Sapevi che c'è una probabilità del 25% di morire a causa dell'inquinamento ambientale? Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità, circa 12,6 milioni di persone - ovvero una su quattro nel mondo - muoiono perché vivono o lavorano in condizioni malsane. Inoltre, il degrado ambientale incide gravemente sulla qualità della vita in generale e sull'equilibrio dell'ecosistema terrestre attraverso la perdita di foreste, spazi aperti, ambienti marini e biodiversità. La relazione tra le nuove tecnologie e la situazione climatica mondiale è di solito parlata solo in modo negativo. Più la temperatura cambia, più il mondo intorno a noi cambia e più le persone incolpano la tecnologia moderna: ciò è dovuto a effettive violazioni delle regole del settore, clamore mediatico e pregiudizio. Sebbene i progressi tecnologici e l'industrializzazione abbiano storicamente contribuito a tali problemi, le ultime tecnologie, dai robot e dall'intelligenza artificiale alla biotecnologia, ci aiuteranno anche a creare industrie più sane e pulite a vantaggio sia delle persone che del pianeta.
Robot ambientali
Uno sguardo alle questioni ambientali mostra che ci sono anche aree in cui i robot potrebbero svolgere un ruolo fondamentale. I ricercatori stanno sviluppando robot più ecologici per aiutare l'umanità in una varietà di attività critiche. Naturalmente, la scala di applicazione dei robot intelligenti dipende da quanto sia economico produrli e farli funzionare. Il costo dei circuiti elettronici è in costante diminuzione e il consumo energetico dei componenti dei circuiti a stato solido è carente. Allo stesso tempo, la necessità di risolvere i problemi ambientali sta diventando sempre più urgente.
Robot e acqua
Tuttavia, ci sono anche situazioni in cui i robot e la natura interagiscono senza danni e, al contrario, aiutano anche l'uomo a migliorare la situazione attuale. Ad esempio, dalla fine di giugno 2021, scienziati e ricercatori utilizzano droni con un attacco speciale. Aiuta a rendere più facile e veloce il campionamento dell'acqua nei fiumi e nei bacini idrici. Quando il campionamento dell'acqua deve essere eseguito su una vasta area, gli specialisti trascorrono molto tempo e questo strumento consente di risparmiare ore. L'ugello è un supporto lungo per una bottiglia aperta che scende sul fondo e quindi invia un tag GPS agli scienziati. Aiutare a esplorare gli spazi acquatici è una delle funzioni principali delle invenzioni moderne. È senza dubbio perché una cosa del genere è difficile per gli umani, a volte anche impossibile. Ad esempio, come studiare il fondo dell'oceano? Decine di metri di profondità e la luce del sole non penetra attraverso lo spessore. Per tali compiti vengono utilizzate navi autonome di ricerca. Speciali oceanografi robotici possono percorrere migliaia di killometri da soli. Grazie a loro, vengono mappate le informazioni sulla topografia del fondale oceanico. A volte tali robot svolgono un'altra funzione ed esplorano il mondo sottomarino, fornendo alle persone informazioni sulle creature acquatiche. È così che gli ingegneri italiani hanno creato il "granchio": esplora la topografia del fondale, interagendo con l'ambiente circostante: pesci, coralli, molluschi. Le informazioni ottenute sono utili per gli scienziati: geologi, ecologisti e biologi marini.
Robot che combattono l'inquinamento idrico
Le Nazioni Unite stimano che dall'80 al 90% delle acque reflue venga scaricato nell'ambiente senza trattamento. Il 40% della popolazione mondiale soffre di carenza di acqua dolce. I bacini idrografici ospitano circa 1,7 miliardi di persone e 700 milioni di persone non hanno accesso all'acqua potabile. Se non si fa nulla, questo numero salirà a 5 miliardi entro il 2030, rappresentando i due terzi della popolazione mondiale.
