من أهم تحديات التنمية المستدامة

من تحديات التنمية المستدامة إدارة الكميات المتزايدة من النفايات الناتجة عن الأنشطة البشرية.

ويؤدي النمو السكاني والتوسع العمراني إلى زيادة التلوث في المناطق السكنية والعامة. ووفقاً لتقرير الوكالة الأوروبية للبيئة (2023)، بلغت كمية النفايات التي أنتجها سكان الدنمارك 814 كجم للفرد في عام 2020، متجاوزةً بشكل كبير المتوسط ​​الأوروبي البالغ 517 كجم للفرد.

ويمكن أن يؤدي عدم التخلص من النفايات بشكل كافٍ إلى تلوث البيئة وتغير المناخ ومخاطر السلامة والصحة، لذا من الضروري تبني ممارسات مثل جمع النفايات من الشوارع وفرزها. يتطلب النظام الفعّال استخدام معدات مناسبة تُقلل من الحاجة إلى الموارد البشرية وتُقلل من خطر العدوى والإصابات للعاملين في إدارة النفايات أو تنظيف الشوارع.

طُوّرت مجموعة متنوعة من الأنظمة الروبوتية لجمع وإدارة النفايات من مصادر وبيئات مختلفة. وتشمل هذه الأنظمة روبوتات تعمل في المناطق الحضرية، والأماكن المنزلية، والأنظمة البيئية المائية. تتراوح المهام التي تؤديها هذه الروبوتات بين كنس الشوارع وفرز القمامة حسب نوع المادة.

تصميم روبوت الخدمة، وهو نظام ميكانيكي متحرك ذاتي الحركة، مهمته جمع القمامة وتنظيف الشارع دون الاعتماد على التحكم البشري. السلامة هي الأولوية القصوى: لذا، يجب استخدام أجهزة استشعار متعددة لاكتشاف الأجسام وتمكين الروبوت من التفاعل مع البيئة.

تهدف المتطلبات التالية إلى جعل الروبوت فعالاً وآمناً وصديقاً للبيئة:

* جمع النفايات من الشارع
* فرز النفايات إلى فئات مختلفة، مثل الزجاج والبلاستيك والمعادن والورق والمواد العامة، ووضعها في صناديق منفصلة
* تجاوز مختلف العوائق، مثل الأرصفة وإشارات المرور والأشخاص، وتجنب الاصطدامات أو الحوادث
* تنظيف الشارع بكنسه أو غسله بعد جمع النفايات

قاعدة الروبوت عبارة عن حاوية مستطيلة الشكل تحتوي على المكونات الإلكترونية، ونظام الحركة، وآلية الكنس، وأجهزة الاستشعار، وخمسة أقسام لأنواع مختلفة من النفايات. يُمكّن مستشعر القرب الأفقي الروبوت من إدراك محيطه، بما في ذلك مسافة وزاوية الأجسام القريبة. ومع ذلك، يمكن لأجهزة استشعار إضافية مثل LiDAR أو INS أو PPP التي توفر إدراك أفضل، واكتشاف العوائق، ودقة في رسم الخرائط، وتحديد الموقع. تُعالَج رؤية الروبوت بتقنيات الذكاء الاصطناعي، لتحديد هوية البشر وإشارات المرور والعوائق الأخرى.

يتطلب الذراع الروبوتي لفرز النفايات وإدارتها استخدام مفاصل دوارة لتمكينه من الوصول إلى النفايات ونقلها إلى الحاوية المناسبة. يجب أن يكون لدى الطرف المؤثر للذراع القدرة على التقاط النفايات وتحديد مادتها، وهنا تلعب المستشعرات دوراً مهماً.

يُعدّ المستشعر خياراً مناسباً لتقنية الاستشعار للكشف عن المواد ضمن نطاق كشف قصير (بضعه ملليمترات).

وهناك نهج آخر يتمثل في إمساك الأشياء وضغطها لتحديد نوع مادتها بناءً على قياس حجمها وصلابتها وموصليتها.

