Экологическое загрязнение – это одна из основных проблем современности. Сегодня для борьбы с ней ведутся активные разработки роботов, которые быстро и тщательно очищают территории от мусора. Уже успешно применяются автоматические пылесосы и устройства для уборки городских улиц. Однако большие и сложные зоны, вроде лесов и степей, нуждаются в более нестандартных и индивидуальных решениях. Ученые Пермского Политеха работают над проектом по созданию роботов для качественной очистки таких объектов. Идея заключается в распределении нагрузки между несколькими машинами. Это обеспечит эффективное исследование сложной местности и сбор мусора без лишней потери энергии.

Статья опубликована в сборнике «Инновационные технологии: теория, инструменты, практика», 2024 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

В большинстве случаев мусор оказывается в водоемах, лесах, на пляжах и городских улицах в результате активной деятельности человека. Оставленные на земле или неправильно выброшенные пластиковые отходы, бутылки, окурки, пакеты и многое другое наносят вред окружающей среде. В состав же добровольцев или рабочих людей, занимающихся сбором мусора в общественных местах, входит всего 1-2% населения. Учитывая масштабы бытовых отходов, разработка автоматических устройств – это эффективный и универсальный способ для стабильной и качественной уборки территорий.

Существующие аналоги роботов-мусорщиков представляют собой довольно крупные единицы, поглощающие отходы в свой внутренний бак. Их недостаток в том, что они двигаются по всей заданной территории и тратят энергию и время даже на те участки, которые находятся в чистом состоянии, то есть работают «вхолостую». Использование такого робота нецелесообразно, дорого и времязатратно.

Ученые Пермского Политеха работают над проектом для очистки больших и сложных зон с применением нескольких подвижных агентов – мобильных роботов, способных самостоятельно принимать решение о перемещениях. Благодаря возможности беспрепятственно исследовать местность, собирать данные и обмениваться ими между собой, дальнейший сбор мусора будет быстрее и продуктивней.

– Вместо создания универсального устройства эффективнее, если каждый из роботов будет выполнять часть общей задачи, чтобы распределить нагрузку между всеми машинами. Поэтому мы предложили такую модель: компактные роботы занимаются поиском, определяют местоположение мусора и строят карту местности. Другие, более крупные, – собирают отходы по сформированной карте. Это позволит не тратить энергию на лишние перемещения, а также снизить возможный ущерб при передвижении тяжелых роботов по территории, – объясняет Антон Посягин, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ, кандидат технических наук.

Политехники отмечают, что для реализации идеи требуется большая исследовательская база, один из важнейших пунктов в которой – поиск оптимального метода быстрого построения карты местности с помощью подвижных агентов. Именно для решения этой задачи они разработали прототип робота-разведчика. Это модель размером с крупную радиоуправляемую машинку, которая перемещается с помощью гусеничных колес для лучшей проходимости. Внутри встроены двигатели, система мониторинга с камерой для фиксации происходящего на маршруте, радиомодуль для управления и передачи данных между другими роботами, гироакслерометр, отвечающий за изменение направления и скорости движения.

При исследовании местности важно выбрать алгоритмы, которые оптимизируют временные затраты и повысят уровень производительности всей системы – то есть позволят роботам очищать наибольшую территорию с наименьшим расходом энергоресурсов и времени. Как наиболее подходящие ученые Пермского Политеха выделили алгоритмы «спираль» и «поиск центра местности», где устройства, не пересекаясь, проходят всю территорию от одного угла до центра, чтобы оценить степень загрязненности. Их работу сравнивали на специальном симуляторе с использованием одного, двух и трех подвижных агентов. Наилучшим оказалась «спираль», так как практически вдвое меньше затрачивается времени на выполнение задачи, а также значительно снижается количество выполненных шагов для обследования пространства.

Реализация предложенного учеными ПНИПУ проекта внесет большой вклад в борьбу с экологическими загрязнениями в лесах, степях и на других крупных территориях. Роботизация обеспечит быстрый и качественный сбор бытовых отходов.