（圖源：?Fraunhofer IFF，經(jīng)許可使用）

電子廢棄物正在不斷堆積。全球每年會產(chǎn)生超過5000萬噸電子廢棄物[1]，所以尋找一種高效、可擴(kuò)展的回收解決方案是一個迫在眉睫的需求。在美國，電子廢棄物管理主要由州級法規(guī)和私營回收企業(yè)負(fù)責(zé)，自動化可能是大規(guī)模解決這一問題的關(guān)鍵。本文將探討當(dāng)今電子廢棄物處置面臨的挑戰(zhàn)，以及諸如Fraunhofer IFF這樣的機(jī)構(gòu)如何致力于克服這些挑戰(zhàn)。

如何處置五花八門的過時電子產(chǎn)品？

電子產(chǎn)品回收面臨的最大挑戰(zhàn)之一，是回收中心接收的電子產(chǎn)品種類繁多?；厥杖藛T需要處理來自手機(jī)、筆記本電腦、工業(yè)設(shè)備等各類產(chǎn)品中各式各樣的元器件，其中許多都缺乏數(shù)字化的電路圖、物料清單、裝配圖紙或標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，致使回收人員難以辨別哪些材料可以回收。

傳統(tǒng)回收流程包括手動拆解設(shè)備以分離金屬、塑料和電路板。正如您所想象的那樣，這是一個耗費時間和人力的過程，有時甚至要直接處理危險物質(zhì)。在很多情況下，電子設(shè)備會被直接粉碎。雖然這樣的方法可以回收金和銀等材料，但包括稀土元素在內(nèi)的其他關(guān)鍵原材料往往就流失了。

Fraunhofer IFF機(jī)器人系統(tǒng)以及輔助、服務(wù)和工業(yè)機(jī)器人部門經(jīng)理José Saenz博士向我們介紹了這一過程面臨的挑戰(zhàn)：“他們會把收進(jìn)來的舊電腦、舊手機(jī)粉碎成一灘爛泥，然后通過某種化學(xué)方法，把金、銀、鉑之類的金屬提取出來。但這種方法只能提取金屬，卻不能分離塑料，所以塑料基本上只能被焚燒掉。”

材料回收效率低下，是打造真正循環(huán)電子經(jīng)濟(jì)體系的最大障礙之一。這一體系要求電子產(chǎn)品在設(shè)計階段就考慮到耐用性和可回收性。

革新拆解工藝

為了解決這些問題，Saenz及其團(tuán)隊一直在使用人工智能（AI）驅(qū)動的機(jī)器人技術(shù)來實現(xiàn)自動化拆解。與依賴預(yù)定義程序的傳統(tǒng)自動化不同，現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠利用計算機(jī)視覺、力敏執(zhí)行器和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)來處理難以預(yù)測的材料[2]。

Saenz介紹了其團(tuán)隊的“面向再制造與回收利用的智能拆解”（iDEAR）項目（圖1）。該項目目前專注于一種產(chǎn)品類型，但團(tuán)隊計劃在未來擴(kuò)展應(yīng)用范圍：“我們目前專注于個人電腦，目標(biāo)是取出主板以便進(jìn)一步處理。我們希望這項工作能夠?qū)崿F(xiàn)自動化；但我們的核心思路是，如果能夠正確地建立起這個流程，那么就可以推廣到其他產(chǎn)品上?！?/p>

圖1：iDEAR項目在個人電腦上的實際應(yīng)用。通過自動化拆解舊電子設(shè)備，回收有價值的材料并減少電子廢棄物。（圖源：?Fraunhofer IFF，經(jīng)許可使用）

該團(tuán)隊并沒有采用對機(jī)器人進(jìn)行編程，使之遵照固定的X、Y、Z坐標(biāo)的方法，而是開發(fā)了基于故事板的通用拆解序列。所以，機(jī)器人可以動態(tài)地確定所需工具，減少對人工干預(yù)的依賴，并使整個流程可以推廣到其他電子產(chǎn)品上。

