持続可能な変化をもたらすための学び

ABBロボットは、製品が寿命に達した後の環境への影響を最小限に抑える新しい方法を見つけるための教育プロジェクトで重要な役割を果たしています。 自動分解の可能性に関する学術研究の一環として、ロボットは、将来の製品の設計、製造、リサイクルの方法を変革する可能性のある新しい概念の実証を支援しています。

消費者にとって選択肢の幅が広がることは良いことですが、その分、環境にはあまり良い影響を与えないことは間違いないでしょう。メーカーは主に、価格、品質、個性といった要素で製品を差別化し、お客さまを惹きつけることに注力していますが、製品のライフサイクルのもう一方の側面は見落とされがちです。

製品の設計と製造に現在使用されているプロセスでは、材料のリサイクルや回収に問題が生じることがあります。多くの製品はさまざまな材料で構成されており、廃棄段階での分離・回収が困難な場合が多いのです。その結果、回収できる可能性のある材料が大量に失われ、新しい製品を製造するために追加の未使用の材料を使用する必要が生じます。

技術の進歩に伴い、細断された部品の選別を自動化し、精度とスピードを向上させるさまざまなソリューションが登場し始めています。しかし、これらの技術はまだ実証段階であり、主流となるにはまだ時間がかかると思われます。

リサイクル可能な未来への一歩を踏み出す

この問題を解決する一つの方法として、製品寿命が尽きた時にリサイクルしやすいように設計することで、分解が容易になり、リサイクルするための部品に分別する工程を合理化することができます。スイスのローザンヌにある芸術大学、エコール・カントナル・ダール・ド・ローザンヌ(ECAL)の英国人学生、マックス・アシュフォードは、このような研究を行っています。RUEI_01(Robotic Unmanufacturing Embedded Information)と名付けられたこの研究は、ロボットによって簡単に分解でき、その部品をリサイクルするために回収可能な部分に分類できるコンセプトのトレーニングシューズを制作するものでした。

「多くのリサイクルプロセスの根本的な欠陥は、扱っている物やその中で使われている物についての情報が不足していることです」とマックスさんは言います。「リサイクルされるものもありますが、回収できる可能性がありながら、識別や分離が困難な多くの材料が廃棄物として処理されてしまうのです。これらの材料を効果的に回収し、リサイクルすることができれば、新素材の採取や加工の必要性を劇的に減らし、それに伴う経済的・環境的コストを削減することができます」と述べています。

RUEI_01プロジェクトは、製品設計に対する従来のアプローチに挑戦すると同時に、製品の分解と製造に使用された材料の回収を支援するロボットによる自動化の実現可能性を実証するために考案されたものです。

「製品に最初からリサイクル性を設計することで何ができるかを明らかにするために、従来はリサイクルが困難だったものを使いたいと思いました」とマックスさん。「トレーニングシューズは理想的な選択でした。一般的に、繊維、プラスチック、接着剤など、さまざまな素材から構成されるトレーニングシューズは、通常、摩耗すると廃棄され、リサイクルできない大量の廃棄物が発生します。

ロボットによるデマニュファクチャリング

プロジェクトの研究段階でABBのプロダクトマネージャーであるBenoit Gerber に相談したマックスさんは、ABBがロボットと、彼のアイデアを実現するためのサポートの両方を提供できるかどうかを尋ねました。ABBはすでに、世界中の学校、カレッジ、大学の学生にロボティクスを教育するための機器と専門知識の両方を提供しており、Maxさんは協働型 Single Arm YuMi®ロボットと、そのプログラミングに必要なソフトウェアを提供されることになりました。

Benoit Gerber.は、「私たちは、ロボットが製造業の変革においてどのように主要な役割を果たすことができるかを明日の労働者に示し、明日の職場で成功するために必要なスキルと専門知識を彼らに教えることに熱心です」」と述べています。「マックスさんのプロジェクトは、持続可能性に重点を置いており、製造業が生産工程と製品の両方をより持続可能なものにするために技術を活用する方法を見つけることを支援するという我々の目標にも合致しています」

RUEI_01プロジェクトは、最初からリサイクルを念頭において製品を設計する方法を示すことで、廃棄物を減らし、将来の製品に使用できる高品質の材料の回収を可能にし、メーカーが環境負荷を最小化する新しい機会を提供します。

「RUEI-01プロジェクトで使用された靴は、ロボットによるリサイクルを想定し、すべての物体情報がデジタルで埋め込まれています」とマックスさん。「この技術を使えば、ロボットが靴を正確に『解体 』し、材料を分離することで、簡単かつ効率的にリサイクルを行うことができます。この方法は、高品質のリサイクル材料に対して、真に正確で検証可能な分率を生み出す可能性を持っています」