I microrganismi come fonte di energia
L'essenza di questo sviluppo è la creazione di un robot pagaia in grado di assorbire la materia organica e purificare l'acqua. È progettato per assomigliare a uno scarabeo d'acqua. Tutti e quattro gli arti del dispositivo sono dotati di galleggianti, che ne impediscono l'affondamento e aiutano a mantenere un livello stabile dell'acqua nella cella a combustibile. Il galleggiamento nell'acqua è fatto da una coppia di "remi" azionati da microscopici motori elettrici. Ambito di applicazione: pulizia di stagni con acqua dolce e salata, pozzi di scolo e scarichi fognari. Il dispositivo funziona in modo autonomo, poiché le celle a combustibile utilizzano l'energia del metabolismo dei microrganismi. L'acqua sporca viene fornita alla cella a combustibile; dopo l'elaborazione, l'acqua pulita viene versata attraverso i lembi. La potenza di 1,8 J generata durante un ciclo è immagazzinata in un condensatore elettrico. 1 J di energia è sufficiente per consentire al robot di percorrere una distanza di 20 cm e i restanti 0,8 J possono essere utilizzati per alimentare i sensori e l'elettronica di controllo.
Un Garbage Collector multiutente basato sul Web
Questo robot è stato creato esplicitamente per la prima volta per ripulire il fiume Chicago dalla spazzatura. Secondo gli sviluppatori, gli utenti possono controllare il robot attraverso un sito web. In generale, il processo assomiglia a un gioco online ma nella realtà esegue azioni benefiche. Secondo l'idea dei creatori, chiunque può controllare a distanza il robot in tempo reale attraverso il sito web e raccogliere così immondizia dal laghetto e accumularla in appositi contenitori. Quando i serbatoi sono completi, il robot torna al terminal di base, dove la spazzatura viene scaricata e preparata per un'altra nuotata. Il robot è dotato di localizzazione GPS e di una fune di sicurezza per prevenire allagamenti.
Oceani senza detriti di plastica
Un robot per la pulizia dell'acqua come questo è una nave autonoma il cui compito è raccogliere la spazzatura dai fiumi prima di entrare nei mari e negli oceani. La spazzatura è distribuita uniformemente su più contenitori. Quando tutti i contenitori sono completi, il robot invia un messaggio di testo agli operatori locali di raccolta dei rifiuti. Una batteria agli ioni di litio alimenta il dispositivo e può raccogliere più di 50mila chilogrammi di rifiuti al giorno. Il dispositivo è connesso a un sistema cloud, che monitora le prestazioni, il consumo energetico e le condizioni dei componenti. Tali robot sono installati sul fiume a Tangerang (Indonesia) e Klang (Malesia). Entro il 2025, lo sviluppatore prevede di pulire 1.000 fiumi, che rappresentano fino all'80% dell'inquinamento degli oceani causato dai rifiuti di plastica.
Ricerca integrata sull'acqua
Alcuni tipi di droni eseguono studi di dati oceanografici e climatici in modalità autonoma. Il dispositivo utilizza l'energia delle onde per la propulsione e l'energia solare per i sensori e i calcoli di bordo, consentendogli di trascorrere molti mesi nell'oceano senza carburante. Il sistema è costituito da un galleggiante in superficie, un tubo flessibile di 8 metri e un sottomarino. È possibile installare sensori aggiuntivi per missioni di scienze marine, commerciali e di difesa.
I robot come fonti di energia rinnovabile
L'intera quantità di energia solare assorbita dall'atmosfera, dalla terra e dalla superficie oceanica ogni anno è stimata in circa 3.850.000 exajoule (EJ). Le onde come fonte di energia sono attraenti perché funzionano continuamente. Possono essere utilizzati nell'80% delle più grandi città e isole costiere del mondo. Complessivamente, il potenziale energetico delle onde è stimato a 29.500 terawattora all'anno, ovvero il 125% dell'attuale consumo di elettricità nel mondo.
Fonte di alimentazione per una macchina a moto perpetuo
La piattaforma offshore modulare può generare energia rinnovabile dalle onde, dal vento e dal sole. Il design può funzionare in tutte le condizioni atmosferiche. I generatori di onde sono dotati di pannelli solari e turbine eoliche. Secondo l'idea degli ingegneri, la piattaforma pesante si muove appena quando le onde colpiscono e tutta l'energia va ai galleggianti in movimento. L'ampiezza del loro movimento raggiunge i 3 metri, quindi il sistema raccoglie la potenza delle onde da 2 a 6 metri di altezza, trasformando la direzione dei galleggianti in elettricità. Ambito: generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili; in futuro, il progetto diventerà un sostituto naturale delle centrali elettriche che utilizzano combustibili fossili.
