Ευφυές ρομποτικό σύστημα για τον εντοπισμό και τη συλλογή απορριμμάτων από παραλίες – Robots@MET A.I.

Ευφυές ρομποτικό σύστημα για τον εντοπισμό και τη συλλογή απορριμμάτων από παραλίες – Robots@MET A.I.

Γενικό Πρόβλημα

Κάθε χρόνο περίπου 10 εκατομμύρια τόνοι απορριμάτων καταλήγουν στις θάλασσες. Τα πλαστικά, και ειδικότερα τα απορρίμματα πλαστικών συσκευασιών, όπως τα μπουκάλια αναψυκτικών και οι σακούλες μίας χρήσης, είναι ο κυριότερος τύπος σκουπιδιών που βρίσκεται στο θαλάσσιο περιβάλλον. Στην Ελλάδα συγκεκριμένα από τους περίπου 200.000 τόνους πλαστικού που παράγονται κάθε χρόνο μόνο ένα μικρό ποσοστό ανακυκλώνεται, ενώ τα υπόλοιπα καταλήγουν σε χωματερές, στις πόλεις και σε πολλές περιπτώσεις στις παραλίες.

Ένα μεγάλο ποσοστό των απορριμάτων στις παραλίες καταλήγει με τον καιρό και στη θάλασσα και αυτό αποτελεί πολύ σημαντικό πρόβλημα. Το πλαστικό σκοτώνει θαλάσσια ζώα, επιδρά αρνητικά στα θαλάσσια οικοσυστήματα και με τον καιρό εισέρχεται και στην τροφική αλυσίδα. Εκτός αυτού η ύπαρξη απορριμάτων στις παραλίες δημιουργεί προβλήματα στην τοπική χλωρίδα και πανίδα καθώς επίσης επιδρά και αρνητικά στην όψη τους μειώνοντας έτσι την φυσική ομορφιά τους.


Η λύση μας

Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος σκεφτήκαμε να κατασκευάσουμε ένα κινητό ρομπότ το οποίο θα κινείται αυτόνομα σε μία παραλία, θα εντοπίζει τα απορρίμματα και θα τα περισυλλέγει. Ο εντοπισμός θα γίνεται με χρήση κάμερας ενώ θα γίνει και χρήση προκατασκευασμένων νευρωνικών δικτύων για την αναγνώριση των απορριμματων από άλλα αντικείμενα. Επίσης, το ρομπότ μας θα μπορεί να αναγνωρίσει μέσω του νευρωνικού δικτύου κοινά ανακυκλώσιμα απορρίμματα που βρίσκονται συνήθως στις ελληνικές παραλίες όπως (πλαστικά μπουκάλια, καπάκια από μπουκάλια, αλουμινένια κουτάκια κ.ά.) και θα τα περισυλλέγει ξεχωριστά από τα υπόλοιπα, ώστε στη συνέχεια να οδηγηθούν προς ανακύκλωση.


3D Σχέδια

 


Υλικά κατασκευής (και ενδεικτικές τιμές)

(x1) Raspberry Pi Zero- 20 €

(x1) Raspberry Pi Camera – 20 €

(x4) Κινητήρας DC – 20 €

(x1) Κινητήρας Servo – 10 €

(x1) Motor Driver – 5 €

(x1) Αισθητήρας Απόστασης Ultrasonic – 2.50 €

(x1) Battery Holder – 1.50 €

ΣΥΝΟΛΟ: 79 €


Εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε

  • 3D Εκτυπωτής
  • Πιστόλι Σιλικόνης
  • Κολλητήρι

Βήματα για την κατασκευή

  1. Τυπώνουμε στον 3D Printer τα σχέδια για τις ρόδες και τις υποδοχές των μοτέρ. Τα σχέδια είναι διαθέσιμα σε όλους στην σελίδα του έργου μας στο github.
  2. Συναρμολογούμε το σασί και βιδώνουμε τις υποδοχές για τα μοτέρ.
  3. Τοποθετούμε τον κάδο για τα σκουπίδια.
  4. Προσαρμόζουμε τις ρόδες στα μοτέρ.
  5. Ενώνουμε την βάση για τα ηλεκτρονικά με το υπόλοιπο ρομπότ.
  6. Τοποθετούμε το Raspberry Zero μαζί με τα υπόλοιπα ηλεκτρονικά στη βάση του.
  7. Τοποθετούμε την κάμερα στην μπροστινή μεριά της βάσης των ηλεκτρονικών.
  8. Τοποθετούμε τον ultrasonic στον κάδο για τα σκουπίδια.
  9. Συνδέουμε τα μοτερ με τον motor driver.
  10. Συνδέουμε την κάμερα, τον ultrasonic και τον motor driver με το raspberry.
  11. Με χρήση μονωτικής ταινίας κολλάμε στο σασί τα καλώδια από τα μοτέρ.

Αλγόριθμος Λειτουργίας


Αναγνώριση Σκουπιδιών μέσω Νευρωνικού Δικτύου

Για την αναγνώριση των σκουπιδιών μέσω της κάμερας χρησιμοποιήσαμε το εργαλείο Teachable Machine της Google. Μέσω αυτού μπορέσαμε εύκολα να εκπαιδεύσουμε ένα νευρωνικό δίκτυο να αναγνωρίζει συγκεκριμένα είδη σκουπιδιών που συναντώνται συχνά σε παραλίες. Σκουπίδια όπως πλαστικά μπουκάλια, πλαστικά καπάκια, αλουμινένια κουτάκια και πλαστικές σακούλες.

Χρειάστηκε απλά να βρούμε πολλές φωτογραφίες από κάθε είδος έτσι ώστε να εκπαιδευτεί σωστά το νευρωνικό μας δίκτυο και να μπορεί να αναγνωρίζει τα σκουπίδια σε πολλές διαφορετικές περιπτώσεις στην παραλία. Αφού ελέγξαμε ότι ο αλγόριθμος μας λειτουργεί, κατεβάσαμε τον κώδικα από την σελίδα και τον προσαρμόσαμε στον κώδικα που φτιάξαμε για το raspberry.


Η ομάδα μας

Η ομάδα μας αποτελείται από μικρούς ρομποτιστές, πρώην μαθητές Δημοτικών σχολείων της Πάτρας, μέλη της δράσης εκπαιδευτικής ρομποτικής «Robots@ΜΕΤ» του Πανεπιστημίου Πατρών.

Μέλη Ομάδας:

  1.  Σπύρος Δέμης – ΣΤ’ Δημοτικού
  2.  Στάθης Κονιδιάρης – ΣΤ’ Δημοτικού
  3.  Διονύσης Κουστουμπάρδης – ΣΤ’ Δημοτικού
  4.  Επαμεινώνδας Μπλατσής – ΣΤ’ Δημοτικού
  5.  Κωνσταντίνος Παπαντωνόπουλος – ΣΤ’ Δημοτικού
  6. Σπύρος Τραγουλιάς – ΣΤ’ Δημοτικού

Προπονητής:

Ανατολιωτάκης Νίκος – Υποψήφιος Διδάκτορας ΗΜΤΥ


Χρήσιμοι Σύνδεσμοι