マックスさんは、アッパーは取り外し可能で、3Dプリントされたソールとコードでつながっているコンセプトシューズをゼロから開発しました。ベロの部分にあるQRコードには、分解に必要な手順など、靴に関する情報が記載されています

QRコードを読み込むと、ロボットは靴を解体し始めます。まず、靴を支えているコードを切断ツールで切断します。コードを切り離すと、ロボットはグリッパでアッパーやその他の部分を順次切り離し、靴底だけにします。取り外された部品は、再利用できるように専用の箱に入れられます。

プロセスが完了すると、靴のさまざまな部分が入っている箱を取り出して、コンポーネントをリサイクルできるようになります。

靴の解体に必要な作業を行うため、単腕のYuMiには、QRコードを読み取って靴を持ち上げるための特殊グリッパや、コードを切断するための切断工具など、さまざまな工具が搭載されています。コンパクトな設計と最大0.5kgの可搬重量により、このロボットはプロジェクトに関わる軽量な素材を扱うのに理想的なロボットです。さらに、パッド付きのロボットアームやマイクロ秒で停止する緊急停止機能など、充実した安全機能を備えているため、YuMiはフェンスなどの保護対策が不要で、教育現場でも安全に導入できる理想的な学習ツールとなっています。

Single Arm YuMiを使用するもう1つの利点は、そのシンプルさです。これにより、初めてのユーザーにとって特に理想的です。 YuMiは、ユーザーがアームを必要な位置に物理的に操作してロボットをプログラミングできるリードスループログラミングに加えて、ABBの新しいウィザードイージープログラミングソフトウェアも使用しています。これにより、ユーザーはさまざまなコマンドを表すシンプルなグラフィカルブロックを使用してロボットコーディングを学ぶ必要がなくなります。

「ABBのウィザードイージープログラミングソフトウェアは、私のようにロボットのプログラミングをしたことがない初めてのユーザには最適でした」とMaxさんは言います。「プログラミングコードを学ぶ代わりに、関連するコマンドブロックを所定の位置にドラッグ&ドロップすることでロボットをプログラムすることができました」

また、このソリューションがうまく機能するかどうかを検証するために、ABBのRobotStudioというオフラインプログラミングツールも使用しました。RobotStudioは、さまざまな業界のABBのお客さまに利用されており、ロボット設備一式の仮想モデルを作成し、仮想環境下でテストと改良を行って、実際の生産シナリオで動作することを確認することができるのです。

「ABBのRobotStudioは、ロボットに指示するための最終的なプログラム作成に非常に役に立ちました」とマックスさん。「ABBのBenoit Gerber氏の助けや、Single Arm YuMiとRobotStudioのYouTubeチュートリアルを見て、ロボットの性能を最大限に引き出す方法や、靴を正しい方法で分解する方法など、ソフトウェアの使い方を学ぶことができました」 と述べています。

次のステップ

RUEI_01のコンセプトが持つエキサイティングな可能性は、すでに認識されています。RUEI_01は、ECALのBCV賞とアイズ・オン・タレント賞を受賞しただけでなく、次世代のデザインエンジニアを称え、励まし、刺激するために設けられた国際デザインコンテスト、権威あるジェームズダイソン賞で国内準優勝を果たしました。さらに、2021年のダッチデザインウィークにスピーカーとして招かれ、RUEI_01のコンセプトが製造業の未来を形作るためにどのように役立つかを説明しました。

長期的には、世界的なスポーツシューズブランドの製造工程に、彼のアイデアが取り入れられることを望んでいます。

「毎年、世界中で230億足の靴が製造され、そのうちの約3億足が捨てられているのです」とMaxさんは結論付けています。「RUEI_01のようなアイデアは、このような廃棄物の削減に大きく貢献し、メーカーのサステナビリティを向上させ、将来の製品製造に再利用できる高品質の素材をすぐに供給することができます」

RUEI_01プロジェクトは、ABBのロボットが、エンジニアリングや製造から建築、製品デザインに至るまで、ロボットオートメーションの可能性を学生に理解してもらうために利用されているいくつかの例の一つに過ぎません。 ABBは、ロボットのプログラミングや操作に必要なスキルと経験を若い世代に提供することで、将来の雇用機会を創出するとともに、効率性と生産性の向上により環境への影響を最小限に抑えることを目指しています。 詳細については、以下をご覧ください。www.abb.com/robotics.  

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