海や川のゴミをロボットで回収できる?実際にゴミ回収ロボットを開発してみた

海や川のゴミをロボットで回収できる?実際にゴミ回収ロボットを開発してみた

僕がゴミ回収ロボットを開発しようと思った理由

海に流れ出るゴミが問題になってきている今、ロボットにゴミを回収させることはできるのか?という疑問を抱くのは僕だけではないと思います。

日本にもそのようなゴミ回収ロボットはなさそうなので、可能な範囲でそれを作ってみようと思いました。

海外では既に環境意識が高まり『オーシャン・クリーンアップ』のような大規模なプロジェクトが行われています。こちらがオーシャン・クリーンアップの動画です。

また、この活動を通して海洋ゴミ問題のリアルな課題が見えてきます。

まずはやってみて課題を確認していこうと思います。

こちらのほうにはゴミ回収ロボットの開発過程を随時書いていきます。

ゴミ回収ロボットの開発過程

どのようなゴミ回収ロボットを作るか?

水面のゴミを回収するためにはどのようなロボットを作ったらよいだろうか?

しばらく悩んだ結果、今回はざっくりとこのような形状にしようと考えました。

ラジコンボートを2船用意して両サイドに配置し、中央に配置したアームでゴミを回収します。

ゴミ回収ロボットの構成を具体的に考えてみた

ゴミ回収ロボットの構成をさらに具体的に考えてみました。

岸から遠隔操作可能とし、GPSも測定して自動運転もできるようにしたいと思います。

また、エッジコンピュータを搭載し、AIでゴミを認識して回収していくようにしていこうと思います。

課題が出てきたら柔軟に変更していくつもりです。

まずは試作してみる

まずはダイソーのカラーボードを使用してラジコンボートを簡単に自作してみました。

完成した船体がこちらです。両側にボートを配置しているのでかなり安定しています。

さらにスクリューを2本設置しているので旋回できるようになっています。

中央のアームにサーボモータを配置してゴミを回収できるようにしています。

荒川で試走させてきました

浸水することもなくバッチリと浮いてくれています。浮力にもかなり余裕がありそうです。

ペットボトルは100%回収することができました。

何回かはカゴの中に入らずにボートに乗っかってしまう状態になったのでカゴの中に入れるような改良が必要そうです。

カラーボールやピンポン玉なども同様に回収することができました。

試走させてきたときの動画はこちらです。

ゴミ回収ロボットを改良していく

ゴミを回収する以外にも必要になってくる機能があります。

遠隔操作の方法だったり、ゴミを認識する機能だったり、自動運転の方法だったりです。

試作してみたことで改良したい部分も見えてきたので徐々に改良していきます。

ゴミ認識AIを開発してみる

ゴミ回収ロボットを開発するにあたり、ゴミ認識AIの開発も同時進行で進めていきます。

水面に浮かんでいるものを全て回収するのであればAIは必要ありませんが、それでは水面生物も取り込んでしまう可能性があります。

そうならないようにAIを搭載することでゴミのみを認識して取り込むようなロボットにしていきたいと考えています。

AIにもいろいろと種類がありますが、今回は深層学習(ディープラーニング)でゴミ認識AIを作ってみたいと思います。

今回はYOLOという物体検出のモデルを使っていきますが、多種多様なゴミを検出するためには独自データを用意して改良していく必要がありそうです。

ボートの強度を上げてみた

ダイソーのカラーボードで作成したボートでは強度が物足りなかったので木材で作り直しました。

サイズも一回り大きくなり見た目もスタイリッシュになりました。

しばらくはこのボートを使って実験を繰り返していきます。

改良版のロボットで試走してきました

改良版が仕上がりましたので川に行って試走してきました。

ボートを木材で作り直したのでその操作性を確かめてきました。

一部破損してしまいましたが、それ以外は順調に走ってくれました。

 

自動運転を導入する

ラジコンのように操作することもできますが、今回は自動運転できるようにしていきたいと考えています。

まずは地上用のローバーで自動運転の方法を確立していきます。

 

多摩川で自動運転の検証

地上用のローバーで自動運転のノウハウを取得することができたので、
2021年からは実際に多摩川でゴミ回収ロボットを動かして検証しています。

現在の進捗はここまでとなっています。

今後の予定

今後は少しずつ改良を重ねていく予定です。

課題がとても多いので一つずつ検証してクリアにしていきます。

進捗はブログのほうに随時掲載していきます。

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