“在美國弗吉尼亞州的垃圾回收中心，兩個蜘蛛狀的、重達300磅的機器人正在一排排的垃圾中進行分類。”
“其中一個機器人依靠它‘長腿’上的計算機視覺檢測可回收物，它從傳送帶上扯下一大塊藍色塑料，而另一個機器人則從傳送帶上吸起一個舊水瓶。然后，機器用夾鉗將這些碎片放入分揀箱。”
這是老牌媒體福布斯近期起底垃圾分類機器人公司AMP Robotics時所寫道的文字。
福布斯的報道中寫道：AMP在美國部署了600多個垃圾回收設備，能處理約6700萬噸垃圾，這些長著“長腿”的機器人是解決垃圾分類行業面臨招工難、效率低等瓶頸的措施之一。
▲AMP公司的蜘蛛狀機器人每分鐘可以對80片廢棄物進行分類，是員工分類效率的兩倍
“垃圾分類”逐漸成為了全世界共同關注的話題，作為人口大國，我國對垃圾分類實施的舉措也從2019年開始興起。
2019年7月1日，上海施行了《上海市生活垃圾管理條例》，后來包括北京、天津、重慶等在內的各大城市都在逐步嚴抓垃圾分類。
“面包是濕垃圾，用過的濕巾是干垃圾，一杯沒喝完的奶茶需要把吸管、紙杯、珍珠、奶茶分別倒入不同的垃圾桶……”，因此要準確實行垃圾分類確實是個不小的難題。每當面對著一排彩色的垃圾桶時，我就分外想擁有“瓦力”（《機器人總動員》電影中地球上最后一個垃圾機器人）來幫助我進行垃圾分類。面對垃圾分類的難題，甚至一個稱為“代扔垃圾”的新興職業“火”了起來：上門收垃圾，一元一次，包月也行。
▲“瓦力”進行垃圾分類 來源：電影《機器人總動員》
當然，人類為了在環保的前提下不用特意區分不同垃圾，早就開始想辦法了。
早在2012年，芬蘭的ZenRobotics公司就公開了其首款垃圾分類機器人ZenRobotics，并在2017年推出了一種基于視覺判斷的垃圾分類機器人Next Generation ZenRobotics Recycler。近幾年，美國、日本也紛紛涉足垃圾分類機器人領域，經過幾年的技術積累，包括AMP Robotics在內的多家公司產品已經開始落地使用。
▲國外部分垃圾分類機器人舉例
國外垃圾分類機器人市場如火如荼，但主流的分揀機器人設備廠商依靠技術壟斷獲取收益，單臺設備的價格通常都在人民幣500萬~1000萬元之間。
之前國內這一領域機器人市場還一片寂靜，直到近兩年，國內的垃圾分類機器人才逐漸露頭甚至開始落地，而且性能不輸國外。
▲來自廣東弓葉科技的生活垃圾智能分揀機器人Picking AI正在進行垃圾分揀 來源：鳳凰視頻
國外的垃圾分類機器人普遍集中于處理站的垃圾分類，國內能在哪些垃圾處理環節實現垃圾分類？國內的垃圾分類機器人靠譜嗎？
對此，智東西通過深入調查發現，目前我國垃圾分類機器人覆蓋了垃圾收集和中轉站分揀階段，并且國內針對這一領域機器人的研發階段不同，一類已經在現實場景中落地使用，一類已經推出但仍未落地，還有一類則出身于高校。
▲國內部分垃圾分類機器人
一、從“源頭”到“末端”，垃圾分類或將實現無人化
國際上垃圾分類機器人的工作幾乎都覆蓋在垃圾收集后進入垃圾場的階段，機器人通過機器視覺或大數據將垃圾分類，再通過機械臂抓手或吸盤將不同類別的垃圾裝入各自的垃圾桶內。
目前我國大部分的垃圾分類機器人具備的功能也在這一范圍內，但不止局限于此，部分已落地機器人的功能更是覆蓋到了垃圾收集的前端場景。
▲我國垃圾處理三種方式對比 來源：環保在線
1. 落地北京大興的人工智能分揀機器人
今年在北京大興落地的，就是首個應用于混合垃圾中轉站的國產人工智能分揀機器人。
▲北京大興人工智能垃圾分揀機器人在垃圾中轉站現場
垃圾到達這個中轉站后不會直接被運去填埋或焚燒，而是讓智能機器人將其中的可回收物分揀出來，并對其中的高值可回收物和低值可回收物進行精準分類，剩余大約30%不可回收的垃圾才會被進行填埋或焚燒處理。
