自由放養(yǎng)的里索氏海豚（Grampus griseus）在塑料垃圾中游泳。資料來源：Massimiliano Rosso為Maelstrom H2020項目提供。

許多人都喜歡去海邊，不管是為了享受令人振奮的游泳帶來的身體上的好處，還是僅僅為了在海灘上放松，曬曬太陽。但是，這些簡單的生活的樂趣很容易被垃圾的存在所破壞，如果持續(xù)下去，會對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境和經(jīng)濟產(chǎn)生嚴(yán)重的負面影響。

如果你在2021年9月碰巧在克羅地亞杜布羅夫尼克的海岸附近，你可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了兩個機器人在海底搜尋碎片。在這個由兩個人組成的團隊中，一個已經(jīng)接受了識別廢物的訓(xùn)練，另一個則被訓(xùn)練成在籃子里收集廢物。這些機器人正開始執(zhí)行它們的首次任務(wù)，并首次在真實環(huán)境中接受測試，以衡量它們執(zhí)行某些任務(wù)的能力，如識別垃圾和在水下操縱。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)教授、SeaClear項目協(xié)調(diào)員巴特-德-舒特博士說："我們認為，我們的項目是第一個用機器人自動收集水下垃圾的項目。"

德舒特博士說："這些機器人是正在開發(fā)的清理水下垃圾的新創(chuàng)新的一個例子。海洋被認為包含了2200萬到6600萬噸的垃圾，這些垃圾在不同的地區(qū)有不同的類型，其中大約94%的垃圾位于海床上。例如，漁民丟棄的漁具，如漁網(wǎng)，在一些沿海地區(qū)很普遍，而塑料和玻璃瓶則大多出現(xiàn)在其他地區(qū)。我們有時還看到建筑材料（在水中），如混凝土塊或輪胎和汽車電池。"

意大利威尼斯海洋科學(xué)研究所-國家研究委員會（ISMAR-CNR）的研究員、漩渦項目的協(xié)調(diào)人Fantina Madricardo博士說："當(dāng)垃圾進入海洋時，它可以被水流帶到世界的不同地方，甚至污染偏遠地區(qū)。如果海洋動物吞下垃圾或被困在其中，它們會受到影響，而如果微小的碎片最終進入我們的食物，人類的健康也會受到威脅。這是一個非常嚴(yán)重的問題，我們需要加以解決。"

德舒特博士說："目前在一些海洋區(qū)域部署了人類潛水員來撿拾廢物，但這并不是一個理想的解決方案。但是有經(jīng)驗的潛水員可能很難找到，同時他們在水下的時間也受到空氣供應(yīng)的限制。有些區(qū)域也可能對人類不安全，比如說由于污染的原因。這些都是我們正在開發(fā)的自動系統(tǒng)可以克服的方面，（它）將比目前基于人類潛水員的解決方案更有效、更經(jīng)濟、更安全。"

一支尋找垃圾的機器人隊伍

德舒特博士和他的團隊正在為SeaClear項目建立一個系統(tǒng)的原型，該系統(tǒng)由四個機器人組成。

一個水下機器人將負責(zé)尋找垃圾，通過冒險接近海底，使用相機和聲納進行特寫掃描。當(dāng)海水清澈時，無人機還將通過在感興趣的區(qū)域上空飛行來幫助搜索垃圾，而在渾濁的區(qū)域，它將留意船只等障礙物。該系統(tǒng)將能夠通過人工智能區(qū)分垃圾和海底的其他物品，如動物和海草。一個算法將被訓(xùn)練成它可能遇到的物品的圖像，包括塑料瓶和魚，這樣它就能學(xué)會辨別它們并識別垃圾。

德舒特博士說："垃圾收集工作將由第二個水下機器人負責(zé)，它將撿起由其同伴映射出來的物品。它配備了一個抓取器和一個抽吸裝置，它將收集垃圾碎片并將它們放入一個放置在海底的系繩籃子里，隨后將被帶到水面。我們在杜布羅夫尼克附近做了一些初步測試，其中一個塑料瓶被故意放置，我們用抓取器機器人收集它。我們將有更多的實驗，我們將嘗試在更困難的情況下識別更多的垃圾，然后用機器人收集它們。"