Ocean Energy - generatori di energia per aree remote
I sistemi di energia oceanica per convertire l'energia delle onde del mare in elettricità possono essere utilizzati su isole dove non c'è spazio per la costruzione di impianti eolici o solari. L'impianto è una vasta boa del peso di 826 tonnellate che genera 1,25 MW di energia. Questo è abbastanza potere per alimentare una comunità di 18.000 case e impianti di desalinizzazione e allevamenti di pesci e gamberetti. Gli esperti di Bloomberg affermano che progetti simili aumenteranno nel prossimo decennio.
Robot a terra
Se prendiamo l'esempio "dalla superficie della terra", sono stati sviluppati cani robot che esplorano le aree boschive. Le telecamere integrate e la trasmissione di immagini possono trasmettere informazioni su potenziali fonti di incendio e altre minacce. Micro-robot e soft robot si integrano perfettamente nell'ambiente circostante e aiutano a esplorare il mondo che li circonda. A volte vengono utilizzati anche per la riparazione di altre attrezzature: grazie alla loro plasticità e alle ridotte dimensioni, possono entrare nelle costruzioni interne e trasmettere la loro condizione a specialisti. Gli sviluppi non si fermano: scienziati e specialisti di tutto il mondo lavorano costantemente a nuove invenzioni che potrebbero sostituire gli esseri umani in situazioni pericolose, salvare le loro risorse e aiutare l'attuale crisi ambientale.
Robot che fanno crescere alberi
Il taglio regolare degli alberi porta ad un aumento della concentrazione di monossido di carbonio nell'atmosfera del 6-12%. Gli scienziati stimano che ogni anno sul pianeta vengono abbattuti più di 15 miliardi di alberi. Nello stesso periodo crescono solo 5 miliardi di alberi. Se non si fa nulla, le riserve forestali si esauriranno entro il 2300. L'uso della tecnologia robotica aiuterà a risolvere questo problema.
Un giardino idroponico autonomo
Gli sviluppatori vedono il progetto come un'alternativa ecologica all'agricoltura tradizionale. Il sistema robotico funziona ad energia solare e non vengono utilizzati fertilizzanti chimici. L'avanzata tecnologia idroponica si basa sulla circolazione dell'acqua in un circuito chiuso; il liquido viene riutilizzato e non inquina i corpi idrici naturali. Il robot sembra un camion a sei ruote. È dotato di una seminatrice per allentare il terreno duro. La vita utile stimata è di 35.000 ore, aree di applicazione: rimboschimento, piantumazione di vegetazione e lavori agricoli. Il dispositivo è in grado di piantare alberi su terreni accidentati e regioni abitate da serpenti e ragni velenosi. È inoltre in fase di sviluppo una nuova generazione di robot in grado di piantare mille alberi alla volta e utilizzare sistemi autonomi per seguire un percorso di semina preprogrammato.
Ingegneria del biocarbonio: ripristino dell'ecosistema planetario
L'introduzione di questa tecnologia mira a piantare foreste su larga scala. I droni espellono le capsule con i semi degli alberi germogliati e controllano il processo di crescita. Gli sviluppatori stimano che ogni giorno possono essere piantati fino a 36.000 alberi. Allo stesso tempo, il costo del lavoro rispetto ai metodi convenzionali si riduce dell'85%. I droni controllati dagli operatori vengono utilizzati per la messa a dimora in massa del territorio. Il primo passo è raccogliere informazioni sulla topografia e sulla qualità del suolo utilizzando droni che volano a 100 metri. Quindi, in base ai dati raccolti, il software seleziona il posto migliore per piantare gli alberi e genera una mappa di impianto. Il secondo gruppo di droni vola a 3 metri dal suolo, facendo cadere a terra capsule di nutrienti e semi (due al secondo). Le compresse sono in grado di penetrare nel terreno. Un drone contenente 300 capsule elabora 1 ettaro in 18 minuti.
Ripristino dell'ecosistema
L'essenza di questa tecnologia è anche la piantumazione in massa di alberi utilizzando i droni. La tecnologia prevede l'utilizzo di tali elementi: droni con contenitori per semi, capsule con semi pregerminati e uno smartphone responsabile del controllo dell'aereo. I droni raccolgono informazioni sull'area, quindi un programma informatico ne analizza i parametri (temperatura, tipo di suolo, quantità di precipitazioni, bisogni della popolazione locale) e sceglie il luogo più favorevole per lo sviluppo di un nuovo ecosistema. Gli sviluppatori affermano che tali robot possono ripristinare l'ecosistema 1.000 volte più velocemente e dieci volte meno rispetto ai metodi convenzionali. Due droni possono piantare alberi su un'area delle dimensioni di 1,5 campi da calcio in soli 10 minuti. Il costo per piantagione sarà di $ 0,11.