這臺中國制造的垃圾分類機器人叫做“Picking AI”，來自于廣東弓葉科技，是一個人工智能分揀機器人，搭載了弓葉科技包括深度學習、AI算法、大數據分析、機器人控制以及云平臺等多項核心技術。
從正面來看，“Picking AI”呈外八字狀，這種結構可以減少機器人因告訴運動而產生的振動；從側面來看，它呈長方形，這樣的結構可以確保多臺機器人能夠無縫拼接。
機器人與機器人之間共用一個大腦，前端內置視覺系統，類似于人的眼睛一樣對物料進行識別，如果碰見沒見過的物料，它還能通過大數據訓練機器人加以識別。大腦還內置“空調”，確保內部始終能夠保持恒溫工作。
▲弓葉科技自主研發的人工智能軟件對垃圾進行分選
這個機器人針對不同類別的垃圾配備吸取和抓取兩種分選方式，是對前端機械物理篩分方式的一個智能化補充，能夠7x24小時不間斷工作，可以保持每分鐘85~95次的分揀效率，是人工分揀效率的2~3倍。在惡劣的環境下進行如此高強度的工作，這是普通工人所無法承受的。
“Picking AI”不僅可以將不同材質的廢棄物分成玻璃、易拉罐、衣服、鞋子等20多種可回收物，還能挑出廢紙中的塑料袋、塑料膜等雜志以及分揀二維物體，能夠大大提高廢紙回收再利用的純度。
不僅如此，“Picking AI”還具備強大的遷徙學習能力，可以通過云端大腦，與部署在各地的機器人實現數據共享和遠程智能提升。
例如部署在北京的機器人可以向部署在浙江、上海等地的機器人學習，還能互相“交流”垃圾分揀經驗。
▲Picking AI工作流程
除了“Picking AI”，弓葉科技還有一款叫做“Picking Easy”的建筑垃圾智能分揀機器人，可以從建筑垃圾中挑選出殘次品，提升建筑垃圾回收利用的價值。
▲Picking Easy進行建筑垃圾分揀 來源：鳳凰視頻
▲弓葉科技兩款垃圾分類機器人性能參數
2. 現身杭州的特殊“環衛工”
“我是201號環衛機器人，請自覺保持環境衛生，不能亂扔垃圾哦！”
這句溫馨提示來源于浙江杭州江干區街道上的一個特殊“環衛工”——自主訓練垃圾分揀機器人。
▲江干區街道上的垃圾分揀機器人 來源：江干發布
這個機器人是由江干區城管局和浙江博城機器人科技有限公司聯合開發的。它的外觀黑白相間，長寬高大約都在1米左右。
大到可樂罐或礦泉水瓶，小到煙頭或紙巾，機器人都能經過“手臂”抓取后準確投放在標有“其他垃圾”或“可回收物”字樣的垃圾箱中，識別精度可達98%，每天持續工作8小時，可以拾取35斤左右的垃圾。
博城機器人技術總監張少波說，這款機器人用于垃圾處理的前端階段，可以在大型的清掃車大面積清掃一遍后替代人工巡檢，在一些路段、公園、廣場等地識別零散垃圾，分類撿起來再集中處理。
這個機器人應用了視覺學習、導航定位等前沿技術，還可以通過大數據收集信息，為后續的城市環衛工作提供大數據分析，有效規劃分配環衛資源。
江干區城管局的相關負責人稱，為了實現自主巡邏，技術人員在實現機器人避障的基礎上，加配了差速轉向輪，能夠讓它在非機動車道自如行駛穿梭。此外，通過后臺，技術人員還能提前設置它的行駛路線，以及記錄沿途拾取的垃圾照片和視頻。
目前，江干區已經投放了兩臺垃圾分類機器人，能夠代替4~6名環衛工人的基本工作。
此外，博城機器人公司還有一款智能視覺垃圾識別分揀機器人，用于垃圾處理的后端流程，替代人在相對惡劣的工作環境下完成垃圾最終的分類處理。這款機器人今年也首次在杭州落地使用。
▲博城機器人的智能視覺垃圾識別分揀機器人 來源：環保在線
有了這些機器人的幫助，未來廢棄物回收工作將完全有可能實現無人化，從而解決垃圾分揀中心長期存在的人員短缺問題，大大減少因為疲勞造成的人工分揀誤差，提高垃圾分揀的效率。
二、展會亮相的垃圾分類機器人，資源利用率能大幅提高
國內垃圾分類機器人這一領域剛剛起步，實際落地的產品并不多，但有很多產品已然從各大展會開始紛紛亮相。
