Intelligenza artificiale e robot per recuperare rifiuti elettronici

Uno studio tedesco combina diverse tecnologie avanzate per smontare e recuperare metalli e terre rare dai rifiuti elettronici, che diventano sempre più abbondanti

Sempre più dispositivi elettronici nelle nostre vite, sempre più rifiuti elettronici, a causa dei problemi di vita ridotti di batterie e device. Al problema primario se ne aggiunge un altro secondario, ma di certo non meno importante: le materie prime preziose non vengono recuperate e riciclate.

Nel 2019, sono state generate quasi 54 milioni di tonnellate di rifiuti elettronici in tutto il mondo. Entro il 2030, la produzione annuale globale di rifiuti elettronici potrebbe arrivare a 74 milioni di tonnellate. Ad oggi oltre l’80% degli e-waste finisce nelle discariche o negli inceneritori, senza che metalli o terre rare di valore siano riutilizzati, mentre sostanze chimiche e inquinanti si disperdono nell’ambiente.

La soluzione del Fraunhofer al problema

Dal prestigioso centro di ricerca tedesco, il Fraunhofer Institute for Factory Operation and Automation IFF, il progetto, iDeaR, sta cercando di affrontare il problema, sviluppando soluzioni ad hoc per lo smantellamento e riciclaggio delle apparecchiature elettriche.

“Intendiamo rivoluzionare lo smontaggio dei rifiuti elettronici. Le soluzioni attuali richiedono una progettazione sostanziale e sono limitate a un particolare gruppo di prodotti. Nel progetto iDEAR, stiamo perseguendo una metodologia basata sui dati in modo che la più ampia varietà di prodotti, dai computer ai microonde agli elettrodomestici, possa essere smontata in tempo reale con poca progettazione“, le considerazioni di José Saenz, responsabile del gruppo Assistive, Service and Industrial Robots.

Cosa prevede il progetto

Nel progetto iDEAR, acronimo di Intelligent Disassembly of Electronics for Remanufacturing and Recycling, i ricercatori del centro tedesco uniscono diversi metodi e tecniche di metrologia, robotica e IA in un sistema per processi di smontaggio automatizzati per stabilire un sistema di gestione dei rifiuti certificabile e a circuito chiuso.

• Identificazione automatizzata di assemblaggi mediante tecnologia di misurazione ad alta precisione che rileva etichette o marcature e ordina diversi componenti. La metrologia spettrale può essere utilizzata per identificare singoli materiali o plastiche, insieme ad algoritmi di apprendimento automatico e IA con cui è possibile riconoscere e classificare materiali e componenti in base ai dati dei sensori e ai dati spettrali.
• Smontaggio automatizzato mediante robotica: l’elevata precisione e velocità dei sistemi robotici durante lo smontaggio porta a un migliore recupero di materiali e componenti. Rispetto ai metodi di smontaggio convenzionali, i processi robotici per l’estrazione e il recupero dei materiali possono far risparmiare tempo, denaro e risorse.
• Modelli aziendali, ecosistemi e catene di fornitura: esaminiamo il ciclo di vita dei rifiuti elettronici dalla raccolta al riciclaggio per migliorare la trasparenza dei flussi di rifiuti elettronici. Stiamo anche studiando gli aspetti energetici del riciclaggio per utilizzare al meglio l’energia dei materiali residui che non possono essere riutilizzati in nuovi prodotti.

Come avviene recupero e riciclo dei rifiuti elettronici

Il primo passaggio, dopo la consegna dei prodotti elettronici, è l’avvio del processo di identificazione e analisi delle condizioni, dopodiché i sistemi di sensori ottici e telecamere con algoritmi di IA scansionano le etichette con informazioni sul produttore, il tipo di prodotto e il numero, rilevano i tipi e le posizioni dei componenti, esaminano geometrie e superfici, valutano le condizioni degli elementi di fissaggio, come viti e rivetti, e rilevano anomalie.

Tutto questo avviene anche grazie alle “metrologia ottica che aiuta a scansionare le etichette e a ordinare diverse parti, come le viti, ad esempio. Algoritmi di apprendimento automatico precedentemente addestrati e AI interpretano i dati delle immagini e consentono l‘identificazione e la classificazione di materiali, plastiche e componenti in tempo reale in base ai dati dei sensori e spettrali“, spiega Saenz.

Le operazioni robotiche autonome

L’esempio della vite. Se fosse nascosta o arrugginita, i dati sono archiviati in un gemello di disassemblaggio digitale, che fornisce informazioni utile sulla procedura o ne tiene memoria per future azioni su device uguali.

Successivamente viene definita la sequenza di smontaggio in modo che il software possa determinare se eseguire uno smontaggio completo o concentrarsi sul recupero di componenti specifici e preziosi; informazioni trasferite al robot che per procedere cambia ogni utensile necessario tra i singoli passaggi e compie diverse azioni: avvitare, sollevare, tagliare, estrarre, localizzare, riposizionare, rilasciare, spostare leve, piegare, rompere e tagliare fili, in modo del tutto autonomo.

Azioni talmente complesse che il robot è riuscito anche a rimuovere una scheda madre da un computer.

Vantaggi e difficoltà

Non è semplice recuperare materiali e parti senza danneggiarle, perché molti dispositivi – specialmente i più piccoli – non sono costruiti in un’ottica di recupero ed economia circolare, per cui spesso il recupero sembra impossibile, specialmente quando gli assemblaggi sono realizzati in materiali compositi e sono collegati tra loro tramite viti, leve, clip o adesivi in ​​modo tale che siano difficili da separare.

Quel che è importante sottolineare è che il recupero di materiali da apparecchiature elettroniche non è solo ecologico, ma ha anche senso dal punto di vista economico. I componenti elettronici (schede elettroniche, contatti, interruttori) contengono metalli preziosi come oro, argento, platino e palladio. Le cosiddette terre rare si trovano in magneti, batterie o display. Il riciclaggio è particolarmente utile in questo caso, perché le terre rare sono disponibili in quantità sufficienti in tutto il mondo, ma spesso solo in piccole quantità. In quasi tutti i casi, il riciclaggio dei metalli richiede fondamentalmente meno energia rispetto all’estrazione e alla lavorazione di materie prime primarie.