Chaque année, les entreprises de traitement des déchets passent au crible environ 68 millions de tonnes de recyclage, soit l'équivalent en poids de plus de 30 millions de voitures.

Une étape clé du processus se produit sur les bandes transporteuses à déplacement rapide, où les travailleurs doivent trier les articles en catégories comme le papier, plastique et verre. De tels emplois sont ennuyeux, sale, et souvent dangereux, en particulier dans les installations où les travailleurs doivent également retirer les déchets normaux du mélange.

Dans cet esprit, une équipe dirigée par des chercheurs du Laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle (CSAIL) du MIT a développé un système robotique capable de détecter si un objet est du papier, métal, ou en plastique.

Le système "RoCycle" de l'équipe comprend une main en téflon souple qui utilise des capteurs tactiles au bout des doigts pour détecter la taille et la rigidité d'un objet. Compatible avec n'importe quel bras robotique, RoCycle s'est avéré précis à 85 % pour détecter les matériaux à l'arrêt, et 63 pour cent de précision sur une bande transporteuse simulée réelle. (Son erreur la plus courante était d'identifier les boîtes métalliques recouvertes de papier comme du papier, ce qui, selon l'équipe, serait amélioré en ajoutant plus de capteurs le long de la surface de contact.)

"La peau sensoriée de notre robot fournit un retour haptique qui lui permet de différencier un large éventail d'objets, du rigide au spongieux, " déclare la professeure du MIT Daniela Rus, auteur principal d'un article connexe qui sera présenté en avril à la conférence internationale IEEE sur la robotique douce (RoboSoft) à Séoul, Corée du Sud. "La vision par ordinateur seule ne pourra pas résoudre le problème de donner aux machines une perception humaine, donc pouvoir utiliser la saisie tactile est d'une importance vitale."

Une collaboration avec l'Université de Yale, RoCycle démontre directement les limites du tri visuel :il peut distinguer de manière fiable deux gobelets Starbucks visuellement similaires, un en papier et un en plastique, cela donnerait des problèmes aux systèmes de vision.

Inciter au recyclage

Rus dit que le projet fait partie de son objectif plus large de réduire le coût final du recyclage, afin d'inciter davantage de villes et de pays à créer leurs propres programmes. Aujourd'hui, les centres de recyclage ne sont pas particulièrement automatisés; leurs principaux types de machines comprennent des trieurs optiques qui utilisent une lumière de longueur d'onde différente pour distinguer les plastiques, trieurs magnétiques qui séparent les produits sidérurgiques, et les trieuses d'aluminium qui utilisent des courants de Foucault pour éliminer les métaux non magnétiques.

C'est un problème pour une très grande raison :le mois dernier, la Chine a relevé ses normes de propreté des produits recyclés qu'elle accepte des États-Unis, ce qui signifie qu'une partie du recyclage à flux unique du pays est désormais envoyée dans des décharges.

« Si un système comme RoCycle pouvait être déployé à grande échelle, nous serions potentiellement en mesure d'avoir la commodité du recyclage à flux unique avec les taux de contamination inférieurs du recyclage à flux multiples, " dit Lillian Chin, étudiante au doctorat, auteur principal du nouveau document.

Il est étonnamment difficile de développer des machines capables de faire la distinction entre le papier, Plastique, et métal, ce qui montre à quel point c'est un exploit impressionnant pour les humains. Lorsque nous ramassons un objet, nous pouvons immédiatement reconnaître plusieurs de ses qualités même les yeux fermés, comme si c'était grand et rigide ou petit et mou. En sentant l'objet et en comprenant comment cela se rapporte à la douceur de nos propres doigts, nous sommes capables d'apprendre à manipuler un large éventail d'objets sans les faire tomber ou les casser.

Ce genre d'intuition est difficile à programmer dans des robots. Les mains traditionnelles des robots durs ("rigides") doivent connaître l'emplacement et la taille exacts d'un objet pour pouvoir calculer une trajectoire de mouvement précise. Les mains douces faites de matériaux comme le caoutchouc sont beaucoup plus flexibles, mais ont un problème différent :parce qu'ils sont alimentés par des forces fluidiques, ils ont une structure en forme de ballon qui peut perforer assez facilement.

Comment fonctionne RoCycle

L'équipe de Rus a utilisé une main motorisée faite d'un matériau relativement nouveau appelé "auxétique". La plupart des matériaux se rétrécissent lorsqu'ils sont enfilés, comme un élastique quand vous l'étirez; auxétique, pendant ce temps, en fait devenir plus large. L'équipe du MIT a repris ce concept et l'a modifié, littéralement :ils ont créé des auxétiques qui, une fois coupé, tournez vers la gauche ou vers la droite. La combinaison d'un auxétique "gaucher" et "droitier" pour chacun des deux gros doigts de la main les fait s'imbriquer et s'opposer à la rotation de l'autre, permettant un mouvement plus dynamique. (L'équipe appelle cela "auxétique de cisaillement à la main", ou HSA.)

"Contrairement aux robots mous, dont l'approche fluide nécessite des pompes à air et des compresseurs, HSA combine la torsion avec l'extension, ce qui signifie que vous êtes capable d'utiliser des moteurs normaux, " dit Chin.

La pince de l'équipe utilise d'abord son "capteur de contrainte" pour estimer la taille d'un objet, puis utilise ses deux capteurs de pression pour mesurer la force nécessaire pour saisir un objet. Ces mesures, ainsi que les données d'étalonnage sur la taille et la rigidité des objets de différents types de matériaux, sont ce qui donne au préhenseur une idée du matériau de l'objet. (Comme les capteurs tactiles sont également conducteurs, ils peuvent détecter le métal de combien il modifie le signal électrique.)

"En d'autres termes, nous estimons la taille et mesurons la différence de pression entre la main fermée actuelle et à quoi devrait ressembler une main ouverte normale, " dit Chin. "Nous utilisons cette différence de pression et cette taille pour classer l'objet spécifique en fonction des informations sur les différents objets que nous avons déjà mesurés."

RoCycle s'appuie sur un ensemble de capteurs qui détectent le rayon d'un objet avec une précision de 30 %, et faites la différence entre les objets « durs » et « mous » avec une précision de 78 %. La main de l'équipe est également presque totalement résistante à la perforation :elle a pu être grattée par un couvercle pointu et perforée par une aiguille plus de 20 fois, avec des dommages structurels minimes.

Comme prochaine étape, les chercheurs prévoient de construire le système afin qu'il puisse combiner des données tactiles avec des données vidéo réelles provenant des caméras d'un robot. Cela permettrait à l'équipe d'améliorer encore sa précision et permettrait potentiellement une différenciation encore plus nuancée entre les différents types de matériaux.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.