1. ABB與華為合作打造AI垃圾分類工作站
這個垃圾分類機器人嚴格上不能說是純“國產”，它是由全球500強企業ABB和華為合作研發的AI垃圾分類工作站，今年在中國國際服務貿易交易會（服貿會）會場中亮相。
▲ABB與華為合作打造AI垃圾分類工作站 來源：中新網
從垃圾的傾倒、傳送到分類一氣呵成，兩只機械臂可以在4秒左右完成一次分揀，投放垃圾準確率高達98%……這些數據無一不證實著“大廠”的實力。
ABB（中國）公司研究院楊洋博士介紹說：“這是一套基于人工智能的垃圾分揀系統。當垃圾通過燈箱，攝像頭會對于傳送帶上的垃圾進行拍照，圖片會傳送到機器內部內置的AI加速芯片上。利用人工智能的目標檢測算法，對圖片當中的垃圾種類以及它的坐標進行推理，推理結果傳送給機器人，機器人再將垃圾拾取、投放到相對應的垃圾桶里。”
據了解，這一整套系統背后集成了邊緣計算、云計算、機器人自動化等前沿技術的綜合運用。
機器人經過訓練會后，能夠對垃圾進行準確的分類，從而實現整個垃圾識別和分揀過程的自動化和自主化。
目前這套垃圾分揀系統尚未投入市場，但從其僅需要100毫秒的推理時間可以看出，它的日處理能力相當可觀。
2. 模塊化智能資源分揀，干濕分離很重要
在今年的科博會和環博會上，來自北京安麒智能的模塊化智能資源分揀機器人也吸引了不少人的眼球。
▲安麒智能的模塊化智能資源分揀機器人亮相科博會
不規則的木頭、磚頭，各式各樣的塑料瓶、易拉罐等源源不斷被送上傳送帶，設備正上方的機器人通過攝像頭“眼睛”一掃，識別出來物體的大小、特征，“大腦”通過迅速判斷，張開機械手，把垃圾抓起，分類放到不同的箱子里。
▲安麒智能的塊化智能資源分揀機器人正上方的攝像頭識別物體
一連串流暢的動作也是這個機器人性能的體現。據安麒智能公司總經理李高強稱，這款機器人每小時能抓取2400次，相當于抓取一次僅需1.5秒。
無論是50厘米長的大塊木頭還是10厘米長的易拉罐，只要在機器人的抓取范圍內，這個機器人都不會放過任何一個物體。在抓取重量上，這個機器人目前的最大抓取重量能夠達到20斤。
從2017年開始，安麒智能的團隊在選擇踏入人工智能機器人領域時就選擇了當時的“冷門”產業——垃圾分類。
李高強認為：“混雜的是垃圾，分開的就是資源。通過把機器人編組，將6個機器人組成一套裝修垃圾智能分揀處置線，有的揀木頭、有地揀混凝土，就可以實現每年15萬噸的裝修垃圾資源化精細分揀規模。”
此外，安麒智能對垃圾分類的干濕分離非常重視。李高強說，如果生活垃圾在前端能夠做好干濕分離，就能產生70%~80%的資源。這樣的話濕垃圾可以拿去堆肥，干垃圾通過轉運站還可以進行分類再利用。
三、高校創意垃圾分類機器人不止局限于模型
在2019年舉辦的世界機器人大賽中，河北農業大學的學生展示了他們僅用兩周提出創意，并設計制作完成的垃圾分類機器人模型。
▲河北農業大學學生設計制作的垃圾分類機器人模型
按照他們的設計，小區內只需要擺放一種大的垃圾桶，居民們提前將垃圾分好類并裝入不同顏色的垃圾袋內，最后全部丟進一個垃圾桶即可。
盡管這一設計相對簡易，但其理念已與中轉站的垃圾分類機器人無二。
除了模型實驗類的概念機器人，上海交大中英國際低碳學院固體廢棄物資源化技術與智能裝備團隊研發了超視覺垃圾分揀機器人于今年亮相。
▲上海交大的超視覺垃圾分揀機器人
這款超視覺垃圾分揀機器人能夠高精度分揀不同品類的干垃圾，通過CCD視覺、激光視覺、近紅外視覺等識別傳感器相耦合，綜合判斷目標物的顏色、形狀、紋理等外部特征和材質等內部特征，實現垃圾精準定位與細分判別。
而后，機械臂會迅速抓取傳送帶上的廢棄物，在判斷其類別后準確放入對應的收集器內 。
這臺機器人的最高分揀速度達到每小時5400次，能每天24小時連續工作，分類準確率高達95%。此外，其生產線上每套設備布置兩個機械手，相當于代替54個分揀工人的工作量。
