения) и выбирает наиболее благоприятное место для развития новой экосистемы. Разработчики утверждают, что использование роботов CO2 Revolution восстановит экосистему в 1 000 раз быстрее и в 10 раз дешевле, чем привычные методы. Два дрона способны высадить деревья на территории, равной площади 1,5 футбольных полей, всего за 10 минут. Затраты на посадку одного растения составят $0,11.
Роботы и аналитические системы, помогающие выращивать растения
Инновационные разработки сделают процесс выращивания растений полностью автоматизированным и помогут решить проблему с нехваткой рабочих рук в сельском хозяйстве. Объем российского рынка цифровых технологий в сельском хозяйстве сегодня составляет 360 млрд рублей, а к 2026 году он должен вырасти в пять раз (в том числе за счет поддержки агротех-стартапов).
The Plantoid Project — мониторинг окружающей среды
Робот The Plantoid Project исследует почву и воздух для обнаружения вредных веществ, прогнозирует их воздействие на организм человека и окружающую среду. Устройство оснащено сетью сенсорных и приводимых в действие корней, на каждом из них размещены датчики, блоки управления, зоны удлинения. Один из корней способен изгибаться в ответ на сигналы датчиков, а второй демонстрирует искусственный рост. Ствол растения изготовлен из пластика, внутри него расположен микрокомпьютер. Листья оснащены датчиками, которые умеют оценивать условия окружающей среды (температуру, влажность воздуха, химические факторы). Устройства можно использоваться в разных сферах жизни: от мониторинга окружающей среды до исследования космоса.
Fermata — мониторинг жизненного цикла растений в режиме real-time
Российско-израильский стартап разработал платформу мониторинга состояния растений и прогнозирования урожая. ИИ оптимизирует условия выращивания культур и определяет начальную стадию отклонений и заболеваний: собирает информацию о климатических условиях и росте растений. С помощью специальных датчиков и ПО Agritech объемы урожая рассчитываются с точностью 90 %, а болезни растений — 95%.
iFarm Project — автоматизированные агрофермы
Роботизированные системы для выращивания ягод и овощей способны функционировать круглогодично. В сравнении с традиционными теплицами комплексы iFarm потребляют существенно меньше воды (на 90%) и электроэнергии (на 25%). Размеры ферм варьируются от 100 до 1 000 м2, стоимость 1 м2 — около 40 тыс. рублей. В основе конструкции — алюминиевые профили, а отдельные узлы и детали напечатаны на 3D-принтерах. Аппарат умеет самостоятельно делать лунки, сажать семена и поливать рассаду.
Роботы, которые борются с загрязнением водного ландшафта
По оценкам ООН, от 80 до 90% сточных вод сбрасываются в окружающую среду без какой-либо очистки. От дефицита пресной воды страдает 40% населения планеты. Доступа к чистой воде лишены 700 млн жителей планеты, и более 1,7 млрд человек, проживающих на территории речных бассейнов, нуждаются в дополнительных источниках пресной воды. Если никакие меры не будут приниматься, к 2030 году их число достигнет 5 млрд — это две трети населения Земли.
Row-bot — микроорганизмы как источник энергии
Суть стартапа: создание гребного робота, способного поглощать органические вещества и очищать тем самым воду. Разработчик — Бристольская робототехническая лаборатория (BRL). Конструкция аппарата напоминает водяного жука. Все четыре конечности аппарата имеют поплавки, которые не позволяют ему затонуть и помогают поддерживать стабильный уровень воды в топливном элементе. Плавание в воде происходит за счет работы пары «весел», приводимых в движение микроскопическими электромоторами. Сфера применения: очистка водоемов с пресной и соленой водой, сливных ям, канализационных стоков. Устройство функционирует в автономном режиме, так как топливные элементы используют энергию метаболизма микроорганизмов. В топливное устройство поставляется грязная вода, после переработки через заслонки выливается чистая вода. Вырабатываемая в течение одного цикла энергия в количестве 1,8 Дж хранится в электрическом конденсаторе. 1 Дж энергии достаточно для того, чтобы робот преодолел расстояние в 20 см, а оставшиеся 0,8 Дж можно использовать для снабжения энергией датчиков и управляющей электроники.
Urban Rivers — многопользовательский сборщик мусора с веб-интерфейсом
Стартап создавался для очистки реки Чикаго от мусора. По задумке разработчиков, пользователи могут управлять роботом через веб-сайт. В целом процесс напоминает онлайн-игру, но выполняет полезные действия в реальности. По задумке создателей, любой человек сможет удаленно управлять роботом в режиме реального времени через сайт и таким образом собирать мусор из водоема и накапливать его в специальных емкостях. Когда емкости заполняются, аппарат вернется на базовый терминал, где команда Urban Rivers выгрузит мусор и подготовит его к новому заплыву. Робот оснащен функцией GPS-отслеживания и страховочным тросом, препятствующим затоплению.
