Humanos y robots colaborarán en el reciclado de los RAEE

La cantidad de residuos de aparatos eléctricos y electrónicos (RAEE) que se genera no ha cesado de crecer durante los últimos años. Esta circunstancia ha tenido como consecuencia el desarrollo de legislación específica que regula cómo hacer una gestión correcta de los RAEE. El objetivo principal marcado por esos textos legales es realizar la actividad industrial considerando la sostenibilidad del proceso y la economía circular. Acciones, como separar selectivamente componentes potencialmente peligrosos y recuperar eficientemente los recursos valiosos que contienen los residuos, se convierten en claves que marcan el día a día del gestor autorizado de RAEE cuando opera su planta. Sin embargo, a pesar del constante esfuerzo que se realiza para mejorar la eficiencia, un análisis de los procesos de reciclaje de los RAEE revela que todavía dependen significativamente del trabajo manual ya que se trata de productos complejos, muy diferentes entre sí y que además evolucionan rápidamente.

En este contexto, surgió la idea del Proyecto europeo “HR-Recycler - Planta de reciclaje híbrida de robots y humanos para equipos eléctricos y electrónicos”, financiado por el programa H2020 (GA 820742), que está desarrollando y va a demostrar cómo, en el futuro, en un entorno de colaboración entre humanos y robots, tareas complicadas, que entrañan cierto riesgo o son muy laboriosas se simplificarán, serán más seguras o se automatizarán. Una idea revolucionaria que supone completar la tecnificación del tratamiento de unos residuos que no admiten un procesado directo y que propone dar cabida a robots y robots colaborativos (“cobots”), que asumen las tareas rutinarias, liberando a las personas para que se puedan centrar en las tareas que requieren razonamiento. Se convierte en una incursión pionera de la llamada industria 5.0, de colaboración entre máquinas y humanos en un entorno inteligente y amigable, para mejorar la productividad y la eficiencia en el sector de la industria ambiental.

El Proyecto europeo HR-Recycler pretende demostrar cómo la colaboración entre humanos y robots completará la tecnificación del tratamiento de RAEE. Una incursión pionera de la llamada industria 5.0, de colaboración entre máquinas y humanos en un entorno inteligente y amigable, para mejorar la productividad y la eficiencia en el sector de la industria ambiental.

Analizando el proceso en global

Los RAEE, que tras su recogida selectiva y transporte seguro llegan a la planta del gestor autorizado, entran en un proceso que abarca tres pasos principales. El primero es la clasificación de los aparatos por categorías y grupos de productos con características compatibles para su tratamiento conjunto. El segundo es el desensamblado de las unidades clasificadas para descontaminar y recuperar ciertas piezas valiosas de los equipos. El tercero es el tratamiento de los equipos acondicionados para separar y concentrar las fracciones de materiales comercializables como los metales o los plásticos, que se venderán a fundiciones, refinerías o recicladores, de los rechazos que se terminarán en los gestores de residuos. El tratamiento es una actividad altamente mecanizada y automatizada que aprovecha bien la economía de escala mientras que, por el contrario, tanto la clasificación como el desensamblado son actividades para las que sólo existen soluciones automatizadas muy limitadas y que requieren un uso intensivo de mano de obra. El personal que las realiza debe estar en buena forma física para transportar los equipos y manipular las piezas. También debe ser ágil y hábil manejando herramientas y estar debidamente formado porque la complejidad de los RAEE hace que muchos componentes no sean accesibles fácilmente o se deban tratar con sumo cuidado porque son frágiles y se pueden dañar.

Se estima que entre el 65-75 % de los RAEE necesita tratamiento selectivo y que, dependiendo de las características de cada unidad o la disposición de la planta, durante una hora de trabajo, una persona puede clasificar entre 200-500 kg de aparatos y obtener entre 80-400 kg de aparatos descontaminados y piezas separadas. Con respecto al total del proceso de tratamiento de los RAEE, la clasificación supone entre el 20-25 % de los costes y el desensamblado entre el 55-60 %, por lo que cualquier actuación de mejora sobre las actividades que se realizan en ellas, como la colaboración entre humanos y robots en este caso, tendrá una importante repercusión sobre el rendimiento global del proceso.

