Предметы, собранные роботами, окружают нас повсюду. Если сегодня вы пользовались автомобилем, бытовой техникой или смартфоном, вы пользовались вещью, которую хотя бы частично собрал робот. И чем больше товаров производители хотят выпускать — а покупатели потреблять — по низкой цене, тем больше промышленных роботов для этого потребуется.
Роботизированная система разборки умеет откручивать, перемещать и высверливать элементы неисправных устройств, сохраняя ценные детали в целости. Источник изображения — spectrum.ieee.org
По данным Международной федерации робототехники, в мире сегодня работает более 4 миллионов промышленных роботов, а к 2030 году их число, по прогнозам, превысит 16 миллионов. Вопрос, который отрасль до сих пор старательно обходила: что делать со всей этой техникой, когда она начнёт выходить из строя. Ответ пытаются дать исследователи Технологического института Карлсруэ (KIT) в Германии. Разработанная ими система умеет предсказать характер поломки изделия и разобрать его, не повредив дорогие узлы. Чтобы развитие робототехники оставалось устойчивым, разбирать, перерабатывать и пересобирать придётся в том числе и сами роботизированные системы.
Система состоит из двух частей: предсказательного алгоритма, который выдвигает гипотезу о том, что именно сломалось, и манипуляторов, которые физически разбирают изделие. На каждом шаге установка сверяет полученный результат с прогнозом и при расхождении меняет тактику. В ролике ниже она начинает с выкручивания неисправного узла: чтобы имитировать прикипевший винт, исследователь подменяет его. Обнаружив, что винт остаётся на месте, система переключается на фрезеровку материала вокруг и снимает деталь силой.
Собирать изделие из новых деталей просто, объясняет Ян Баумгертнер, один из авторов системы: каждый шаг чётко расписан и отклонений не предполагается. А вот разбирать сломанное — занятие непредсказуемое. «Мы можем представить сотню способов, которыми что-то может пойти не так». И если начать разборку, не понимая характера поломки, часть работы придётся отменять уже по ходу дела. Классический пример: две детали держатся на сотне винтов, и последний оказывается прикипевшим — значит, все девяносто девять были откручены зря, потому что деталь с самого начала следовало снимать другим способом.
Как разобрать изделие, о котором ничего не известно
Система KIT опирается на CAD-модель как всего изделия, так и каждой детали: так она понимает, как узлы должны себя вести, и замечает любое отклонение от нормы. Дополняет её математическая модель, предсказывающая характер повреждения конкретного элемента.
Получив сломанное устройство и его CAD-модель, установка сначала строит гипотезу о том, как должна двигаться каждая деталь. Оси, вдоль которых элемент способен перемещаться, называют степенями свободы: винт, например, должен вращаться, но не ходить вбок. Манипулятор аккуратно подталкивает каждую деталь и смотрит, совпадает ли реальное движение с ожидаемым. По характеру отклонения математическая модель делает вывод о поломке: закисшая деталь двигается меньше, чем должна, разболтанный винт — больше, а деформированный элемент вообще получает не те степени свободы, что заложены в чертеже.
Отсюда же следует и главное ограничение подхода: системе нужна CAD-модель изделия и каждой его детали. Для собственной продукции завода или для промышленного узла с открытой документацией это не проблема, а вот для чужой бытовой электроники такие модели производители почти никогда не публикуют. Пока этот вопрос не решён обменом данными между вендорами и переработчиками, метод останется инструментом для тех, кто разбирает то, что сам же и собрал.
План разборки формируется в самом начале и уточняется на ходу. Скажем, ослабший винт почти невозможно распознать по стартовой фотографии изделия, но стоит системе его пошевелить — и она видит, что тот двигается свободнее нормы, после чего учитывает это в дальнейших действиях. Отдельная возможность — заранее указать установке, какие детали важнее всего извлечь неповреждёнными: под этот приоритет она перестроит стратегию, даже если разборка станет дольше.
Автоматизированная экономика замкнутого цикла
Мотив Баумгертнера — приблизить экономику замкнутого цикла, в которой старые устройства чинят, а не выбрасывают, сокращая объём отходов. «Большое будущее — это спасение нашей планеты», — говорит он. Важное уточнение: система рассчитана на изделия вообще, а не только на роботов, так что тот же подход применим к бытовой электронике, инструментам и промышленным узлам.
Показателен и сам приём с фрезеровкой: он разрушает крепёж, но делает это адресно, снимая ровно тот материал, который мешает извлечь узел. Для переработчика это принципиальная разница — либо аккуратно освободить плату, мотор или редуктор и вернуть их в оборот, либо отправить весь корпус в шредер, где ценные компоненты превращаются в смешанную фракцию и теряют большую часть стоимости.
В перспективе исследователь видит масштабирование нынешней установки из нескольких манипуляторов до целого парка рук, каждая из которых оснащена своим инструментом и специализируется на отдельном этапе разборки. Такая линия смогла бы разбирать широкий спектр изделий — по сути, зеркальное отражение автомобильного завода, только работающее в обратную сторону. Или, как формулирует сам Баумгертнер, «гигантский робот с сотней рук».
Конечная цель — полностью автоматический цикл: извлечь неисправную деталь, заменить её и собрать устройство обратно. Именно тогда замкнутая экономика заработает по-настоящему: люди начнут менять сломанные узлы в старой технике вместо покупки новой.
«Поэтому нам и нужно думать о масштабировании. Потому что это означает, что ремонт станет настолько дешёвым, что чинить электронное устройство будет выгоднее, чем производить новое. Вот в чём цель», — говорит Баумгертнер.
Практический смысл разработки понятен и за пределами лабораторий: электроника остаётся одним из самых быстрорастущих типов отходов, а ручная разборка стоит дорого именно потому, что каждое изделие ломается по-своему и требует отдельного решения. Автоматика, умеющая на лету менять стратегию, снимает ровно это ограничение — и заодно повышает шансы на то, что дорогие компоненты вроде плат, моторов и редукторов вернутся в оборот, а не уедут в шредер вместе с корпусом.
Работа была представлена на международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации (ICRA 2026) в Вене.
