Устойчиви и енергийноефективни роботи

• С нарастващия фокус върху устойчивото производство индустриалните роботи непрекъснато еволюират по посока по-зелени материали, технологии и компоненти
  
  
• Роботите могат значително да допринесат за изпълнението на формулираните от ООН цели за устойчиво развитие
  
  
• Интелигентното енергийно управление в роботиката може да намали глобалното търсене на енергия в индустрията с една десета до 2030 г.

С нарастващия фокус върху устойчивото производство индустриалните роботи непрекъснато еволюират по посока по-ниска консумация на енергия, оптимизирано задвижване и интелигентни режими на работа. Решенията от последна генерация съчетават енергийна ефективност с по-екологични (биоразградими, по-издръжливи и многократно използваеми) материали, дълъг експлоатационен живот и възможности за по-лесно разглобяване и по-пълно рециклиране. Минимизиране на въздействието им върху околната среда в бъдеще ще се търси чрез по-устойчиви и адаптивни дизайни, функции за самовъзстановяване, енергийноефективен хардуер и усъвършенствани системи за управление, които по-добре балансират изчислителната мощ с консумацията на енергия.

Зелени тенденции и експертни прогнози

Човешката дейност, особено индустриалната, нанася сериозни щети върху състоянието на планетата. В опит да спре този процес и да обърне посоката му съвременното поколение залага на мощта на технологиите, не само за да ги използва като инструмент на по-устойчиви практики, но и за да ги оптимизира и превърне от проблем в решение за по-зелено бъдеще. Все по-отчетлив фокус разработчици, производители и потребители на роботи в модерната епоха поставят върху устойчивостта, кръговата икономика, енергийната и ресурсната ефективност и декарбонизацията. Самите роботи, независимо дали са индустриални, колаборативни, хуманоидни, сервизни или пък безпилотни летателни системи, дали са с фиксирана база, мобилни и/или автономни, могат значително да допринесат за изпълнението на целите на ООН за устойчиво развитие.

Това не се случва единствено “активно” – чрез участие в дейности, намаляващи въглеродния отпечатък, а и “пасивно” – посредством подобрения в дизайна, технологиите и функциите. Фокусът вече не е само върху машината като съвкупност от компоненти, а върху целия й жизнен цикъл – от материалите, вложени в производството й, през възможностите за по-устойчив дизайн и по-дългосрочно използване, по-икономична работа, ретрофит, смяна на предназначението, повторно оползотворяване на частите и материалите и минимални количества отпадъци при окончателно извеждане от експлоатация.

В духа на принципите на кръговата икономика индустриалните роботи, които вече наброяват над 4,5 млн. единици в световен мащаб, все по-масово се проектират с акцент върху модуларизацията и рециклирането. Според актуално проучване на McKinsey оползотворяването на компоненти и материали от излезли от употреба роботи може да намали въглеродните емисии в производствения етап с до 60%.

Наред с концепциите за зелено производство и зелена трансформация на индустрията се обособяват и конкретни тенденции в роботиката, насърчаващи разработването и използването на по-устойчиви и енергийноефективни роботи. Ползите не са само за потребителите, които имат възможност значително да редуцират разходите си за енергия и ресурси и да получат по-голяма възвръщаемост на инвестицията си чрез по-дългогодишно използване. Те не облагодетелстват единствено и производителите, при които преимуществата дори надхвърлят дългосрочните икономически ползи и покриването на все по-строгите регулации, като добавят значителна стойност по отношение на реномето. Позитивите реално са за човечеството в цялост – скорошно изследване на Международната агенция по енергетика сочи, че интелигентният енергиен мениджмънт в роботиката може да намали глобалното търсене на енергия в индустрията с една десета до 2030 г. Данни на Световния икономически форум пък показват картината и от малко по-различен ъгъл – до 2035 г. над три четвърти от производствените процес по света могат да бъдат автоматизирани посредством роботи, използващи възобновяеми източници на енергия, а по този начин е възможно да се намали въглеродният отпечатък на сектора наполовина.

Ключова се оказва ролята на изкуствения интелект в двойния преход към устойчивост и дигитализация. Тази технология има все по-активно участие не само в управлението на роботи, но и в тяхното проектиране, оптимизирайки всеки възможен аспект, влияещ върху потреблението на енергия и ресурси. Доклад на PwC изчислява, че средствата за автоматизация, базирани на AI, биха могли да повишат световния брутен вътрешен продукт с близо 16 трилиона щатски долара до края на десетилетието, като значителна част от този ръст може да произтече от подобрения в сферата на енергийната ефективност.