El estudio con unidades reales de residuos de lámparas, pequeños electrodomésticos, equipos informáticos y pantallas, equipos representativos de diferentes categorías de RAEE, que tienen que alcanzar objetivos mínimos de reciclaje y valorización y que requieren descontaminación, ha permitido establecer las claves de la clasificación y el desensamblado. En la clasificación se trata de reconocer, recoger, cargar, transportar, descargar y colocar en la mesa de desensamblado los aparatos. En el desensamblado se trata de actuar sobre los sistemas de unión para quitar cubiertas externas, abrir el equipo, quitar cubiertas internas y acceder y extraer del interior de los aparatos elementos como lámparas fluorescentes, condensadores o pilas, que contienen sustancias peligrosas y pueden ser frágiles, o como placas electrónicas, discos duros, fuentes de alimentación, motores, cables y carcasas de metal o plástico, que tienen valor, para seguidamente llevar el aparato descontaminado y las piezas separadas a la zona de tratamiento.

En el tratamiento de los RAEE, la clasificación supone entre el 20-25 % de los costes y el desensamblado entre el 55-60 %. Cualquier mejora sobre las actividades que se realizan en ellas, como la colaboración entre humanos y robots, tendrá una importante repercusión sobre el rendimiento global del proceso.

Seleccionando dónde, cómo y por qué actuar

Como la implantación de una colaboración entre humanos y robots requiere determinar en qué puntos del proceso se hará y a qué actividades concretas se dedicará, se ha trabajado con grupos de personas representativas del colectivo que se dedican al tratamiento de los RAEE: los operadores de las líneas y los jefes de planta. El objetivo era que los futuros usuarios, en base al conocimiento del proceso y la experiencia acumulada, procediesen, de forma individual y anónima, a la definición, validación y priorización de las actividades actuales que sería deseable realizar en el entorno colaborativo entre humanos y robots, además de apuntar la forma más adecuada para hacerlas.

Para ello, durante varias sesiones de trabajo, un moderador ha dado a conocer a los participantes los tipos de robots disponibles, así como la relación de elementos y herramientas que los acompañarán y las acciones que desarrollarán en función de los requerimientos fijados. Respecto a los robots disponibles se distinguen los vehículos de guiado automático (AGV - Automated Guided Vehicle) y los brazos articulados de diferentes dimensiones, algunos de ellos con capacidades colaborativas. Respecto a los elementos, se dispone de cámaras, interfaces y diferentes paquetes de software para la detección y manipulación de objetos en 3D, la comunicación e interacción entre humanos y robots, la planificación de movimientos de los robots y la configuración, coordinación y gestión de toda la planta en tiempo real.

La colaboración entre robots y humanos permitirá un trabajo mejor organizado y en un entorno más confortable que supondrá mayor productividad.

Tras la consulta realizada, aunque han quedado dudas sobre si la navegación de los vehículos o el movimiento de los brazos robóticos se acoplarán bien a los ritmos humanos, las personas se mostraron muy receptivas a la propuesta de utilizar robots que ayuden en el proceso de tratamiento de los RAEE. Los trabajadores consideran que liberarse de trabajos duros y evitar movimientos repetitivos disminuirá su cansancio físico. También señalaron que limitar el número de herramientas a utilizar y simplificar el tipo de actividades a realizar, además de estar en un entorno más seguro, reducirá su estrés. Los jefes de planta también apuestan por la colaboración ya que un trabajo mejor organizado y en un entorno más confortable puede significar más productividad, menos absentismo y la retención de personas capacitadas que están a gusto con su trabajo. Por último, parece aceptado por todos que la vía de comunicación deseable entre robots y humanos es a través de pantallas táctiles o gestos. También que sólo tras la realización de las pruebas necesarias se sabrá cuanto compensará la inversión requerida frente a la mejora conseguida.

