近日,，國家發(fā)展改革委,、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合印發(fā)《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》,，明確統(tǒng)籌推進(jìn)“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施建設(shè)工作，加快建立分類投放,、分類收集,、分類運輸、分類處理的生活垃圾處理系統(tǒng),；并提出到2025年底,，全國城市生活垃圾資源化利用率達(dá)到60%左右。

盡管近年來我國生活垃圾分類和處理方面成績可圈可點,，但在部分城市和社區(qū),，垃圾分類仍是一個棘手的難題。

日前,，清華大學(xué)精密儀器系教授朱榮帶領(lǐng)團(tuán)隊研制出一種多功能感知觸覺傳感器,。它采用類皮膚的多層結(jié)構(gòu)，將多模感知原位集成,，實現(xiàn)對觸感,、物感、溫感等多種感知的高密度集成,，將觸覺傳感器應(yīng)用于機(jī)器手抓握感知,，實現(xiàn)了對物品的形狀、大小和材料等多屬性識別,，并成功應(yīng)用于垃圾分類,。

垃圾分揀，也許是時候讓人類“躺平”,，請機(jī)器人出手了,。

■ 資料圖

1、分揀難題

截至去年底,，我國首批開展垃圾分類先行先試的46個重點城市中,，生活垃圾分類小區(qū)覆蓋率已達(dá)86.6%，生活垃圾平均回收利用率為30.4%,，廚余垃圾處理能力從2019年的每天3.47萬噸提升到2020年年底的每天6.28萬噸,。

中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)環(huán)保聯(lián)盟理事長,、住建部科學(xué)技術(shù)委員會委員張益在肯定我國垃圾分類初步成績的同時，也表達(dá)了目前垃圾分類工作地區(qū)差異較大的看法,?！俺?6個重點城市外，多數(shù)地級城市和縣城生活垃圾分類收運設(shè)施有待建立,。當(dāng)前源頭分類,、撤桶并點難度大，各地還需提高重視程度,?！?/p>

幾天前，北京市豐臺區(qū)介紹了垃圾分類示范小區(qū)（村）的“城市微環(huán)境”治理模式,，稱“小區(qū)居民全員參與垃圾分類,，投放準(zhǔn)確率達(dá)90%，桶前值守率達(dá)100%”,。

90%的準(zhǔn)確投放率,，依靠的是100%的桶前值守率。也就是說,，城市居民在投放垃圾時,，還離不開監(jiān)督人員。實際上,，因為部分人分類意識或分類知識的欠缺,，不少社區(qū)會在垃圾桶前安排督導(dǎo)員進(jìn)行投放指導(dǎo)。部分小區(qū)因源頭分類難以推行,，干脆配備專人值守垃圾桶前,，對居民堆放的垃圾進(jìn)行破袋和二次分揀。

垃圾分揀對人來說是意識或知識問題,，而對于機(jī)器人來說則是需要突破的難點,。

2、機(jī)器人分揀靠“摸”

“如何快速,、準(zhǔn)確識別出物體,，并完成分選是機(jī)器人識別分類的難點?！敝鞓s告訴《中國科學(xué)報》,，“人類分揀物體首先依靠視覺鑒別，然后用手完成分選,。既然分選需要通過抓握來完成,，在抓握過程中，利用觸覺進(jìn)行分類，就可以減少機(jī)器人對視覺的要求,，在抓握（接觸物體）的同時,，進(jìn)行鑒別和分選動作。利用觸覺感知,，還可以在不具備視覺觀察的場景中進(jìn)行物體識別,，比如火場搜救?！?/p>

朱榮介紹說,，柔性電子感知，具有對周圍環(huán)境和作用的感知能力,，還能針對不同生理參數(shù)作出反應(yīng),，可用于穿戴式生理監(jiān)測,，服務(wù)于醫(yī)療健康,。柔性感知也是智能機(jī)器人交互的關(guān)鍵，在機(jī)器人非視覺傳感技術(shù)領(lǐng)域有著十分重要的作用,。但目前柔性感知傳感器和系統(tǒng)仍然存在技術(shù)瓶頸,，實際應(yīng)用面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

針對以上問題,，朱榮團(tuán)隊提出一種基于熱感應(yīng)的多維傳感新機(jī)理,，利用熱敏膜和外界的傳導(dǎo)/對流換熱對自身電阻的調(diào)控，實現(xiàn)了壓力,、溫度,、流場、熱物性等參數(shù)的集成測量,。由于采用簡單的薄膜敏感結(jié)構(gòu)和統(tǒng)一的熱敏檢測原理,，這種柔性電子器件具有結(jié)構(gòu)簡單、集成度高,、低交叉耦合,、易調(diào)控、成本低等特點,。