Ocean Cleanup — океаны без пластикового мусора
Робот Interceptor от компании Ocean Cleanup представляет собой автономное судно, задача которого заключается в вылове мусора из рек до того, как он попадет в моря и океаны. Мусор равномерно распределяется по шести контейнерам общей емкостью 50 куб. м. Когда все контейнеры заполняются — робот отправляет текстовое сообщение местным операторам по сбору отходов. Устройство работает за счет литий-ионной батареи, за сутки оно собирает до 50 тыс. кг отходов. Аппарат подключен к облачной системе, выполняющей контроль за производительностью, энергопотреблением, состоянием компонентов. Два робота уже проявили себя на практике: один из них установлен на реке в Тангеранге (Индонезия), второй — на реке в Кланге (Малайзия). К 2025 году разработчик планирует очистить 1 000 рек, которые обеспечивают до 80% всего загрязнения океана пластиковыми отходами.
Роботы, использующие солнечную энергию и энергию волн
Общее количество солнечной энергии, которую поглощает атмосфера, поверхность суши и океана, составляет примерно 3 850 000 эксаджоулей (ЭДж) в год. Волны в качестве источника энергии привлекательны тем, что работают непрерывно. Их можно использовать в 80% крупнейших прибрежных городов мира и на островах. Суммарно энергетический потенциал волн оценивается в 29 500 тераватт-часов в год, а это составляет 125% от текущего уровня потребления электричества в мире.
Liquid Robotics — комплексная аналитика вдали от суши
Беспилотники Liquid Robotics изучают океанографические и климатические данные в автономном режиме. Устройство использует энергию волн для движения и энергию солнца для датчиков и выполнения бортовых вычислений, что позволяет проводить в океане много месяцев подряд без топлива. Система состоит из трех частей: поплавка на поверхности, 8-метрового шлангокабеля и подводной лодки. Возможно оснащение дополнительными датчиками для выполнения задач в морской науке, коммерческих и оборонных целях.
Sinn Power — источник питания для вечного двигателя
Модульная морская платформа способна генерировать возобновляемую энергию из волн, ветра и солнца. Конструкция может работать в любых погодных условиях. Волновые генераторы оснащены солнечными батареями и ветровыми турбинами. По задумке инженеров тяжелая платформа при ударе волн почти не смещается, а вся энергия уходит в подвижные поплавки. Амплитуда их движения достигает 3 м, благодаря чему система собирает энергию волн высотой от 2 до 6 м, превращая движение поплавков в электричество. Сфера применения: получение электроэнергии из возобновляемых источников, в перспективе проект станет реальной заменой электростанциям, использующим ископаемое топливо.
Ocean Energy — генераторы энергии для удаленных территорий
Энергетические установки для преобразования энергии морских волн в электричество могут применяться на островах, где нет места для сооружения ветровых или солнечных электростанций. Установка представляет собой огромный буй весом 826 тонн, который генерирует 1,25 МВт энергии. Этой мощности достаточно для обеспечения электричеством населенного пункта на 18 тыс. домов, питания опреснительных установок, рыбных и креветочных ферм. Эксперты Bloomberg утверждают, что аналогичные проекты ждет бурное развитие в ближайшем десятилетии.
Роботы, уничтожающие вредных насекомых
Увеличение численности вредных насекомых на сельскохозяйственных полях по праву считается центральной проблемой современной экологии. Паразитирующие насекомые ежегодно приводят к потерям 12% урожая по всему миру на сумму $157 млрд.
RangerBot — сохранение коралловых экоструктур
Роботы-дроны предназначены для поддержания порядка под водой: они защищают рифы от морских звезд и хищных паразитов (например, морских многощетинковых червей). Участники проекта: Квинслендский технологический университет, компания Google и организации Great Barrier Reef Foundation. Робот способен работать восемь часов без подзарядк. Устройство идентифицирует паразитов с точностью в 99,4%. Принцип работы такой же, как у дайверов: робот определяет местоположение вредителя и делает ему смертельный укол. Коралловые рифы при этом не страдают. Дрон задуман недорогим и доступным в массовом производстве, его будут использовать ученые, активисты, представители местных сообществ.
