Robot ABB odgrywa kluczową rolę w projekcie edukacyjnym, którego celem jest znalezienie nowych sposobów minimalizowania wpływu na środowisko wytwarzanych produktów po zakończeniu ich cyklu życia. Jako część badań akademickich nad możliwościami zautomatyzowanego demontażu, robot pomaga zaprezentować nową koncepcję, która może zmienić sposób, w jaki przyszłe produkty będą projektowane, wytwarzane i poddawane recyklingowi.
O ile większy wybór jest korzystny dla konsumentów, o tyle jego wpływ na środowisko naturalne jest prawdopodobnie mniej pozytywny. Ponieważ producenci koncentrują się przede wszystkim na różnicowaniu swoich produktów pod względem takich czynników jak cena, jakość i niepowtarzalność, aby przyciągnąć klientów, drugi koniec cyklu życia produktu może być często pomijany.
Procesy stosowane obecnie do projektowania i wytwarzania produktów mogą stwarzać problemy, jeśli chodzi o recykling i odzyskiwanie materiałów. Wiele produktów składa się zazwyczaj z różnych materiałów, które często trudno jest oddzielić i odzyskać na etapie utylizacji. W rezultacie traci się znaczną ilość materiałów potencjalnie możliwych do odzyskania, co skutkuje koniecznością wykorzystania dodatkowych materiałów pierwotnych do produkcji nowych wyrobów.
Wraz z rozwojem technologii zaczynają pojawiać się różne rozwiązania, które pozwalają na zautomatyzowanie sortowania rozdrobnionych komponentów, przyczyniając się do poprawy zarówno dokładności, jak i szybkości. Ponieważ jednak technologie te są wciąż w dużej mierze na etapie testowania, pozostaje jeszcze trochę czasu, zanim znajdą się one w głównym nurcie.
Krok w kierunku przyszłości opartej na recyklingu
Jednym ze sposobów na pokonanie tego problemu jest projektowanie produktów, które można łatwo poddać recyklingowi po zakończeniu ich użytkowania, aby umożliwić łatwiejszy demontaż i usprawnić proces sortowania części składowych na oddzielne frakcje gotowe do recyklingu. Taki cel miało badanie przeprowadzone przez Maxa Ashforda, brytyjskiego studenta École Cantonale d'Art de Lausanne (ECAL), uczelni artystycznej i projektowej z siedzibą w Renens w Szwajcarii. Badanie zatytułowane RUEI_01, czyli "Robotic Unmanufacturing Embedded Information", polegało na stworzeniu koncepcyjnego buta treningowego, który mógłby zostać łatwo zdemontowany przez robota, a jego części składowe posortowane na łatwo odzyskiwalne frakcje do recyklingu.
- Podstawową wadą wielu procesów recyklingu jest brak informacji o przetwarzanych przedmiotach i o tym, co jest w nich wykorzystywane - mówi Max. - Podczas gdy niektóre przedmioty są poddawane recyklingowi, wiele potencjalnie możliwych do odzyskania materiałów, które są trudniejsze do zidentyfikowania lub oddzielenia, trafia do odpadów. Gdyby materiały te można było skutecznie odzyskiwać i poddawać recyklingowi, pomogłoby to radykalnie ograniczyć potrzebę wydobywania i przetwarzania materiałów pierwotnych ze wszystkimi związanymi z tym kosztami finansowymi i środowiskowymi.
Celem projektu RUEI_01 było zarówno zakwestionowanie konwencjonalnego podejścia do projektowania produktów, jak i zademonstrowanie możliwości zastosowania robotyki do wspomagania demontażu produktu i odzyskiwania materiałów użytych do jego wytworzenia.
- Aby podkreślić, co można osiągnąć poprzez zaprojektowanie możliwości recyklingu produktu od samego początku, chciałem użyć przedmiotu, który tradycyjnie trudno byłoby poddać recyklingowi - wyjaśnia Max. – Buty do ćwiczeń były idealnym wyborem. Zazwyczaj składają się z szeregu różnych materiałów, w tym tekstyliów, tworzyw sztucznych i kleju, są one zazwyczaj po prostu wyrzucane, gdy się zużyją, generując duże ilości odpadów, których nie można poddać recyklingowi.