Петте основни стълба на устойчивостта в роботиката

За да станат факт тези прогнози, експертите изтъкват, че е необходимо активно международно сътрудничество в областта на стандартите за устойчивост. Европейският съюз вече е заложил амбициозна цел за въглеродно неутрално производство до 2050 г., а устойчивите роботи ще играят ключова роля в постигането й. Макар потенциалните ползи да са внушителни, пред зелената трансформация на роботиката и индустрията в цялост продължават да стоят редица нелеки предизвикателства.

Първоначалните инвестиции остават непосилни за много компании, особено в малкия и средния сегмент, а бързата възвръщаемост все още не се взема предвид от голям процент от предприятията. Изследване на Deloitte сочи, че бизнесите, възприемащи устойчиви практики в областта на роботиката, могат да възвърнат капиталовложенията си в срок от 3 до 5 години благодарение на икономии на енергия и суровини и намаляване на загубите и отпадъците.
Експертите открояват пет основни стълба на устойчивостта и енергийната ефективност в роботиката – оптимизиран дизайн, интелигентно управление, възстановяване на енергия, устойчиво потребление и цялостна интеграция в рамките на жизнения цикъл.

Основен фокус при проектирането на хардуерните компоненти е изначално намаляване на енергийната консумация – “by design”. За целта се залага на олекотени конструкции, подобрени геометрии, кухи структури и усъвършенствани материали (алуминиеви сплави, композити, полимери и т. н.) за намаляване на масата и необходимия въртящ момент на двигателите. Паралелно с това се повишават изискванията за ефективност към моторите, задвижванията и изпълнителните механизми, които трябва да превръщат повече електрическа енергия в механично движение.

Сред предпочитаните подходи са сервоуправлението, полупроводниковите усилватели, регенеративните спирачни системи (които възстановяват кинетичната енергия при спиране или забавяне и я връщат обратно в системата) и програмите за адаптивно потребление. AI базираните технологии позволяват по-ефективно управление на движението, скоростта и въртящия момент на база данни от интелигентни сензори. На ниво компонент оптимизация се постига чрез нискофрикционни механизми, като прецизни лагери, усъвършенствани смазки и подобрени предавателни системи.

Стремежът на производителите е към по-компактни и модулни архитектури, по-малко триене и топлина и по-дълговечни и издръжливи части, произведени с (и използващи) по-малко енергия и материали. Съвременните сензори и контролери осигуряват прецизни траектории на роботите, намаляват ненужните движения и следят потреблението на енергия в реално време. А по-ефективната силова електроника, включително оптимизирани инвертори и преобразуватели, минимизира загубите и динамично регулира напрежението. Ключова е ролята на платформите за симулации, дигиталните двойници и прогнозната поддръжка, тъй като те позволяват моделиране и оптимизиране на енергийното потребление много преди реалното внедряване на роботите, както и преди възникване на условия за неефективната им работа.

Иновации

Интелигентното управление на движението в роботиката може да допринесе за намаляване на потреблението на енергия с от 10 до 30 на сто, сочат изчисленията на специалистите. Хардуерните подобрения се съчетават със софтуерни нововъведения, които подобряват това как и кога се използва енергията. Производителите на роботи все по-често интегрират в системите си AI базирани платформи за енергиен мениджмънт, които осигуряват мониторинг, анализ и оптимизация на потреблението и работата на роботите в реално време. Особен потенциал за икономии и повишаване на устойчивостта чрез балансиране на натоварването и потреблението е налице при автономните мобилни роботи, които формират все по-многобройни флотилии в цеховете, складовете и логистичните центрове.

Умното планиране на маршрути, минимизирането на разстоянията за пробег, предотвратяването на задръствания и работа “на празен ход”, както и системите за батериен мениджмънт, които оптимизират зареждането, разпределението и използването на енергия, са сред иновациите, които представляват значителни достижения в този сегмент. От ключово значение за устойчивостта на роботите са и енергоспестяващите режими извън работните цикли, включително оставане в готовност (standby) или преминаване към хибернация. Енергийноефективното управление на движението намалява необходимата енергия за задвижване и удължава живота на батерията.

А постепенното заменяне на товарните и превозни платформи с конвенционални двигатели с вътрешно горене от електрически задвижвани транспортни средства цялостно редуцира вредните емисии и оперативните разходи на предприятията.

Благодарение на всички описани подобрения при индустриалните, мобилните и други често използвани роботи, енергийното им потребление намалява драстично. В същото време се повишава съвместимостта им с енергийните мрежи, намаляват се изискванията за охлаждане и поддръжка и се оптимизират инфраструктурните разходи за бизнеса.