لا يستطيع الذراع إمساك بعض الأشياء، التي تُزال مع غبار الشارع. تُوضَع هذه الأشياء والغبار في سلة المهملات العامة. عندما تصل حاويات الروبوت إلى سعتها القصوى، يعود إلى محطته لتفريغ النفايات واستئناف عمله من حيث توقف.

أحد التحسينات يتمثل في مساعدة الروبوت على تحديد مساره وتحديد أولويات المناطق التي تتطلب عناية أكبر، وذلك من خلال تطوير نماذج إحصائية وتنبؤية للبيانات المجمعة حول المنطقة وتراكم النفايات فيها. ومن الطرق الأخرى بناء نظام متعدد العناصر، وتمكين الروبوتات من التواصل والتنسيق لمنع التكرار وضمان الفعالية، ربما من خلال تطبيق مشكلة البحث عن الطعام عليه.

صُمم الروبوت المقترح لأداء مهام تنظيف الشوارع وفرز النفايات بشكل مستقل، حتى على مدار الساعة. وهو مزود بأجهزة استشعار ومشغلات تُمكّنه من التنقل في الشوارع، وكنس الأرصفة وغسلها، وكشف النفايات وجمعها، وتصنيف مواد النفايات حسب مكوناتها.

يمكن لهذه الروبوتات خلق فرص عمل هندسية جديدة، وتحسين الصحة العامة، وتعزيز الاستدامة البيئية، على الرغم من تكلفتها العالية واحتمالية إزاحة عمال النظافة أو معالجة النفايات.

يمكن للمدن النامية الاستفادة من الروبوتات في إدارة النفايات، مما يُعزز استدامتها وكفاءتها. يمكن تحسين تصميم الروبوت باستخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي للمعالجة البصرية والتعلم، وهناك حاجة إلى المزيد من المستشعرات لتحسين الاكتشاف وتحديد المواقع. كما يثير الروبوت قضايا أخلاقية واجتماعية وقانونية يجب حلها قبل نشره.

ينبغي أن تُقيّم الأعمال المستقبلية الآثار البيئية والاجتماعية والاقتصادية للروبوت، بالإضافة إلى المخاطر والفوائد التي تعود على الجهات المعنية.

ولفهم هذا المقال بشكل أكبر، قبل فترة بسيطة وصلني مقاطع عن روبوتات تعمل بمزارع في الصين، تقوم بحصاد المحصول على مدار الساعة. حقيقية أنه منظر مهيب.

ولكن بعد البحث، أعتقد أن هناك اختلاف كبير بين مركبات التنظيف الالية والذاتية القيادة أو التي تعمل بخاصيات معينة ونشاطات محددة مثل روبوتات المزارع مقارنة بروبوتات لها الكثير من التحديات والاعمال الميكانيكية، على سبيل المثال: يعمل روبوت “سبوت” لمدة 90 دقيقة تقريباً، ويستغرق شحنه ساعة.

تبلغ السرعة القصوى لسبوت (دون التوقف لالتقاط القمامة) حوالي 1.6 متر/ثانية، أي 3.6 ميل/ساعة، مما يمنحه مسافة سفر قصوى تبلغ حوالي 5 أميال (حيث ينفذ منه الطاقة ويحتاج إلى إعادة شحنه) أو مسافة خط مستقيم قصوى تبلغ حوالي 2.5 ميل، حيث يمكنه المشي والعودة إلى محطة الشحن.

يبلغ متوسط ​​مساحة المربع السكني في المدينة 330 × 660 قدماً، ومحيطه 1,980 قدماً. هذا يعني أن روبوت سبوت واحد يمكنه السير حول مسافة قصوى تبلغ 13.3 مربعاً سكنياً (أي ما يعادل حوالي 8 كيلومترات قبل الحاجة إلى الشحن، ويجب أن يكون مسار الروبوت مُحسّناً تماماً حتى لا يتراجع ويعود إلى محطة الشحن)، أو 6.67 مربعاً سكنياً إذا احتاج إلى العودة إلى محطة الشحن (وهذا لا يشمل استهلاك الطاقة الإضافي لتشغيل أداة الالتقاط والذراع والوزن الإضافي للنفايات الملتقطة، وبافتراض أن سبوت يتحرك بأقصى سرعة طوال 90 دقيقة).

