Robot AI phân loại rác thải

Tại một nhà máy tái chế Bắc Virginia, các cánh tay robot giống con nhện khổng lồ sử dụng công nghệ thị giác máy tính chia rác vào từng thùng riêng biệt.

Đối với hơn 600 cơ sở tái chế đang hoạt động tại Mỹ, robot của công ty AMP Robotics được coi là giải pháp tối ưu cho vấn đề nhân công mà ngành này đang gặp phải. Trước khi đại dịch bùng phát, sản phẩm của AMP Robotics cũng đã được nhiều khách hàng để mắt tới, nhưng tình hình kinh doanh của hãng thực sự bùng nổ khi các nhà máy tái chế liên tục quá tải vì không thể tuyển đủ lao động. Matanya Horowitz, Nhà sáng lập và cũng là CEO của AMP Robotics, cho biết: “Phân loại rác là một công việc nhàm chán, không hiệu quả và rất nguy hiểm. Chưa kể trong thời gian dịch bệnh như hiện nay, ai biết được liệu những thứ đó có bắt nguồn từ người mắc Covid-19 hay không?”.

Robot của AMP có khả năng phân loại 80 mảnh vật liệu một phút, gấp đôi năng suất của con người. Ảnh: Forbes.

Robot của AMP có khả năng phân loại 80 mảnh vật liệu một phút, gấp đôi năng suất của con người. Ảnh: Forbes.

Thành lập năm 2017, công ty AMP, có trụ sở tại Louisville, Colorado, đã bán và cho thuê 100 dây chuyền robot sử dụng công nghệ AI cho hơn 40 nhà máy tái chế khắp Bắc Mỹ, châu Âu và Nhật Bản. Dù giá mỗi bộ robot này không hề rẻ, lên tới 300.000 USD, nhiều trung tâm tái chế vẫn quyết định đầu tư số vốn lớn lắp đặt hệ thống máy móc hiện đại với hy vọng có thể cắt giảm lượng nhân công và tăng năng suất làm việc.

CEO Matanya Horowitz, 33 tuổi, tỏ rõ sự thích thú khi trả lời những câu hỏi về chủ đề tự động hóa. Tuổi thơ của anh tại Boulder, Colorado, gắn liền với những series phim hoạt hình robot nổi tiếng, như Transformers hay Voltron. Cha của anh là giáo sư kỹ thuật Isaac Horowitz, nhà khoa học nổi tiếng với những đóng góp quan trọng cho lý thuyết điều khiển tự động, một nhánh liên ngành của kỹ thuật và toán học, liên quan đến hành vi của các hệ thống động lực được sử dụng nhiều trong máy bay chiến đấu và nhà máy hóa chất. Dù không được định hướng đi theo con đường của cha, Horowitz cuối cùng vẫn quyết định nghiên cứu về toán học và nhận được bằng Tiến sĩ sau đó. “Đó có thể là do di truyền, ngoài ra tôi cũng nghĩ nền tảng toán học sẽ rất cần thiết cho ngành robot và trí tuệ nhân tạo”, Horowitz nói.

Horowitz đẩy nhanh quá trình học tập của mình với việc học các kiến thức đại học ngay từ thời gian học trung học và hoàn thành cả bằng cử nhân và thạc sĩ về kỹ thuật điện của Đại học Colorado Boulder (cùng với ba bằng khác về khoa học máy tính, toán học ứng dụng và kinh tế) trong bốn năm. Anh kể anh từng hack thành công vài con robot hút bụi trong phòng thí nghiệm và điều khiển chúng cùng nhau di chuyển một chiếc ghế. Sau đại học, Horowitz chuyển đến California, theo đuổi tấm bằng Tiến sĩ và tập trung tạo dựng sự nghiệp chế tạo robot tại Viện Công nghệ California, Caltech.

Trong quá trình học tập tại Caltech, Horowitz đã bị thu hút bởi công nghệ deep learning mới nổi lúc bấy giờ, cho phép robot nhìn mọi thứ xung quanh thông qua thị giác máy tính. Trong khi các kỹ sư khác theo đuổi những công nghệ hào nhoáng, như ôtô tự hành hay máy bay không người lái, Horowitz nhận thấy lĩnh vực tái chế đang rất thiếu sự hỗ trợ từ công nghệ. Anh nhận ra rằng ngành công nghiệp này có thể dễ dàng áp dụng công nghệ tiên tiến mà không sợ phải cạnh tranh với các ông lớn như Google hoặc Lockheed Martin. CEO của AMP cũng bị thu hút bởi ý tưởng sử dụng robot để giảm lượng chất thải không được tái chế nhằm cải thiện môi trường.