傳感器、AI視覺和力敏機(jī)器人

Fraunhofer團(tuán)隊正使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)和模仿學(xué)習(xí)兩種方法訓(xùn)練其機(jī)器人評估和拆解設(shè)備。

在強(qiáng)化學(xué)習(xí)中，機(jī)器人嘗試以不同的方式拆除組件，并因正確操作而獲得獎勵，從而逐步提升能力。在模仿學(xué)習(xí)中，人類操作員引導(dǎo)機(jī)器人完成拆解流程，機(jī)器人通過模仿這些動作進(jìn)行學(xué)習(xí)（圖2）。這些方法使系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種設(shè)備，無需采用預(yù)先編程的指令。

圖2：一名研究人員正通過操控機(jī)械臂的方式對其進(jìn)行訓(xùn)練，使其能夠自主拆解電子設(shè)備。（圖源：?Fraunhofer IFF，經(jīng)許可使用）

他們的系統(tǒng)包含以下技術(shù)：

計算機(jī)視覺和AI：先進(jìn)的物體檢測算法（例如YOLO和物體檢測器）使機(jī)器人能夠?qū)崟r識別組件，即使面對各種未知產(chǎn)品也是如此。

力敏執(zhí)行器：配備力反饋機(jī)制的機(jī)器人可以根據(jù)阻力調(diào)整操作方式。這有助于它們處理卡住的螺絲、變形的外殼或易碎組件，而不會造成損壞。

模塊化工具：該系統(tǒng)讓機(jī)器人能夠在不同工具（如螺絲刀、夾具和刀具）之間切換，以完成拆解任務(wù)。

此外，數(shù)字產(chǎn)品護(hù)照可以提供“關(guān)于每種產(chǎn)品的產(chǎn)地、材料、環(huán)境影響和處置建議的全面信息”，它也有望在未來的回收工作中發(fā)揮作用[3]。

自動化拆解帶來的影響

歐盟在“維修權(quán)”立法方面走在前列[4]，美國也已經(jīng)開始效仿。美國所有50個州均已出臺相關(guān)立法，要求制造商向消費者提供維修手冊和零部件，以推動產(chǎn)品設(shè)計向更易于維修的方向發(fā)展[5]。這也將使回收商的拆解工作更加便捷。

對于設(shè)計未來產(chǎn)品的工程師來說，這些趨勢可能意味著需要更多采用模塊化設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)化組件和易拆解的連接點。未來，AI驅(qū)動的拆解系統(tǒng)甚至可以與制造商數(shù)據(jù)庫整合，讓機(jī)器人能夠獲取電路圖并自動優(yōu)化回收流程。

自動化拆解還將影響鈷、鋰和稀土金屬等材料的開采，這些開采工作具有較高的環(huán)境破壞性和地緣政治敏感性。自動化拆解和材料回收流程可提高回收效率，減少對新開采資源的依賴。例如，AI驅(qū)動的系統(tǒng)可以選擇性地取出有價值的半導(dǎo)體、電池和高純度金屬，使其可用于新設(shè)備。

挑戰(zhàn)與未來展望

要讓AI驅(qū)動的電子產(chǎn)品回收得到廣泛應(yīng)用并非易事，但Saenz及其團(tuán)隊正專注于提高其可擴(kuò)展性和影響力。到目前為止，他們的進(jìn)展表明，機(jī)器人技術(shù)和AI可以加快拆解速度、減少廢棄物并提高材料回收率。

這項技術(shù)最令人期待的地方之一，是它能夠適應(yīng)個人電腦以外的電子設(shè)備。該團(tuán)隊正致力于讓這項技術(shù)推廣到個人電腦之外，成為處理手機(jī)和工業(yè)電子產(chǎn)品等更大規(guī)模回收業(yè)務(wù)的一部分。模塊化設(shè)計使機(jī)器人能夠根據(jù)任務(wù)需要切換工具，從而使系統(tǒng)具有適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。

