Robot e intelligenza artificiale per riciclare i rifiuti elettronici

Robot multitasking integrati con l’intelligenza artificiale per semplificare il processo di riciclo dei rifiuti elettronici (Raee). Dal 2020 al 2024, ricercatori provenienti da Slovenia, Germania e Italia hanno collaborato su questo progetto presso il Jožef Stefan Institute, il principale centro di ricerca della Slovenia. Il risultato si è tradotto in un’unità robotica adattabile supportata dall’intelligenza artificiale per rimuovere le batterie dai rilevatori di fumo e dai contatori di calore dei radiatori.

Si tratta di due prodotti presenti nella maggior parte delle abitazioni, vengono sostituiti ogni cinque-otto anni e generano un’ingente quantità di rifiuti. Soprattutto, questa tecnologia potrà essere adattata in futuro ad altri compiti simili, estendendola ad altri rifiuti elettronici. Nell’industria i robot sono solitamente programmati per un compito specifico, ripetendo esattamente la stessa serie di movimenti in un ambiente prevedibile. Invece i ricercatori hanno mirato a creare un robot che possa adattarsi a molti compiti diversi, utilizzando l’intelligenza artificiale.

“La principale sfida nel riciclo dei Raee è che esistono così tante versioni diverse di ciascun dispositivo. Basti pensare a quanti diversi telecomandi esistono”, ha spiegato Aleš Ude, a capo del dipartimento di Automatica, Biocibernetica e Robotica del Jožef Stefan Institute e coordinatore del team di ricerca ReconCycle. La novità del progetto di ricerca ReconCycle, finanziato dal programma Horizon dell’Unione Europea, è proprio l’hardware modulare dei robot che può essere rapidamente rimodulato per adattarlo a nuovi compiti, col supporto di un software integrato con l’AI, che indirizza e controlla il lavoro del robot. Al braccio meccanico è stato aggiunta una protesi SoftHand, una mano simile a quella umana che può manipolare oggetti con grande precisione.

Il riciclo dei Raee è un lavoro manuale complesso

Il Jožef Stefan Institute ha collaborato con Electrocycling GmbH, uno degli impianti più grandi d’Europa per il riciclo dei Raee, che tratta annualmente fino a 80.000 tonnellate di rifiuti elettronici, di tutte le forme e dimensioni. I metodi di riciclo attuali sono inefficienti, con più dell’80% dei rifiuti elettronici che finisce in discarica o negli inceneritori, con la conseguente perdita di materie prime preziose e potenziali pericoli ambientali.

Inoltre, proprio a causa delle diversità tra i vari Raee – modelli differenti dello stesso tipo di telefoni cellulari, hard disk, amplificatori, ma progettati da aziende diverse – anche gli impianti di riciclo come quello di Electrocycling GmbH devono affidarsi al lavoro manuale dei dipendenti, rendendo il processo più lento e costoso. I Raee, infatti, vengono frantumati e ridotti in minuscole particelle, che vengono poi separate fisico-chimicamente in componenti riutilizzabili. Spesso questo processo richiede un lavoro manuale preliminare per rimuovere componenti pericolosi o per smontare sottoparti che non possono essere frantumate. 

Le aziende di riciclo si trovano, infatti, a gestire tonnellate di materiale che arriva in diversi stati di danneggiamento e richiede quasi sempre questo tipo di pre-trattamento manuale. Un lavoro particolarmente monotono e ripetitivo per gli operai. In particolare la rimozione delle batterie è tra le operazioni più complesse. Ci sono sempre più dispositivi, sono sempre più piccoli e contengono tutti batterie al litio, alcune delle quali sono installate permanentemente, saldate o incollate e costituiscono un rischio di incendio durante le operazioni.

La collaborazione del team di ReconCycle con Electrocycling ha permesso ai ricercatori di capire, dunque, quali erano le priorità dell’industria: da un lato usare robot per sostituire gli operai nei lavori più monotoni e dall’altro avere uno strumento automatizzato in grado di riconfigurassi per compiti differenti, come differenti sono le tipologie dei Raee. I nuovi robot, fortunatamente, arrivano proprio al momento giusto, dato che la quantità di rifiuti elettronici prodotti ogni anno continua a crescere.