面向智能機(jī)器人對觸覺感知的應(yīng)用需求,，該團(tuán)隊又研制出一種將壓力、材料熱導(dǎo)率,、物體溫度和環(huán)境溫度四重感知原位集成的觸覺傳感器,，并將觸覺傳感器應(yīng)用于機(jī)器人手感知系統(tǒng)，利用深度學(xué)習(xí)方法將感知轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人對物品的認(rèn)知,，實現(xiàn)了對抓握物品形狀,、大小、溫度和材質(zhì)等多屬性的高精準(zhǔn)識別。

“不同物體有不同的機(jī)械和熱學(xué)的特性,，利用觸覺傳感器檢測物體的這些屬性,，可以有效識別出不同物體?！敝鞓s說,，“該傳感器可將壓力感知與熱物性等多模信息進(jìn)行融合，從而大幅提高物品識別準(zhǔn)確率,，從基于單模壓力感知的69%識別率提高到基于多模感知的96%,。”

人手有能力通過皮膚中的熱感受器和機(jī)械感受器,，來識別不同大小,、形狀和材料的物體。受此啟發(fā),，朱榮團(tuán)隊分析了機(jī)器手抓取物體時最常接觸的位置,，在機(jī)器手的5個指尖和手掌上，安裝了10個傳感器,，來檢測物體的溫度,、環(huán)境溫度、被測物體的導(dǎo)熱率和接觸壓力等信息,。

朱榮團(tuán)隊以塑料袋,、泡沫、紙箱,、罐頭盒,、餐巾紙、面包,、橙皮等7種垃圾作為實驗對象,，用7種垃圾的數(shù)據(jù)集去訓(xùn)練機(jī)器手。實驗表明,，結(jié)合多模觸覺感知信息和機(jī)器學(xué)習(xí)之后,，機(jī)器手識別7種垃圾的總分類準(zhǔn)確率達(dá)到 94%左右。

3,、通過垃圾練“手”

生活垃圾來源廣,、成分復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)濕漉漉,、臟兮兮的狀態(tài),，因此傳統(tǒng)的分選、篩選技術(shù)無能為力,。

同樣是機(jī)器人垃圾分揀領(lǐng)域,，上海交通大學(xué)中英國際低碳學(xué)院固體廢棄物資源化技術(shù)與智能裝備團(tuán)隊研發(fā)出超視覺垃圾分揀機(jī)器人,，通過機(jī)器視覺中的三種主流識別傳感系統(tǒng)（CCD視覺、激光視覺,、近紅外視覺）相耦合,，綜合判斷目標(biāo)物的外部特征（顏色、形狀,、紋理等）與內(nèi)部特征（材質(zhì)）,，達(dá)到垃圾的精準(zhǔn)定位與細(xì)分判別。然后利用free-model的超視覺技術(shù),，實現(xiàn)各品類,、各形狀、各表面材料的樣品識別,。

“超視覺垃圾分揀機(jī)器人有效分揀率可達(dá)95%,，最高分揀速度5400次/小時。生產(chǎn)線上每套設(shè)備布置2個機(jī)械手,，相當(dāng)于替代了54個分揀工人的工作量,。”超視覺垃圾分揀機(jī)器人項目負(fù)責(zé)人,、上海交通大學(xué)中英國際低碳學(xué)院副教授李佳介紹說,。

垃圾分類工作量大,、過程簡單重復(fù),。人工分揀不但面臨氣味刺鼻、工作環(huán)境差等問題,，還存在有害物質(zhì)傷害人體健康的可能,。同時，垃圾分類的目標(biāo)之一是分揀出可回收利用物品,，減少其他垃圾量,。“垃圾分類在任何國家都不是一蹴而就的事,，既要做好‘打持久戰(zhàn)’的準(zhǔn)備,，也要采取科學(xué)、系統(tǒng)和綜合的措施,，重點突破自家垃圾桶到公共垃圾箱的分類投放環(huán)節(jié),，徹底解決分類投放、收集,、運輸,、處理全過程的系統(tǒng)運營難點?！鼻迦A大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授溫宗國說,。

實際生活中，可回收利用的垃圾種類有限，因此,，機(jī)器人分揀垃圾大有可為,。“只是機(jī)器人識別需要通過大量的樣本學(xué)習(xí),，其難度在于,，如何將生活中的各式各樣物品收集到，作為樣本讓機(jī)器學(xué)習(xí),。如果將這些臟兮兮的物體作為實驗樣本讓機(jī)器人學(xué)習(xí),，那么這些垃圾就能夠被識別?！敝鞓s說,，“當(dāng)然，將視覺和觸覺相結(jié)合是提高機(jī)器識別有效性和準(zhǔn)確率的優(yōu)選方案,?！?/p>