Роботы чистят реки и сортируют мусор, следят за экосистемами и проверяют инфраструктуру возобновляемой энергетики. Но даже у самого «зеленого» робота есть экологический след. Если робототехника должна помочь построить более устойчивый мир, сообществу робототехников придется ответить на несколько потенциально неудобных вопросов. И первый из них звучит так: насколько устойчивы сами роботы?
Экологический след роботов
На протяжении всего жизненного цикла - от добычи редкоземельных минералов и производства до эксплуатации и утилизации - роботы оказывают воздействие на окружающую среду. Однако до сих пор у робототехников не было специальных инструментов для его расчета.
Проект Robotics Eco-Label, который возглавляет Брам Вандерборгт из Свободного университета Брюсселя, пытается закрыть этот пробел. Он предлагает легковесный веб-инструментарий, позволяющий количественно оценить устойчивость робота.
Как работает оценка устойчивости
Инструментарий делит ключевые технологии робота на материалы, источники энергии, датчики, процессоры, приводы, дизайн и возможность вторичной переработки. Затем каждый элемент оценивается по пяти показателям:
- сохранение ресурсов;
- продление срока службы;
- углеродный след;
- энергоэффективность;
- замкнутость цикла.
Полученные числа сводятся в взвешенную матрицу, которая дает итоговый Eco-Score от 0 до 100. Веса пока не зафиксированы - это одна из задач для дальнейших исследований и коллабораций. Чтобы получить ориентировочную оценку для своего робота, можно воспользоваться интерактивным инструментом самооценки проекта.
Низкий балл в одной области может указывать на энергоемкие приводы, ограниченную ремонтопригодность, трудно перерабатываемые материалы или отсутствие плана утилизации. Высокий балл, напротив, говорит о том, что устойчивость учитывалась на уровне всей системы.
Одна из заявленных целей проекта - сделать экологические компромиссы видимыми на ранних стадиях разработки, чтобы они влияли на дизайн робота. В проект также входят образовательные материалы и функции для сообщества: исследователи и разработчики могут сравнивать подходы, делиться кейсами и превращать общие цели устойчивого развития в конкретные дизайнерские решения.
Для компаний Eco-Label может стать способом получить конкурентное преимущество, а покупателям он поможет принимать более осознанные решения.
Robotics Eco-Label - лишь один из проектов, финансируемых грантами IEEE RAS Sustainability, которые были представлены на ICRA в июне. Эти гранты - ключевая часть более широких усилий IEEE RAS по интеграции устойчивости в исследования, образование, дизайн и внедрение робототехники.
Проблема избыточной спецификации
Иногда устойчивая робототехника начинается с более грамотных закупок. Речь идет об избегании избыточной спецификации - то есть покупки роботов, которые крупнее или мощнее, чем необходимо.
Если подбирать робота под реальную рабочую нагрузку, можно сократить неиспользуемый потенциал, избежать лишних материалов и снизить потери энергии на протяжении всего срока службы. Этот принцип лежит в основе работы команды под руководством Антуна Скурича, также финансируемой IEEE RAS.
Команда разработала открытую платформу для оценки устойчивости коллаборативных роботов. Пользователь задает требуемое рабочее пространство, полезную нагрузку и траекторию, а платформа подбирает робота с минимальной массой, который удовлетворяет этим требованиям.
В приложении есть интерактивные инструменты: можно визуализировать робота, перемещать его вручную, проверять переменные задачи, видеть достижимое пространство и наблюдать ключевые конфигурации. Так производительность робота рассчитывается исходя из конкретных условий и требований задачи.
Роботы против энергетической бедности
Энергетическая бедность и неэффективное использование солнечной энергии - серьезные проблемы Нигерии, где более 90 миллионов человек не имеют надежного доступа к электричеству. Проект SolarPeer 360 под руководством Умара Адетолы Абдулгани, студента Федерального технологического университета в Минне, берется за эту задачу, сочетая роботизированное слежение за солнцем, оптимизацию на основе ИИ и пиринговое распределение энергии.
Это своевременное напоминание о том, что роботы могут напрямую поддерживать цели устойчивого развития. SolarPeer решает две связанные проблемы: неэффективность небольших солнечных установок и отсутствие прозрачных, доступных механизмов для обмена излишками возобновляемой энергии между домохозяйствами и малым бизнесом.
По словам команды, SolarPeer 360 построен на логике устойчивого развития: «энергия, захваченная эффективнее, может распределяться справедливее, а прозрачный обмен энергией создает локальную экономическую ценность, сокращая отходы и зависимость от ископаемого топлива».
SolarPeer соединяет умный солнечный захват через слежение, контролируемое и измеряемое распределение через встроенную электронику и оптимизацию поведения через данные, интерфейсы и ИИ-подсказки. Ранние результаты показывают ощутимый прогресс.
В одном сравнении слежения и фиксированной установки команда зафиксировала рост средней мощности на 60,3 процента: с 3,83 Вт до 6,14 Вт. При этом ИИ-консультации по энергопотреблению и оптимизация дали сокращение потерь энергии примерно на 25% в тестовой среде.
За пределами лаборатории команда развернула пять общественных мини-систем и провела обучающий семинар по солнечной энергии, охвативший более 500 студентов.
Воспитание нового поколения
Устойчивость в робототехнике - это не только техническая задача. Это еще и культурный и образовательный вызов для следующего поколения инженеров, исследователей, преподавателей и пользователей.
Отчасти именно этим руководствовался проект «Caretta» под руководством Мустафы Кемаля Амбара, который принес обучение робототехнике и устойчивому развитию школьникам 8-16 лет на Кипре. Вдохновленный морской черепахой кареттой, проект создал действующий прототип робота для снижения загрязнения побережья.
Провели две успешные уборки пляжа, а через семинары и практические занятия проект вовлек более тридцати студентов. Пляж стал одновременно испытательным полигоном и классной комнатой. Учащиеся наглядно увидели, как инженерия связана с местными экологическими проблемами и потребностями сообщества.
Во время полевого упражнения один студент указал на пластиковый мусор у воды и заметил: «Может, черепахи больше не будут это есть, если Caretta будет работать быстрее».
Устойчивость как основа практики
Сможет ли сообщество робототехников ускорить внедрение устойчивости в свои основы и практику? Ранние результаты проектов, поддержанных грантами IEEE RAS по устойчивому развитию, показывают, что работа уже идет.