他們下一階段的研究更加雄心勃勃：該團(tuán)隊希望將這些AI驅(qū)動的拆解方法應(yīng)用于噴氣渦輪機(jī)和其他已經(jīng)開展再制造工作的組件。

此外，隨著數(shù)字產(chǎn)品護(hù)照的不斷完善，產(chǎn)品數(shù)據(jù)將會越來越容易獲得，從而提高AI系統(tǒng)快速評估和拆解電子產(chǎn)品的能力。目前，缺乏歷史數(shù)據(jù)是這項技術(shù)面臨的一大障礙；但Saenz相信，隨著越來越多企業(yè)接受循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則，數(shù)據(jù)可訪問性將得到改善，機(jī)器人拆解將變得更加高效。

Saenz并不認(rèn)為高昂的初期成本是一種障礙。他認(rèn)為，投資自動化最終將會降低運營成本，因為AI驅(qū)動的拆解工作可以顯著減少勞動密集型流程，并大幅提高材料回收率。隨著法規(guī)推動更可持續(xù)的實踐，各行業(yè)將有更多理由采用這些解決方案，這些方案的成本效益也將逐漸提升。

在Saenz設(shè)想的未來場景中，人類與機(jī)器人將實現(xiàn)優(yōu)化協(xié)作，通過自動化方式處理復(fù)雜的拆解工作，同時人類還可以對整個流程進(jìn)行監(jiān)督和優(yōu)化。隨著研究的深入和行業(yè)協(xié)作的加強(qiáng)，AI驅(qū)動的電子產(chǎn)品回收有望徹底改變廢棄物管理，使可持續(xù)發(fā)展成為制造商和回收商能夠?qū)崿F(xiàn)并且有利可圖的目標(biāo)。

結(jié)語

對于工程師而言，自動化電子產(chǎn)品回收的興起既是挑戰(zhàn)，也是機(jī)遇。在設(shè)計產(chǎn)品時就考慮到AI輔助拆解、利用“維修權(quán)”原則并整合數(shù)字產(chǎn)品護(hù)照，可以讓電子行業(yè)更具可持續(xù)性。

隨著機(jī)器人視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)和模塊化產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，未來的電子產(chǎn)品回收將變得更加智能、高效。Saenz強(qiáng)調(diào)，他的團(tuán)隊熱切希望與業(yè)界專業(yè)人士合作，確保他們的研究不僅具有創(chuàng)新性，而且具有實用性。

他說道：“我們可不想制造大家都不需要的東西。我們希望聽取業(yè)界領(lǐng)軍人物的意見和建議、了解他們面臨的具體挑戰(zhàn)，這樣我們就能創(chuàng)造出真正有用并且可以推廣的解決方案。”

[1]https://ewastemonitor.info/gem-2020/.
[2]https://www.iff.fraunhofer.de/en/press/2025/automated-electronics-disassembly-first-milestones-in-the-research-project.html/.
[3]https://data.europa.eu/en/news-events/news/eus-digital-product-passport-advancing-transparency-and-sustainability/.
[4]https://www.europarl.europa.eu/news/en/press-room/20240419IPR20590/right-to-repair-making-repair-easier-and-more-appealing-to-consumers/.
[5]https://www.ifixit.com/News/108371/right-to-repair-laws-have-now-been-introduced-in-all-50-us-states.

作者簡介

Nicolette Emmino是一位科技作家，對文字工作充滿熱愛。她擁有廣播新聞學(xué)背景，并曾在工程領(lǐng)域積累了豐富經(jīng)驗。她的目標(biāo)是發(fā)掘科技新動態(tài)，向大眾介紹各種創(chuàng)新突破、消費電子產(chǎn)品以及創(chuàng)客科技項目。
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