Robot per il monitoraggio ambientale
Robot unici possono esaminare il suolo e l'aria per rilevare le sostanze nocive, prevedendone gli effetti sul corpo umano e sull'ambiente. I dispositivi sono dotati di una rete di sensori e radici attivate, ciascuno con sensori, centraline e zone di estensione. Una delle radici è in grado di piegarsi in risposta ai segnali dei sensori, mentre l'altra mostra una crescita artificiale. Il tronco della pianta è di plastica, con all'interno un microcomputer. Le foglie sono dotate di sensori in grado di valutare le condizioni ambientali (temperatura, umidità, fattori chimici). I dispositivi possono essere utilizzati in diversi ambiti della vita, dal monitoraggio ambientale all'esplorazione dello spazio.
Monitoraggio del ciclo di vita dell'impianto in modalità in tempo reale
Le piattaforme sviluppate di monitoraggio delle condizioni delle piante e previsione della resa dotate di AI svolgono le funzioni di ottimizzazione delle condizioni delle colture e rilevamento delle fasi iniziali di deviazioni e malattie: raccolgono informazioni sulle condizioni climatiche e sulla crescita delle piante. Utilizzando sensori e software speciali, i volumi delle colture vengono calcolati con una precisione del 90% e le malattie delle piante con una precisione del 95%.
Fattorie agricole automatizzate
I sistemi robotici per la coltivazione di bacche e ortaggi sono in grado di funzionare tutto l'anno. Rispetto alle serre tradizionali, tali complessi consumano significativamente meno acqua (del 90%) ed elettricità (del 25%). Le dimensioni delle aziende agricole variano da 100 a 1 000 m2. La costruzione si basa su profili in alluminio e le singole unità e parti sono stampate su stampanti 3D. La macchina sa fare da sola buchi, semi di piante e piantine d'acqua.
Robot che uccidono i parassiti
L'aumento dei parassiti nei campi agricoli è giustamente considerato un problema centrale dell'ecologia moderna. Gli insetti parassiti sono responsabili del 12% delle perdite globali di colture per un valore di 157 miliardi di dollari all'anno.
Conservazione delle ecostrutture coralline
I robot drone sono progettati per proteggere le barriere coralline sottomarine da stelle marine e parassiti predatori (ad es. vermi marini). La Queensland University of Technology, Google e la Great Barrier Reef Foundation partecipano al progetto per sviluppare e implementare tali robot. Il robot è in grado di funzionare per otto ore senza ricarica. Il dispositivo identifica i parassiti con una precisione del 99,4%. La premessa di funzionamento è la stessa dei subacquei: il robot rileva la posizione del parassita e somministra un'iniezione mortale. Le barriere coralline non sono interessate. Il drone è progettato per essere economico e disponibile nella produzione di massa; può essere utilizzato da scienziati, attivisti e rappresentanti delle comunità locali.
Lotta ai parassiti senza prodotti chimici
Elicotteri speciali diffondono insetti o batteri benefici che uccidono i parassiti. In un volo di 13-14 minuti, il drone tratta un'area di 18-20 ettari. Utilizzando il GPS con una precisione di 20 cm, è possibile controllare la velocità di applicazione dell'entomofagia per ettaro, impostare un'applicazione continua o lanciare solo in determinati punti del campo. I voli vengono effettuati automaticamente senza pilota. Secondo le stime degli sviluppatori, la tecnologia consente di aumentare la resa del raccolto fino al 20%.
La puntuale uccisione degli insetti
Lo scopo di questa tecnologia è controllare gli insetti che mangiano e distruggono i raccolti (ad esempio falene, cicale bianche e coleotteri della patata del Colorado). È un'alternativa all'uso massiccio di pesticidi nocivi. Il drone pattuglia i campi, alla ricerca di insetti, e poi spara loro una carica di pesticida punto per punto. Assicura che il raccolto non accumuli sostanze nocive. Il dispositivo può essere utilizzato di notte quando gli insetti emergono da dove si nascondevano durante il giorno. Il drone viene avviato automaticamente. Oltre al cannone antiparassitario, il robot è dotato di telecamere termiche e a infrarossi e di uno scacciamosche elettrico.