Để tìm hiểu về cách thức phân loại và tái chế rác thải, Horowitz đã nhiều lần đích thân tới các cơ sở tái chế xung quanh Los Angeles. Anh kể: “Công việc vất vả và môi trường làm việc cực kỳ khó chịu. Tôi từng nhìn thấy một công nhân suýt nữa bị chôn vùi khi cố gắng kéo một bình tưới cây cũ ra khỏi một đống rác. Tôi nghĩ chính môi trường làm việc nguy hiểm này đã khiến ngành công nghiệp phân loại và tái chế rác mong mỏi được hiện đại và tự động hóa.

Mùa thu năm 2014, Horowitz từ bỏ chương trình nghiên cứu sau tiến sĩ tại Caltech và chuyển về quê Colorado để thành lập AMP Robotics. Vào lúc đó, ý tưởng về robot tái chế đã được khá nhiều người nghĩ đến, nhưng chỉ trở thành hiện thực sau khi tốc độ xử lý của máy tính đạt ngưỡng đủ nhanh, cho phép mở ra tiềm năng của deep learning để biến đổi các robot sản xuất ôtô thành một loại robot phân loại rác trên băng chuyền mới.

Horowitz sử dụng AI để dạy robot cách nhận biết đồ vật dựa trên màu sắc, hình dạng, kết cấu và logo. Ảnh: Forbes.

Horowitz sử dụng AI để dạy robot cách nhận biết đồ vật dựa trên màu sắc, hình dạng, kết cấu và logo. Ảnh: Forbes.

Các robot thực hiện công việc phân loại và tái chế trên thực tế đã hiện diện ở châu Âu khá lâu so với Mỹ. Ví dụ, công ty Bollegraaf trụ sở tại Hà Lan đã nộp bằng sáng chế cho robot tái chế từ những những năm 1990, dựa trên công nghệ quang phổ và chiều cao của vật thể để phân loại rác. Trong khi đó, công ty ZenRobotics có trụ sở tại Helsinki, Phần Lan, đã có những công cụ phân loại và phá dỡ vật liệu xây dựng sử dụng camera mã hóa màu, cảm biến laser và máy dò kim loại dựa trên nghiên cứu về robot thần kinh. Các robot của Horowitz cũng có cách tiếp cận tương tự, nhưng tập trung vào tái chế theo dòng băng chuyền, nơi tất cả giấy báo, bìa cứng và nhựa sắp xếp lộn xộn với nhau. Lĩnh vực deep learning có thể được dùng để dạy cho robot cách nhận dạng các vật thể dựa trên màu sắc, hình dạng, kết cấu và logo.

Trong hai năm đầu, Horowitz và đội ngũ gần 10 người của AMP chế tạo thành công một robot có thể hoạt động chỉ bằng nguồn tài trợ hạn hẹp từ chính phủ. Robot ban đầu được chế tạo bằng gỗ và vòi làm vườn thay vì các vật liệu tiêu chuẩn như nhôm công nghiệp, tạo ra một chiếc máy rẻ tiền chỉ nặng hơn 15 kg. Trong một số trường hợp, các bộ phận của robot thậm chí đã bị xé toạc sau khi quá nhiều hạt bụi giấy tích tụ bên trong cỗ máy.

Cuối năm 2016, nhóm nghiên cứu của AMP đã tìm ra giải pháp lâu dài với hệ thống khung robot hình nhện, nặng hơn 800 kg. Tuy nhiên, lúc này đội ngũ kỹ sư gặp khó khăn trong quá trình sử dụng cánh tay robot để gắp chính xác đồ vật. Một tuần trước đợt vận chuyển đầu tiên cho cơ sở ở Nebraska, robot của AMP vẫn đang chật vật nhặt bình sữa. Thông thường, cánh tay robot sẽ dùng một lực mạnh để làm phẳng chai, và nắp của nó sẽ văng ra. Tuy nhiên, cứ sau khoảng 500.000 bình sữa, hoặc hai tuần sử dụng, cơ chế này sẽ bị lỗi. Horowitz nhớ lại: “Có thể nói một cách hài hước là bình sữa sẽ đánh trả khi bị đập quá nhiều lần khiến sau một khoảng thời gian cánh tay của robot sẽ bị bung ra”.

Horowitz phụ trách tìm ra giải pháp sử dụng cánh tay robot dạng giác hút để gắp vật liệu nhựa. Bí quyết là điều chỉnh lực từ cánh tay lúc tăng tốc và giảm tốc, đồng thời thay đổi độ đàn hồi của lò xo để nó va vào bình sữa một cách nhẹ nhàng như một chiếc gối chứ không phải là một miếng bê tông. Trong vòng một tuần, Horowitz đã có nguyên mẫu mới. Rob Writz, giám đốc phát triển kinh doanh của AMP cho biết: “Horowitz đã giải quyết vấn đề đó trong một tuần vì anh ấy có lẽ thông minh hơn mọi người gấp 10 lần”.