Definiendo y evaluando la solución

El objetivo que se pretende alcanzar consiste en cambiar el proceso de tratamiento de RAEE que combina operaciones mecánicas y actividad humana por un nuevo proceso que incorpore las colaboraciones entre humanos y robots. Para ello, en un marco de máxima seguridad para los trabajadores y de respeto a su privacidad, la planta incorporará un módulo de gestión que controlará todas las acciones y movimientos, así como la situación de las personas, robots y resto de elementos activos y pasivos.

En la clasificación colaborativa participarán un brazo robótico y un vehículo guiado (AGV). El robot estará equipado con una cámara, un elemento de agarre y programas para reconocer, seleccionar y manipular los RAEE. El AGV será capaz de transferir contendores paletizados, que contendrán los equipos clasificados, desde el área de almacenamiento a los bancos de trabajo. La función de los trabajadores será supervisar la operación del robot y el AGV.

En el desensamblado colaborativo, habrá otro brazo robótico, análogo en características y capacidades al robot de la zona de clasificación, pero de menor tamaño, que descargará en el banco de trabajo los equipos clasificados que estén en los contenedores transferidos por el AGV. Sobre el banco de trabajo estará un brazo robótico colaborativo (“cobot”), que incorporará cámaras, herramientas y programas, para participar en el desmontaje de los RAEE sincronizado con los trabajadores pudiendo realizar una amplia variedad de acciones como soltar tornillos, abrir los RAEE, cortar cables o extraer componentes peligrosos o valiosos selectivamente. El “cobot” será el elemento más innovador del sistema ya que incorporará técnicas robustas de análisis de imagen para detectar equipos completos y componentes de RAEE. Asimismo, dispondrá de capacidades sociales para adaptarse al comportamiento y a la confianza de cada compañero de trabajo humano con el que comparta trabajo, pudiendo adaptar sus movimientos en función de la presencia y las actuaciones de las personas en el espacio que compartan y dispondrá de una interfaz para comunicarse con el humano y aprender de él nuevas acciones. En el último paso, otro vehículo guiado, más pequeño que el que mueve los contenedores paletizados, se llevará las piezas separadas a la zona de tratamiento.

El objetivo es cambiar el actual proceso de tratamiento de RAEE que combina operaciones mecánicas y actividad humana por un nuevo proceso que incorpore las colaboraciones entre humanos y robots.

GAIKER, como centro tecnológico especializado en desarrollar y aplicar tecnologías de reciclado, evaluar la sostenibilidad de procesos y con su conocimiento en la gestión de los RAEE, tiene tres áreas de actividad en el marco del proyecto HR-Recycler:

• Da soporte al diseño de la clasificación, desensamblado y tratamiento de RAEE que incorpora la colaboración entre humanos y robots.

• Se responsabiliza de la definición de las pruebas piloto y de la evaluación técnica de la clasificación y el desmantelado basadas en robótica colaborativa mediante indicadores, como el incremento de la cantidad de equipos clasificados por hora o la disminución del tiempo de procesado por equipo, que darán idea de la mejora de productividad.

• Se encarga de evaluar el beneficio ambiental conseguido y la mejora del índice de calidad del trabajo, parámetro éste de especial relevancia y controversia en una actividad que supone compartir tareas entre humanos y robots y que se concreta en la conversión de la gestión de RAEE en una industria 5.0.

Agradecimientos

Los autores agradecen la financiación concedida por la Comisión Europea para el proyecto HR-Recycler (Contrato GA 820742 del Programa Marco de I+D H2020, https://www.hr-recycler.eu/) que respalda esta investigación y hacen una mención especial a los fructíferos debates que se mantienen con el líder (el instituto CERTH de Grecia), el resto de socios y los representantes y asesores de la Comisión Europea encargados de su seguimiento.