Το πρόβλημα
Οι αυξανόμενες εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου (εκπομπές CO2, μεθανίου κλπ στην ατμόσφαιρα) και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις απειλούν την υγεία του πλανήτη μας. Μερικά μόνο από τα πράγματα στην καθημερινή μας ζωή που είναι επιβλαβή για το κλίμα, είναι – κατά τομέα – τα ακόλουθα:
1. Μεταφορές:
Τα αυτοκίνητα, τα λεωφορεία, τα φορτηγά και τα αεροπλάνα απελευθερώνουν εκπομπές με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα, οξειδίων του αζώτου και σωματιδίων. Τα αεροπορικά ταξίδια παράγουν σημαντικές ποσότητες εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου λόγω της καύσης καυσίμων αεροσκαφών. Η μεταφορά εμπορευμάτων με πλοία παράγει εκπομπές αερίων θερμοκηπίου από την καύση ορυκτών καυσίμων. Η παραγωγή, η κατασκευή και η συντήρηση των οχημάτων απαιτούν επίσης σημαντικές ποσότητες ενέργειας και πόρων.
2. Παραγωγή ενέργειας:
Η καύση ορυκτών καυσίμων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας για σπίτια και κτίρια είναι μια σημαντική πηγή εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Τα συστήματα θέρμανσης και ψύξης σε κτίρια απαιτούν σημαντικές ποσότητες ενέργειας, οι οποίες μπορούν να συμβάλουν στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου. Ο φωτισμός σε κτίρια, ιδιαίτερα οι παραδοσιακοί λαμπτήρες πυρακτώσεως, μπορεί επίσης να συμβάλει στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου.
3. Βιομηχανικές διεργασίες:
Οι μεταποιητικές και βιομηχανικές διεργασίες που περιλαμβάνουν την καύση ορυκτών καυσίμων, όπως η παραγωγή τσιμέντου και χάλυβα, συμβάλλουν στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου.
4. Γεωργία:
Η κτηνοτροφία και η χρήση λιπασμάτων στη γεωργία παράγουν εκπομπές μεθανίου και υποξειδίου του αζώτου, τα οποία είναι ισχυρά αέρια θερμοκηπίου.
5. Αποψίλωση των δασών:
Η εκκαθάριση των δασών για γεωργική γη, υλοτομία και άλλους σκοπούς απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα.
6. Διαχείριση απορριμμάτων:
Οι ΧΥΤΑ αποτελούν σημαντική πηγή εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, κυρίως από την αποσύνθεση οργανικών αποβλήτων, όπως τα υπολείμματα τροφίμων και τα απόβλητα αυλών, τα οποία παράγουν μεθάνιο. Η καύση αποβλήτων σε αποτεφρωτήρες παράγει επίσης εκπομπές αερίων θερμοκηπίου, κυρίως διοξείδιο του άνθρακα. Ενώ η ανακύκλωση μπορεί να συμβάλει στη μείωση της ποσότητας των απορριμμάτων που αποστέλλονται σε χώρους υγειονομικής ταφής ή αποτεφρωτήρες, η ίδια η διαδικασία ανακύκλωσης απαιτεί ενέργεια και μπορεί να προκαλέσει εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου.
7. Χρήση οικιακής ενέργειας:
Η χρήση κλιματισμού, θέρμανσης και άλλων συστημάτων ελέγχου θερμοκρασίας στα νοικοκυριά απαιτεί κατανάλωση ενέργειας, η οποία συμβάλλει στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου.
Η χρήση φωτισμού στα νοικοκυριά, ιδιαίτερα των λαμπτήρων πυρακτώσεως, απαιτεί κατανάλωση ενέργειας. Πολλές οικιακές συσκευές, όπως ψυγεία, πλυντήρια ρούχων και στεγνωτήρια, ηλεκτρονικές συσκευές, όπως τηλεοράσεις, υπολογιστές και smartphone απαιτούν ηλεκτρική ενέργεια για να λειτουργήσουν και συμβάλλουν στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου. Τέλος, η απόρριψη οικιακών απορριμμάτων, όπως υπολείμματα τροφίμων, χαρτί και πλαστικά, συμβάλλει στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου στους χώρους υγειονομικής ταφής.
8. Διατροφή:
Η παραγωγή κρέατος, ιδιαίτερα βοείου κρέατος και αρνιού, απαιτεί μεγάλες ποσότητες γης, νερού και ενέργειας. Η κτηνοτροφία παράγει επίσης εκπομπές μεθανίου από τις πεπτικές διεργασίες των ζώων και την κοπριά. Πολλά επεξεργασμένα τρόφιμα απαιτούν ενεργοβόρες διαδικασίες παραγωγής και μεγάλες αποστάσεις μεταφοράς, που συμβάλλουν στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου.