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Il crescente problema dei rifiuti elettronici nel mondo

Nell’impianto di Electrocycling, l’80% dei rifiuti elettronici viene recuperato come materie prime — ferro, zinco, oro, argento e palladio, per un totale di circa 35 materiali diversi. Ma si tratta di un’eccezione: il riciclo dei Raee fatica a decollare e sta diventando un serio problema economico. Le Nazioni Unite hanno stimato che ogni anno vengano persi circa 84 miliardi di euro quando metalli preziosi come rame, ferro e oro vengono scartati anziché essere riutilizzati. Il problema principale, però, è quello ambientale, perché l’estrazione dei minerali è un’operazione estremamente dannosa in termini di emissioni di anidride carbonica e utilizzo del suolo. Accelerare con il riciclo diventa, perciò, improrogabile.

A livello globale, circa 62 milioni di tonnellate di rifiuti elettronici sono stati prodotti nel solo 2022 — abbastanza per riempire 1,5 milioni di camion da 40 tonnellate, secondo i dati delle Nazioni Unite. Solo l’Unione Europea ha prodotto circa 5 milioni di tonnellate di rifiuti elettronici nello stesso anno – pari a circa 11 chilogrammi per persona – mentre gli Stati Uniti generano annualmente tra 6,9 e 7,6 milioni di tonnellate. Si prevede che la produzione globale di rifiuti elettronici raggiungerà tra le 74,7 e le 82 milioni di tonnellate entro il 2030.

Ancora più preoccupante è che la quantità di rifiuti elettronici cresce cinque volte più velocemente rispetto alla quantità che viene riciclata. Meno del 40% dei Raee viene riciclato, ha avvertito il Parlamento europeo, che da alcuni anni sta lavorando per ridurre i rifiuti elettronici e promuoverne il riciclo. Gli strumenti normativi messi in campo da Bruxelles sono la direttiva WEEE sui rifiuti da apparecchiature elettriche ed elettroniche e la direttiva RoHS. 

La prima impone la raccolta differenziata e il trattamento adeguato dei Raee e fissa obiettivi per la loro raccolta, recupero e riciclo, oltre a contrastare le esportazioni illegali di Raee. La seconda mira a prevenire i rischi per la salute umana e l’ambiente legati alla gestione dei rifiuti elettronici ed elettrici, limitando l’uso di alcune sostanze pericolose nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche, come metalli pesanti, ritardanti di fiamma o plastificanti, che possono essere sostituiti da alternative più sicure.

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Altri robot con AI per migliorare il riciclo dei Raee

Le nuove tecnologie possono rendere tutto più efficiente, accelerando il percorso fissato dalle normative europee. Del resto il lavoro dei ricercatori di ReconCycle si allinea anche con la strategia digitale dell’UE, che promuove l’uso dell’AI nella manifattura per migliorare l’efficienza e aiutare a raggiungere la neutralità climatica entro il 2050. Un altro sistema robotico alimentato dall’intelligenza artificiale per smontare i rifiuti elettronici senza distruggerli è stato progettato dal Fraunhofer Institute. Dopo la scansione e l’analisi dei rifiuti elettronici, viene creato un gemello digitale che raccoglie tutte le informazioni utili sul dispositivo e consente di pianificare con precisione la sequenza di smontaggio e di guidare i robot nell’esecuzione sicura e ottimizzata delle operazioni.

Sempre finanziato dall’Unione Europea, è da citare il progetto Grinner, dedicato a uno dei principali problemi nella gestione dei Raee: gli incendi causati dalle batterie, in particolare quelle agli ioni di litio (Li-ion) e al nichel-metallo idruro (NiMH). Queste batterie possono incendiarsi ed esplodere se danneggiate: i conseguenti danni costano ogni anno milioni di euro agli impianti di gestione dei rifiuti. In alcuni casi, gli incendi innescati dalle batterie sono stati così gravi da costringere gli impianti a chiudere per mesi e anni. I ricercatori del progetto Grinner hanno, perciò, progettato un sistema robotico autonomo abilitato all’intelligenza artificiale capace di individuare e rimuovere i rifiuti contenenti batterie dai nastri trasportatori prima che vengano danneggiati dai macchinari di frantumazione.

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