Năm 2017, Horowitz và nhóm nghiên cứu đã khắc phục được tất cả các lỗi trên robot liên quan tới công nghệ thị giác máy tính. Anh đã đưa robot tới các nhà đầu tư mạo hiểm và huy động được 3,2 triệu USD vào tháng 10 năm đó, cho phép công ty nhập được nguyên liệu và thiết bị chất lượng cao. Năm tiếp theo, AMP trúng gói thầu cung cấp công nghệ trí tuệ nhân tạo cho Machinex của Canada, một trong những công ty hàng đầu trong lĩnh vực sản xuất thiết bị tái chế, nhanh chóng đưa tên tuổi của mình ra thị trường.

Doanh số bán hàng của AMP bắt đầu tăng vào năm 2019 khi công ty Single Stream Recyclers có trụ sở tại Sarasota, Florida, mua tổng cộng 15 hệ thống robot phân loại rác. Các robot của AMP được cho đã giúp các cơ sở của hãng này cắt giảm chi phí vận hành, tăng năng suất, từ đó tiếp nhận thêm một lượng rác đáng kể để phân loại. Cũng trong năm 2019, RDS of Virginia, có trụ sở tại Portsmouth, đã ký hợp đồng thuê 5 năm đối với 4 robot, 2 để tách vật liệu và 2 để kiểm soát chất lượng. Chủ tịch của RDS, ông Joe Benedetto nói: “Ngay cả trước đại dịch, nhà máy của chúng tôi cũng không thể tuyển đủ số lượng công nhân làm việc. Dù đã trả lượng cao hơn mức tối thiểu, chúng tôi vẫn không tìm được người, nếu tìm được, họ cũng chỉ làm được vài tuần và nghỉ việc”.

Theo nhà tư vấn Juri Freeman, mặc dù công nghệ của AMP còn khá mới mẻ, lợi ích kinh tế mà nó đem lại cho các cơ sở tái chế là không hề nhỏ. Hệ thống robot của AMP có mức giá khá cao nhưng tuổi thọ có thể đạt từ 5 đến 10 năm hoặc thậm chí có thể lâu hơn. Các robot có năng suất cao hơn nhiều so với con người, với khả năng nhặt 80 mảnh vật liệu mỗi phút so với 40, vì vậy mỗi robot có thể xử lý công việc của ít nhất hai nhân viên, đồng thời cho phép những công nhân này làm các công việc giám sát khác tại trung tâm tái chế . Lương trung bình một công nhân tại nhà máy phân loại là 25.000 USD/năm. Nếu tính thêm các chi phí đào tạo, lương thưởng hay bảo hộ lao động, chỉ cần hai nhân viên đã tiêu tốn ít nhất 70.000 USD một năm của một cơ sở tái chế, như vậy, khoản đầu tư 300.000 USD có thể hòa vốn sau 3 đến 4 năm.

Đây có thể là một vụ đánh cược dài hạn. Tuy nhiên, robot vẫn còn một điểm cộng. Vì robot phân loại rác chính xác hơn con người nên các cơ sở tái chế, vốn phải hoạt động với tỷ suất lợi nhuận thấp, sẽ có thể cải thiện được số lượng vật liệu tái chế mà họ bán được. Điều này đặc biệt quan trọng hiện nay khi các cơ sở tái chế đang phải vật lộn để tìm thị trường mới sau khi Trung Quốc cấm nhập khẩu hầu như tất cả chất thải từ năm 2018. Quyết định này đã dẫn đến một lượng lớn vật liệu tái chế thô, trước đây được Trung Quốc mua lại, đã bị chôn lấp cùng các loại rác khác. Trên thực tế, theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ, tỷ lệ vật liệu được tái chế ở nước này chỉ ở mức 35%. “Đó là lúc AMP xuất hiện. Nó có thể giúp các cơ sở tái chế thu được được những nguồn nguyên liệu sạch nhất và tốt nhất, từ đó có thể bán chúng với giá trị cao hơn”, chuyên gia tư vấn Freeman nói.

Năm nay, doanh số bán robot của AMP đã tăng nhanh nhờ Covid-19. Không chỉ bởi lý do thiếu nhân lực ở các nhà máy tái chế mà còn bởi sự gia tăng mua sắm trực tuyến đã khiến hàng tỷ hộp các tông từ Amazon trở thành rác thải. Horowitz nói: “Các cơ sở tái chế đang xem xét việc đặt các đơn hàng lớn hơn. Thay vì mua một, họ có xu hướng mua một tổ hợp 6 robot cùng một lúc”.

Horowitz hình dung robot của mình có thể biến rác thành sản phẩm hữu ích, giống cách thổ dân da đỏ tận dụng thịt, da và thậm chí cả phân của mỗi con trâu mà họ giết. “Bạn đang có tất cả những thứ mà mình cần – chai nhựa, gỗ, vách thạch cao. Nhưng bằng cách nào đó, nó lại biến thành những thứ vô giá trị khi nằm trong thùng rác. Tại sao chúng ta không sử dụng mọi bộ phận của trâu?”, anh nói.

Đăng Thiên (theo Forbes)

Nguồn : vnexpress.net