Lotta alle emissioni nocive nell'atmosfera
Il sistema robotico per la distruzione dei rifiuti organici può elaborare fino a 5.000 m3/ora. Il dispositivo è costituito da un forno, un postcombustore a gas (che non lascia impurità nocive e rende le emissioni rispettose dell'ambiente) e uno scambiatore di calore (risparmia il consumo di gas durante la combustione dei rifiuti). Ambito di applicazione di tali robot: include petrolio, acciaio e altri settori, dove è necessario raggiungere gli indicatori ambientali richiesti per le emissioni nell'atmosfera.
Robot per la gestione dei rifiuti
La movimentazione dei rifiuti è un'area in cui vengono attivamente introdotte soluzioni robotiche. La Transparency Market Research stima che il mercato globale del riciclaggio della plastica crescerà del 6,8% all'anno nei prossimi otto anni. I robot vengono utilizzati per soluzioni complete ai problemi ambientali, la cui efficienza è un ordine di grandezza superiore a quella degli esseri umani. Ora si stanno introducendo soluzioni digitali in questo ambito, il cui compito è quello di smaltire i rifiuti industriali e domestici per combattere l'inquinamento del suolo, dell'acqua e dell'aria. Molti sviluppi sono già applicati in progetti internazionali volti a migliorare la situazione ambientale nel mondo (ad esempio, robot marini per il monitoraggio ecologico nell'Artico). Secondo gli esperti, tali misure aiuteranno nella formazione di ecosistemi sostenibili, aumenteranno la produzione delle imprese agricole e ridurranno l'impatto dannoso delle sostanze chimiche sul suolo e sulla salute umana.
Robot per il riciclaggio dei rifiuti
L'essenza di questa tecnologia è la creazione di apparecchiature robotizzate per il trattamento dei rifiuti in gas di sintesi e calore, che possono essere utilizzati per esigenze tecnologiche e carbonio tecnico con l'ottenimento di assorbenti. La base è la distruzione delle materie prime di idrocarburi senza accesso all'ossigeno e l'uso di catalizzatori sotto pressione eccessiva. Possono essere riciclati i seguenti materiali di scarto: fanghi di depurazione e rifiuti industriali e agricoli.
Cestino intelligente con raccolta differenziata
La spazzatura intelligente può funzionare con l'aiuto della tecnologia di apprendimento automatico. Il robot analizza ogni oggetto e decide il suo ulteriore destino: seppellire o riciclare. Principio di funzionamento: dopo che una persona ha gettato spazzatura nella buca, il robot pesa ogni oggetto, lo pulisce dal liquido, se necessario, lo analizza con una videocamera e diversi sensori e prende una decisione: inviarlo al reparto rifiuti da interrare o al reparto per i materiali che possono essere riciclati. Il dispositivo è progettato per l'installazione in luoghi ad alto traffico: edifici per uffici, aeroporti, palazzetti dello sport e università. Occorrono 3 secondi per analizzare ogni elemento scartato e la precisione dell'ordinamento è del 90%.
Risolvere un problema può portarne altri
Le nuove innovazioni tecnologiche appaiono ancora per prime nei paesi sviluppati. Sfortunatamente, l'inquinamento è ora la principale causa di morte nei paesi in via di sviluppo, in base a fonti come cucina interna, fumo passivo e deflusso dei rifiuti di fabbrica. Inoltre, la risoluzione di un problema può portarne di nuovi. Ad esempio, mentre le fattorie più automatizzate possono risolvere i problemi ambientali, possono anche sbilanciare fino al 40% delle persone nei paesi in via di sviluppo che dipendono dall'agricoltura per la loro vita. I paesi che dipendono fortemente dal petrolio - come Arabia Saudita, Russia, Venezuela, Libia e Kuwait - dovranno iniziare a diversificare le loro economie e affrontare il rischio di incorrere in difficoltà economiche con implicazioni geopolitiche. Pertanto, le prospettive per lo sviluppo di nuove tecnologie in questo settore sono promettenti. Tuttavia, uno degli aspetti più impegnativi nei prossimi decenni è implementare queste tecnologie in modo intelligente.