這一項目的負責人李佳算了一筆賬，他說：“如果每臺設備每天正常工作20小時計算，可挑揀200噸垃圾，挑中率按照90%計算，可挑選紙類3.6噸，塑料類18噸，玻璃1.8噸，可使垃圾減量約10%，減少垃圾分類管理費用約1萬元（每噸400元計算），回收物料價值6.8萬元，每天為客戶提高收益共計7.8萬元。”
目前，這款機器人已進入產學研技術推廣階段，團隊將與國內環保頭部企業對接合作與共同開發，盡快推進市場應用。
四、破除“表面功夫”，“機器人”或成垃圾分類好幫手
自從上海打響了國內嚴格實施垃圾分類的“第一槍”后，國內主要的大城市對垃圾分類的重視程度也越來越高，但依舊不可避免“理想很豐滿，現實很骨感”的現狀。
政策上，我國住建部要求：到2020年底，全國46個試點城市要基本建成垃圾分類處理系統。國家發改委等機構印發的《城鎮生活垃圾分類和處理設施補短板強弱項實施方案》也表明我國2020年要全面實行生活垃圾分類處理、處置目標。
發改委、住建部發布《“十三五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃(征求意見稿)》還提出，到2020年底，直轄市、計劃單列市和省會城市(建成區)生活垃圾無害化處理率達到100%；直轄市、計劃單列市和省會城市垃圾得到有效分類，城市生活垃圾回收利用率達到35%以上。
如今，2021年已經開啟，多省市垃圾分類系統及生活垃圾無害化處理已達要求。
垃圾分類政策的落實從各省市傳達到社區再傳遞到個人，以北京市部分小區為例，除了居委會經常和居民強調“垃圾分類”知識外，社區阿姨有時還會在小區門口立張桌子，讓每家住戶填寫垃圾分類保證書。
但實際上，且不論小區經常存在類似面向馬路的垃圾桶是一排“分類垃圾”的彩色垃圾桶，背對馬路的是一整排“其他垃圾”的黑色垃圾桶，或是不同種類垃圾桶內的垃圾最終還會倒進同一個垃圾車這種“表面功夫”行為，就算每個人都有垃圾分類意識，但要讓所有人把每樣垃圾都精準區分也是一個不小的難題。
除此之外，垃圾回收也是一項大工程，如果只注重對所有垃圾進行無害化處理而相對忽視了可回收垃圾的再利用環節，也會造成很大的資源浪費。
再從垃圾總量和人員分配上看，我國許多城市人均生活垃圾產量已經超過了每人每天一公斤的水平線，目前我國城市生活垃圾年產生量過億噸，占世界垃圾總產生量的26.5%，且每年以8%~9%的速度增長。
▲2010-2019年中國城市生活垃圾產生量統計情況 來源：靈動核心信息咨詢
2019年全國337個一至五線城市的生活垃圾生產量達約3.43億噸，預計2020年中國城市垃圾產生量達3.6億噸。
▲2019年中國生活垃圾重點城市產生量分布情況 來源：靈動核心信息咨詢
垃圾的產生數量正在飛速增長，但環衛工作卻面臨著“招工難”的現狀。此外，按照正常的工作量來算，人工分揀垃圾每人每天只能處理150公斤到300公斤垃圾，并且這份工作對人體的傷害也極大。
種種原因表明，推行“垃圾分類”非常有必要，但要真正達到想要的垃圾分類效果要比想象中難得多，而垃圾分類機器人或許能夠成為人類推行垃圾分類的好幫手。
五、結語：機器人助力垃圾分類自動化
從杭州街道拾取垃圾并分類的機器人，到北京垃圾中轉站使用機器視覺技術和機械臂將傳送帶上的垃圾分類，讓人苦惱的垃圾分類從“源頭”到“末端”各環節正在逐漸趨于自動化。
使用機器人進行垃圾分類不僅能夠減少有害垃圾對人類員工身體的損害，還能極大提高垃圾分揀效率，提高可回收垃圾的利用率。
隨著我國對垃圾分類不斷重視，我們也希望未來科技能夠為垃圾分類出一份力，通過人工智能技術讓人們了解垃圾的分類方式，通過機器人技術進行垃圾更精準的分類，以提高可回收垃圾的利用率。
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