تضم مدينة بوسطن 581 مربعاً سكنياً، لذا لجمع النفايات في جميع أنحاء المدينة، ستحتاج إلى ما بين 44 و88 روبوتاً بناءً على الأرقام المذكورة أعلاه، وبتكلفة 75,000 دولار أمريكي للروبوت الواحد، ستتراوح التكلفة بين 3.3 و6.6 مليون دولار أمريكي. لشراء عدد كافٍ من الروبوتات لتغطية منطقة وسط مدينة بوسطن.

تبلغ الحمولة القصوى لروبوت سبوت 14 كجم، موزعة بالتساوي على ظهره. يزن 3 أقدام مكعبة من النفايات (ما يكفي لملء كيس قمامة نموذجي سعة 20 جالونًا) في المتوسط ​​20 رطلاً أو 9 كجم، لذا يمكن لروبوت سبوت واحد حمل أقل من كيس ونصف ممتلئ من النفايات قبل أن يعجز عن حمل المزيد.

إذا عملت الروبوتات على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، مع فترة توقف واحدة فقط لدورة شحن مدتها ساعة واحدة، وقام كل منها بإزالة 14 كجم من النفايات كل 90 دقيقة من وقت التشغيل، فسيكون كل روبوت قادراً على إزالة حوالي 50,000 كجم من النفايات في عام واحد (دورة نفايات واحدة = 14 كجم / 2.5 ساعة، 8,760 ساعة / سنة).

تزيل إدارة الأشغال العامة في مدينة بوسطن 260,000 طن من النفايات في السنة، أو 260 مليون كجم. يمكن لـ 88 روبوتًا من نوع “سبوت” إزالة 4.4 مليون كيلوغرام من النفايات في عام واحد، أي ما يعادل 1.7% تقريباً من كمية النفايات التي تنتجها المدينة سنوياً.

ولإزالة نفس الكمية التي تتخلص منها المدينة حالياً بدون روبوتات، ستحتاج بوسطن إلى 5,200 روبوت يعمل دون توقف (بتكلفة 390 مليون دولار أمريكي).

يبلغ العمر الافتراضي المتوقع لبطارية “سبوت” 500 دورة حتى 80% من سعتها، وتبلغ تكلفة استبدالها 4,620 دولاراً أمريكياً وفقاً لموقع “بي دي”. وتستغرق سنة واحدة من الخدمة المستمرة 3,504 دورات بطارية (8,760 ساعة/سنة ÷ 2.5 ساعة/دورة)، لذا سيحتاج كل روبوت إلى 7 بطاريات سنوياً، مما يمثل تكلفة إضافية قدرها 32 ألف دولار أمريكي لاستبدال البطاريات لكل روبوت، وتتراوح التكاليف السنوية المتكررة بين 1.5 و2.8 مليون دولار أمريكي لاستبدال بطاريات الروبوتات فقط.

لذا، في السنة الأولى، ستبلغ التكلفة ما بين 4.8 و9.4 مليون دولار، بالإضافة إلى 1.5 و2.8 مليون دولار سنوياً بعد للبطاريات فقط، دون أي استبدال أو صيانة أخرى، وذلك لإزالة 1.7% من النفايات التي تحتاج إلى التخلص منها في المدينة.

هل هذا ممكن؟ نعم؟ هل هو عملي؟ لا. تبلغ الميزانية التشغيلية لمكتب شوارع بوسطن بأكمله (الذي يشرف على التخلص من النفايات الصلبة في المدينة) للسنة المالية 2023 حوالي 2.5 مليون دولار، لذا فإن هذا الاستثمار سيُفاقم هذه التكلفة ولن يُعتمد أبداً.

المصدر: صحيفة صدى