Τι είναι το Klima;
Το Klima είναι μια εφαρμογή Επαυξημένης Πραγματικότητας (AR) και Τεχνητής Νοημοσύνης (ΑΙ) που έχει σκοπό να ευαισθητοποιήσει τον χρήστη σε θέματα κλιματικής αλλαγής. Xρησιμοποιεί την κάμερα του κινητού για να σκανάρει το περιβάλλον και να εντοπίσει αντικείμενα που συμβάλουν στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και τότε παρέχει πληροφορίες που μπορούν να μειώσουν αυτές τις εκπομπές. Με την αναγνώριση εικόνας σε πραγματικό χρόνο και την ανάλυση περιβαλλοντικών επιπτώσεων, οι χρήστες λαμβάνουν συμβουλές και καθοδήγηση για να μειώσουν το αποτύπωμά του CO2 τους.
Πώς λειτουργεί το Klima;
Η χρήση της εφαρμογής μας έχει τα ακόλουθα βήματα:
Αρχικά προϋποθέτει είσοδο στο σύστημα ώστε να διατηρηθούν τα στοιχεία του χρήστη σε μία πλατφόρμα που θα δημιουργήσουμε μελλοντικά.
Στις βασικές επιλογές του menu, ο χρήστης έχει την δυνατότητα να συμμετάσχει σε ένα ενημερωτικό Quiz εντός της εφαρμογής για να βελτιώσει τις γνώσεις και την κατανόησή του για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις των καθημερινών αντικειμένων, δίνοντάς τη δυνατότητα να κάνει συνειδητές επιλογές για ένα βιώσιμο μέλλον.
Η βασική επιλογή της εφαρμογής είναι το AR Walkthrough. Με αυτή την επιλογή η κάμερα του κινητού ενεργοποιείται και ο χρήστης καλείται να στρέψει το smartphone του προς τα αντικείμενα που θέλει να ανιχνεύσει, όπως τηλεόραση, ψυγείο κλπ. Η εφαρμογή θα εντοπίσει μόνο αντικείμενα που συμβάλλουν στo φαινόμενο του θερμοκηπίου:
Όταν η εφαρμογή εντοπίσει ένα αντικείμενο, εμφανίζεται μια ειδοποίηση, η οποία εμφανίζει με animation το ποσοστό των εκπομπών CO2 που συνεισφέρει το στοχευμένο αντικείμενο σε σύγκριση με άλλα αντικείμενα καθημερινής χρήσης. Επιπλέον, μια επιπλέον ποσοστιαία ένδειξη παρουσιάζει τις ετήσιες εκπομπές που παράγονται από το αντικείμενο, διευκρινίζοντας στους χρήστες τις επιπτώσεις του στο περιβάλλον.
Πατώντας το κουμπί “Περισσότερα”, εμφανίζεται μια λεπτομερής σελίδα που δείχνει τις εκπομπές του αντικειμένου. Η σελίδα αποκαλύπτει την ετήσια παραγωγή CO2 σε τόνους, παρέχοντας μια σαφή κατανόηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεών της. Επιπλέον, οι χρήστες μπορούν να ανακαλύψουν ένα fun fact που αναδεικνύει καλύτερα την κλίμακα των εκπομπών του αντικειμένου. Τέλος, η σελίδα παρουσιάζει συγκριτικά στατιστικά στοιχεία, συγκρίνοντας τις εκπομπές CO2 του αντικειμένου σε διαφορετικές χώρες, προσφέροντας πολύτιμες πληροφορίες για τις παγκόσμιες παραλλαγές.
Πώς φτιάξαμε το Klima;
Για τον βασικό κώδικα χρησιμοποιήσαμε την Game Engine Unity3D με γλώσσα προγραμματισμού: C#. Η Unity 3D είναι μια μηχανή παιχνιδιών πολλαπλών πλατφορμών, κατάλληλη για ανάπτυξη 3D και 2D εφαρμογών. Προσφέρει ένα API δέσμης ενεργειών σε C# που υποστηρίζει πολλά πρόσθετα και εργαλεία.
Για τις ανάγκες της τεχνητής νοημοσύνης, συνδιάσαμε την Unity με το λογισμικό ανοιχτού κώδικα OpenCV, μια βιβλιοθήκη ανοιχτού κώδικα με ένα ευρύ φάσμα λειτουργιών και αλγορίθμων που επιτρέπουν στους προγραμματιστές να εκτελούν διάφορες εργασίες που σχετίζονται με την επεξεργασία εικόνας και βίντεο. Το OpenCV “διαβάζει” μοντέλα και αλγόριθμους για τον εντοπισμό και την παρακολούθηση αντικειμένων.
Το μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης που χρησιμοποιήσαμε για το OpenCV ονομάζεται YOLO. Το YOLO (You Only Look Once) είναι ένα μοντέλο ανίχνευσης αντικειμένων τελευταίας τεχνολογίας που χρησιμοποιεί νευρωνικά δίκτυα.