對水下清理的影響

德舒特博士和他的同事們認為，他們的系統(tǒng)最終將能夠檢測到海底高達90%的垃圾，并收集大約80%的它所識別的垃圾。這符合歐盟在2030年前恢復(fù)我們的海洋和水域任務(wù)的一些目標(biāo)，該任務(wù)旨在通過減少海上的垃圾來消除污染和恢復(fù)海洋生態(tài)系統(tǒng)。

SeaClear的ROV TORTUGA被稱為 "清潔工 "機器人。它從海底收集垃圾。資料來源：SeaClear

德舒特博士說："當(dāng)該項目在2023年底結(jié)束時，該團隊預(yù)計在未來5到7年內(nèi)出售大約10個他們的自動化系統(tǒng)。他們認為沿海地區(qū)的地方政府會對此感興趣，特別是在旅游區(qū)，而公司也可能對購買該系統(tǒng)并提供清理服務(wù)或出租機器人感興趣。這是我們正在關(guān)注的兩個主要方向。"

瞄準(zhǔn)垃圾的熱點地區(qū)

馬德里卡多博士說："另一個團隊也在開發(fā)一個機器人系統(tǒng)來處理海底的垃圾，作為漩渦項目的一部分。然而，他們的第一步是確定水下垃圾堆積的熱點地區(qū)，以便他們知道應(yīng)該在哪里部署機器人。不同的因素，如水流，特定的廢棄物品下沉的速度，以及水下特征，如峽谷，都會影響到垃圾會聚集的地方。我們正在開發(fā)一個數(shù)學(xué)模型，可以預(yù)測垃圾的最終去向。"

他們的機器人系統(tǒng)正在威尼斯附近進行測試，該系統(tǒng)由一個帶有八根電纜的浮動平臺組成，這些電纜與一個移動機器人相連，該機器人將在其下方的海底移動，根據(jù)垃圾的大小，使用抓取器、鉤子或吸力裝置，將廢物收集在一個盒子里。機器人的位置和方向可以通過調(diào)整電纜的長度和張力來控制，最初將由平臺上的人操作。然而，利用人工智能，該機器人將學(xué)會識別物體，并最終能夠獨立運作。

水下垃圾的再利用

馬德里卡多博士和她的同事們還旨在回收所有被撿到的垃圾。第二個機器人將負責(zé)對回收的垃圾進行分類，并根據(jù)它的材質(zhì)進行分類，如有機材料、塑料或紡織品。然后，該項目將與從事材料回收的工業(yè)伙伴合作，改造他們所回收的東西。

骯臟和混合的廢塑料很難回收，因此該團隊使用了在早期marGnet項目下開發(fā)的便攜式熱解工廠，將廢塑料變成燃料，為他們的清除技術(shù)提供動力。這符合歐盟向循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的目標(biāo)，即現(xiàn)有產(chǎn)品和材料盡可能長時間地被重新利用，這是歐洲綠色交易和塑料戰(zhàn)略的一部分。馬德里卡多博士說："我們想證明，你真的可以嘗試回收一切，這并不容易。"

利用氣泡來清理河流

馬德里卡多博士和她的同事們還在開發(fā)第二項技術(shù)，重點是清除漂浮在河流中的垃圾，以便在它們進入海洋之前就能被攔截。一個被稱為 "氣泡屏障 "的氣泡幕將通過泵送空氣通過一個放置在河底的穿孔管來形成，這將產(chǎn)生一個向上的電流，將垃圾引向表面，并最終引向河岸，在那里將其收集。

該系統(tǒng)已經(jīng)在荷蘭的運河中進行了測試，目前正在葡萄牙波爾圖北部的一條河流中進行試驗，預(yù)計將于6月在那里實施。馬德里卡多博士說："這是一個簡單的想法，不會對（船只）航行產(chǎn)生影響，我們相信它也不會對動物群產(chǎn)生負面影響，但我們將檢查這一點。"

盡管新技術(shù)將有助于解決水下垃圾問題，但馬德里卡多博士和她的團隊也旨在減少最終進入水體的廢物數(shù)量。因此，"漩渦 "項目涉及外展工作，如有組織的沿海清潔運動，以告知并讓公民了解他們可以做什么來限制海洋垃圾。馬德里卡多博士說："我們真的相信，（社會）需要一種改變，有一些技術(shù)（可用），但我們也需要做出集體努力來解決這個問題。"