Zrobotyzowane usuwanie produktów z produkcji
Zwróciwszy się do menedżera produktu ABB Benoit Gerbera podczas fazy badawczej swojego projektu, Max zapytał, czy ABB może dostarczyć zarówno robota, jak i wsparcie, które pomoże mu zrealizować jego pomysł. Ponieważ ABB jest już zaangażowana w dostarczanie zarówno sprzętu, jak i wiedzy specjalistycznej do nauczania studentów robotyki i automatyki w szkołach, uczelniach i uniwersytetach na całym świecie, Max otrzymał jednoramiennego robota współpracującego YuMi® wraz z oprogramowaniem potrzebnym do jego zaprogramowania.
- Chcemy pokazać przyszłym pracownikom, jak roboty mogą odegrać ważną rolę w przekształceniu produkcji i nauczyć ich umiejętności i wiedzy, które będą im potrzebne, aby dobrze prosperować w miejscach pracy przyszłości - mówi Benoit Gerber. - Kładąc nacisk na zrównoważony rozwój, projekt Maxa wpisuje się również w nasz cel, jakim jest pomoc firmom produkcyjnym w znalezieniu sposobów wykorzystania technologii w celu uczynienia zarówno ich procesów produkcyjnych, jak i produktów bardziej zrównoważonymi.
Projekt RUEI_01, pokazujący jak produkty mogą być projektowane z myślą o recyklingu od samego początku, stwarza nowe możliwości dla producentów, aby zminimalizować ich wpływ na środowisko, zarówno poprzez zmniejszenie ilości odpadów, jak i umożliwienie odzyskiwania wysokiej jakości materiałów, które mogą być wykorzystane do produkcji przyszłych produktów.
- But użyty w projekcie RUEI-01 został zaprojektowany tak, aby można go było poddać recyklingowi przy użyciu robotów, a wszystkie informacje o obiekcie zostały w nim cyfrowo osadzone - mówi Max. - Dzięki tej technice, robot może być użyty do dokładnego „rozprodukowania” buta poprzez demontaż i oddzielenie materiałów, które następnie mogą być łatwo i skutecznie poddane recyklingowi. Metoda ta ma potencjał, aby stworzyć naprawdę dokładne i weryfikowalne frakcje dla materiału z recyklingu o wysokiej jakości.
Zaczynając od podstaw, Max opracował koncepcję buta z odczepianą cholewką połączoną z wydrukowaną w 3D podeszwą za pomocą serii sznurków. Kod QR umieszczony na części językowej buta zawiera informacje o bucie, w tym instrukcje niezbędne do jego demontażu.
Zaczynając od zeskanowania kodu QR, robot zaczyna rozbierać but na części, najpierw za pomocą narzędzia tnącego przecinając sznurówki trzymające go razem. Po usunięciu sznurka, robot używa chwytaka do systematycznego usuwania cholewki i innych części, aż pozostanie tylko podeszwa. Po wyjęciu każdej części, jest ona umieszczana w jednym z pudełek gotowych do ponownego użycia.
Po zakończeniu procesu pudełka z poszczególnymi częściami buta mogą zostać zabrane, a elementy gotowe do recyklingu.
Aby wykonać operacje potrzebne do demontażu buta, jednoramienny YuMi jest wyposażony w różne narzędzia, w tym specjalny chwytak do skanowania kodu QR i podnoszenia buta oraz narzędzie tnące do przecinania sznurówek. Dzięki kompaktowej konstrukcji i udźwigowi do 0,5 kg, robot jest idealny do przenoszenia lekkich materiałów wykorzystywanych w projekcie. Ponadto, dzięki rozbudowanym funkcjom bezpieczeństwa, w tym specjalnej konstrukcji ramienia (miękkiej, ale wytrzymałej piance na ramieniu) i możliwości zatrzymania awaryjnego, które może zatrzymać robota w ciągu mikrosekund, YuMi eliminuje potrzebę stosowania środków ochronnych, takich jak ogrodzenia, co czyni go idealnym narzędziem do nauki, które może być bezpiecznie stosowane w środowisku nauczania.