Fly&See — борьба с вредителями без химикатов
Коптеры Fly&See распространяют полезных насекомых или бактерии, которые уничтожают вредителей. За один полет длительностью 13-14 минут дрон обработает территорию площадью 18–20 га. Есть возможность регулировать норму внесения энтомофагов на 1 га, настраивать сплошное внесение или сброс только в определенные точки поля по GPS с точностью до 20 см. Полеты происходят в автоматическом режиме, без участия пилота. По оценкам разработчиков, технология позволит повысить урожайность до 20%.
Agri Drone — точечное уничтожение насекомых
Суть технологии: разработка робота для борьбы с насекомыми, поедающими и уничтожающими урожай (например, мотыльки, белые цикады, колорадские жуки). Она станет альтернативой массовому использованию вредных пестицидов. Дрон патрулирует поля, выискивая насекомых, а затем точечно стреляет по ним зарядом пестицидов. Благодаря этому урожай не накапливает в себе вредные вещества. Устройство следует использовать в ночное время суток, когда насекомые выходят из мест, где они прятались на протяжении дня. Запуск дрона выполняется автоматически. Помимо пестицидной пушки робот оснащен термальными и инфракрасными камерами, и электрической мухобойкой.
Роботы по переработке отходов
По данным Минприроды, в России ежегодно образуется 70 млн тонн твердых коммунальных отходов, но при этом работают только 15 предприятий, на которых извлекается 20% вторичных материальных ресурсов для переработки. Их доля в общем объеме отходов составляет 3%. Разработчики робототехники утверждают, что их изобретения предотвратят загрязнение окружающей среды, выведут систему сбора и переработки мусора на новый уровень и открывают ряд возможностей для извлечения новой ценности из него. По результатам исследования НИУ ВШЭ, объем мирового рынка сбора и утилизации отходов (исключая сегмент добычи полезных ископаемых) в 2019 году превысил $1,1 трлн. Ожидается, что в ближайшей перспективе этот рынок будет расти на 7–10% в год.
Aurora Borealis — борьба с вредными выбросами в атмосферу
Российская роботизированная система для уничтожения органических отходов способна перерабатывать до 5 тыс. м3/час. Устройство состоит из трех элементов: печи, дожигателя газов (не оставляет вредных примесей и делает выбросы экологически чистыми), теплообменный аппарат (экономит расход газа при сжигании отходов). Сфера применения: нефтяное, сталелитейное и другие производства, где нужно достичь необходимых экологических показателей по выбросам в атмосферу.
Recuper
Суть технологии: создание роботизированной техники для переработки отходов в синтез-газ и тепло, которые можно использовать на технологические нужды, а также на технический углерод с получением сорбентов. В основе лежит деструкция углеводородного сырья без доступа кислорода и без применения катализаторов под избыточным давлением. Переработке подлежат: ТБО, илистый осадок сточных вод, промышленные и сельскохозяйственные отходы. Например, из одной тонны ТБО можно произвести 400 кубометров синтез-газа и 50–150 кг сорбентов.
TrashBot — интеллектуальная урна с сортировкой отходов
Умная мусорная урна работает с помощью технологий машинного обучения. Робот анализирует каждый предмет и принимает решение о его дальнейшей судьбе: захоронить или переработать. Принцип действия: после того, как человек бросает мусор в отверстие, робот взвешивает каждый предмет, при необходимости очищает его от жидкости, анализирует с помощью видеокамеры и ряда датчиков и принимает решение: отправить его в отделение для отходов, подлежащих захоронению, или в отделение для материалов, которые можно переработать. Устройство предназначено для установки в местах с высокой проходимостью: офисные здания, аэропорты, спортивные арены, университеты. Анализ каждого выброшенного предмета занимает 3 секунды, точность сортировки составляет 90 %.
Обработка мусора — одна из областей, куда активно внедряются робототехнические решения. По оценке Transparency Market Research, объем мирового рынка переработки пластика в ближайшие 8 лет будет расти на 6,8 % в год. Для комплексного решения экологических проблем используются роботы, эффективность которых на порядок выше человеческой. Сейчас в эту сферу внедряются цифровые решения, задача которых заключается в утилизации производственных и бытовых отходов, борьбе с загрязнениями почв, водной и воздушной сред. Многие разработки уже применяются в рамках международных проектов, ориентированных на улучшение экологической ситуации в мире (например, морские роботы для экологического мониторинга в Арктике). Эксперты отмечают, что такие меры помогут сформировать устойчивые экосистемы, повысят производительность сельскохозяйственных предприятий и снизят негативное влияние химикатов на почву и здоровье людей.
Читайте также:
Физики выяснили траекторию полета капель кашля. Опасное расстояние — более 6 метров
Годовая миссия в Арктике закончилась, и данные неутешительны. Что ждет человечество?
Ученые пытаются понять, сколько живет нейтрон. Почему это так сложно и важно?