Исследователи из Университета Буффало разработали новый способ сортировки пластиковых отходов, который может сделать переработку быстрее и точнее. Технология основана на работе инфракрасного лазера и тепловизора: лазер воздействует на материал, а камера фиксирует его тепловую реакцию. Полученный сигнал оказывается таким же уникальным для каждого полимера, как штрихкод для товара в магазине. Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Engineering. До промышленного внедрения еще далеко, однако работоспособность метода уже подтверждена в лабораторных испытаниях.
Сегодня мусороперерабатывающие предприятия сортируют отходы вручную либо с помощью оптических сканеров. Оба подхода имеют серьезные недостатки. Особенно трудно распознавать изделия черного цвета: они поглощают почти весь видимый свет и остаются практически невидимыми для стандартных камер. Более продвинутые спектроскопические системы зачастую работают медленно, их нужно располагать на небольшом расстоянии до объекта, а еще они менее точны на загрязненных поверхностях. В результате значительная часть сырья отправляется на свалки или в мусоросжигательные установки вместо повторного использования.
На этот раз ученые использовали средний инфракрасный диапазон, который часто называют областью «молекулярных отпечатков». Каждый полимер по-разному поглощает определенные длины волн. После поглощения энергии молекулярные связи начинают колебаться, а часть энергии превращается в тепло. Этот кратковременный нагрев фиксирует высокочувствительная тепловая камера, формируя своеобразный тепловой штрихкод материала.
В ходе экспериментов исследователи применили всего шесть длин волн и смогли надежно различать шесть наиболее распространенных типов пластика: полиэтилентерефталат (ПЭТ), полипропилен (ПП), полистирол (ПС), полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) и поливинилхлорид (ПВХ). В отличие от традиционных методов система анализирует не отраженный свет, а тепловой отклик вещества, поэтому одинаково хорошо работает как со светлыми, так и с черными изделиями.
Тепловой рисунок считывается без физического контакта с объектом, поэтому потенциально установку можно встроить в автоматические сортировочные линии. По словам авторов работы, в будущем несколько инфракрасных источников смогут последовательно сканировать поток отходов на конвейере, а алгоритмы машинного обучения будут мгновенно определять тип материала и направлять его в нужный контейнер.
По оценкам исследователей, переработка 1 т пластика позволяет сэкономить около 5,7 МВт·ч электроэнергии, 2 593 л нефти и до 23 м³ полигонного пространства. Однако для промышленного применения разработчикам еще предстоит решить ряд задач. Необходимы более быстрые тепловизоры, которые работают с высокоскоростными конвейерами, компактные лазерные источники сразу на нескольких длинах волн и программное обеспечение для автоматической классификации материалов в режиме реального времени.
Проблема остается крайне актуальной. По данным международных организаций, мировой уровень переработки пластика по-прежнему составляет около 9% и практически не растет. В 2022 году в мире произвели около 437 млн т пластмасс, однако лишь небольшая часть содержала вторичное сырье. Остальной объем был изготовлен из первичных полимеров нефтехимического происхождения.
Ранее мы писали о том, что в России камеры с ИИ помогут пресекать незаконные свалки мусора.
Источник: hi-tech.mail.ru