近日，國(guó)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(yùn)輸、分類處理的生活垃圾處理系統(tǒng)；并提出到 2025 年底，全國(guó)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(guó)生活垃圾分類和處理方面成績(jī)可圈可點(diǎn)，但在部分城市和社區(qū)，垃圾分類仍是一個(gè)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(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)了對(duì)物品的形狀、大小和材料等多屬性識(shí)別，并成功應(yīng)用于垃圾分類。
垃圾分揀，也許是時(shí)候讓人類“躺平”，請(qǐng)機(jī)器人出手了。
（智能機(jī)器手的材料與工作原理圖解。朱榮/供圖）
分揀難題
截至去年底，我國(guó)首批開展垃圾分類先行先試的46個(gè)重點(diǎn)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(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)環(huán)保聯(lián)盟理事長(zhǎng)、住建部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)委員張益在肯定我國(guó)垃圾分類初步成績(jī)的同時(shí)，也表達(dá)了目前垃圾分類工作地區(qū)差異較大的看法。“除46個(gè)重點(diǎn)城市外，多數(shù)地級(jí)城市和縣城生活垃圾分類收運(yùn)設(shè)施有待建立。當(dāng)前源頭分類、撤桶并點(diǎn)難度大，各地還需提高重視程度?！?
幾天前，北京市豐臺(tái)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(shí)，還離不開監(jiān)督人員。實(shí)際上，因?yàn)椴糠秩朔诸愐庾R(shí)或分類知識(shí)的欠缺，不少社區(qū)會(huì)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(duì)居民堆放的垃圾進(jìn)行破袋和二次分揀。
垃圾分揀對(duì)人來說是意識(shí)或知識(shí)問題，而對(duì)于機(jī)器人來說則是需要突破的難點(diǎn)。
機(jī)器人分揀靠“摸”
“如何快速、準(zhǔn)確識(shí)別出物體，并完成分選是機(jī)器人識(shí)別分類的難點(diǎn)?！敝鞓s告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“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(duì)視覺的要求，在抓握（接觸物體）的同時(shí)，進(jìn)行鑒別和分選動(dòng)作。利用觸覺感知，還可以在不具備視覺觀察的場(chǎng)景中進(jìn)行物體識(shí)別，比如火場(chǎng)搜救?！?
朱榮介紹說，柔性電子感知，具有對(duì)周圍環(huán)境和作用的感知能力，還能針對(duì)不同生理參數(shù)作出反應(yīng)，可用于穿戴式生理監(jiān)測(cè)，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(shí)際應(yīng)用面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
針對(duì)以上問題，朱榮團(tuán)隊(duì)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(duì)流換熱對(duì)自身電阻的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了壓力、溫度、流場(chǎng)、熱物性等參數(shù)的集成測(cè)量。由于采用簡(jiǎn)單的薄膜敏感結(jié)構(gòu)和統(tǒng)一的熱敏檢測(cè)原理，這種柔性電子器件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、低交叉耦合、易調(diào)控、成本低等特點(diǎn)。
面向智能機(jī)器人對(duì)觸覺感知的應(yīng)用需求，該團(tuán)隊(duì)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(duì)物品的認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)了對(duì)抓握物品形狀、大小、溫度和材質(zhì)等多屬性的高精準(zhǔn)識(shí)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(cè)物體的這些屬性，可以有效識(shí)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(shí)別準(zhǔn)確率，從基于單模壓力感知的69%識(shí)別率提高到基于多模感知的96%?！?