Kolejną zaletą używania jednoramiennego YuMi jest jego prostota, co czyni go idealnym dla początkujących użytkowników. Poza programowaniem przez wodzenie, które pozwala użytkownikom na programowanie robota poprzez fizyczne manipulowanie ramieniem w wymaganych pozycjach, YuMi wykorzystuje również nowe oprogramowanie ABB Wizard Easy Programming, które eliminuje potrzebę uczenia się przez użytkowników kodowania robotów poprzez wykorzystanie prostych bloków graficznych reprezentujących różne komendy.
- Oprogramowanie ABB Wizard Easy Programming było świetnym rozwiązaniem dla początkującego użytkownika, takiego jak ja, który nigdy wcześniej nie programował robota - mówi Max. - Zamiast uczyć się kodu programowania, byłem w stanie zaprogramować robota poprzez przeciąganie i upuszczanie odpowiednich bloków poleceń na miejsce.
Aby sprawdzić, czy rozwiązanie będzie działać, Max użył również narzędzia do programowania offline RobotStudio firmy ABB. RobotStudio, używane przez klientów ABB w wielu różnych gałęziach przemysłu, umożliwia tworzenie wirtualnych modeli kompletnych instalacji zrobotyzowanych, testowanie i udoskonalanie ich w środowisku wirtualnym, aby upewnić się, że będą działać w rzeczywistych warunkach produkcyjnych.
- Oprogramowanie RobotStudio firmy ABB było również bardzo pomocne w tworzeniu ostatecznego programu potrzebnego do sterowania robotem - dodaje Max. - Z pomocą Benoit Gerbera z ABB i oglądając szereg samouczków na YouTube, które są dostępne dla jednoramiennych robotów YuMi i RobotStudio, byłem w stanie nauczyć się, jak korzystać z oprogramowania, aby znaleźć sposoby na zmaksymalizowanie wydajności robota i upewnić się, że zdemontuje on but we właściwy sposób.
Następny krok
Potencjał koncepcji RUEI_01 został już dostrzeżony. Oprócz zdobycia nagrody ECAL BCV i nagrody Eyes on Talent, RUEI_01 zdobył również drugie miejsce w prestiżowym konkursie James Dyson Award, międzynarodowym konkursie projektowym stworzonym, aby uczcić, zachęcić i zainspirować następną generację inżynierów projektantów. Ponadto Max został zaproszony jako prelegent na Dutch Design Week 2021, aby wyjaśnić, w jaki sposób koncepcja RUEI_01 może przyczynić się do kształtowania przyszłości produkcji.
W dalszej perspektywie Max chciałby, aby jego pomysł został włączony do procesów produkcyjnych wiodących marek obuwia sportowego na świecie.
- Każdego roku na świecie produkuje się 23 miliardy par butów, a w tym samym okresie wyrzuca się około 300 milionów - podsumowuje Max. - Pomysły takie jak koncepcja RUEI_01 mogłyby w ogromnym stopniu przyczynić się do zmniejszenia ilości wytwarzanych w ten sposób odpadów, pomagając producentom rozwijać się w sposób zrównoważony i zapewniając gotowe dostawy wysokiej jakości materiałów, które mogliby ponownie wykorzystać do produkcji przyszłych produktów.
Projekt RUEI_01 jest tylko jednym z kilku przykładów wykorzystania robotów ABB, aby pomóc studentom zrozumieć potencjał, jaki oferuje robotyka, mająca zastosowanie we wszystkich dziedzinach, począwszy od inżynierii i produkcji, a skończywszy na architekturze i projektowaniu produktów. Wyposażając młodych ludzi w umiejętności i doświadczenie potrzebne do programowania i obsługi robotów, ABB chce stworzyć możliwości zatrudnienia w przyszłości, jednocześnie minimalizując wpływ na środowisko poprzez zwiększenie efektywności i produktywności.
Więcej informacji można znaleźć na stronie www.abb.pl/robotics.