Για να χρησιμοποιηθεί το μοντέλο YOLO για την αναγνώριση αντικειμένων, χρειάστηκε να γίνει εκπαίδευση σε ένα μεγάλο σύνολο δεδομένων εικόνων από τα αντικείμενα που συμβάλλουν στις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου, όπως αναφέρθηκαν και παραπάνω. Για την εξυπηρέτηση της συγκεκριμένης παρουσίασης, εκπαιδεύσαμε το μοντέλο σε ένα περιορισμένο σετ αντικειμένων που μπορούν να αναγνωριστούν:
- Αυτοκίνητα
- Ψυγεία
- Τηλεοράσεις
- Φούρνοι
Για να ενσωματωθεί το μοντέλο YOLO στη Unity, μετατράπηκε σε μορφή ONNX με τη χρήση της Python βιβλιοθήκης PyTorch.
Σύνδεσμοι/Συμπεράσματα
Συνολικά, πιστεύουμε οτι με την εφαρμογή μας παρέχουμε ένα ισχυρό εργαλείο για την ευαισθητοποίηση σχετικά με τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις των καθημερινών αντικειμένων και ενθαρρύνουμε τον χρήστη να αναλάβει δράση για τη μείωση του αποτυπώματος άνθρακα.
- Github (αρχεία κώδικα): https://github.com/Hyperplexd/Klima
- Unity 3D: https://unity.com/
- ΟpenCV for Unity: https://enoxsoftware.com/opencvforunity/
- Lightship ARDK: https://lightship.dev/
- YOLO (Darknet): https://github.com/AlexeyAB/darknet
- YouTube video: https://youtu.be/Gwxj1RY9OOE
Κόστος
Χρησιμοποιήθηκε λογισμικό ανοικτού κώδικα και ένα κινητό τηλέφωνο τύπου Xiaomi μεσαίας δυναμικότητας. Ενδεικτικό κόστος: 300 ευρώ. Aναλυτικά:
- Μια συσκευή με κάμερα και οθόνη, όπως smartphone ή tablet. Συσκευές Android smartphone που υποστηρίζουν την τεχνολογία AR αναφέρονται στον σύνδεσμο: https://developers.google.com/ar/devices
- Πρόγραμμα υλοποίησης: Unity 3D (δωρεάν έκδοση). Γλώσσα προγραμματισμού: C#.
- Το Lightship ARDK, ένα δωρεάν κιτ ανάπτυξης λογισμικού (SDK) για τη δημιουργία εμπειριών επαυξημένης πραγματικότητας
- Το OpenCV for Unity, ένα δωρεάν port από Java σε Unity 3D για τo object detection
- Το open source YOLO (Darknet) μοντέλο, εκπαιδευμένο στο COCO dataset.
- Ένας υπολογιστής για την ανάπτυξη και τη δοκιμή της εφαρμογής
Η συνέχεια
- Θα εκπαιδεύσουμε ένα ακόμα πιο πλούσιο YOLO μοντέλο που θα περιλαμβάνει περισσότερα αντικείμενα, ώστε η εφαρμογή μας να γίνει ένα πραγματικά χρηστικό εργαλείο για τον χρήστη της.
- Θα ολοκληρώσουμε την online πλατφόρμα για εγγραφές, περισσότερες πληροφορίες, πλουσιότερο κουίζ, κλπ, ώστε να μπορούν οι χρήστες να συνεχίζουν την ενημέρωσή τους και τη διασκέδασή τους σε ένα δικτυακό τόπο.
- Θα ενσωματώσουμε ένα διαδραστικό “παιχνίδι” στην εφαρμογή, όπου δυο ή περισσότεροι χρήστες θα συνδέονται στο ίδιο περιβάλλον και θα καλούνται να “ανακαλύψουν” τα περισσότερα αντικείμενα. Ο πιο γρήγορος/αποτελεσματικός χρήστης θα κερδίζει. Οι βαθμοί του θα αναρτώνται σε ένα online Hall of Fame.
- Θα κάνουμε port της εφαρμογής σε iOS και σε παλιότερα android τηλέφωνα για να διευρύνουμε την βάση χρηστών.
Τί είπαν για εμάς
Ο γνωστός YouTuber / Graphic Designer Will Paterson έφτιαξε ένα βίντεο σχετικά με το πρωτότυπο λογότυπο που δημιουργήσαμε για την εφαρμογή μας.
- Δες το βίντεο εδώ: https://www.youtube.com/watch?v=-bwYtTjcjqc&ab_channel=WillPaterson
Συμμετέχοντες
Project/Oμάδα
Klima by AR Hawks
Σχολεία
1ο ΓΕΛ Ελευσίνας
1ο ΓΕΛ Αργυρούπολης
Μαθητές
Δημήτρης Συκάς (Α Λυκείου)
Παναγιώτης Τσότρος (Α Λυκείου)
Εκπαιδευτικός
Γρηγόρης Συκάς (Καθηγητής Φυσικής, 1ο ΓΕΛ Ελευσίνας)