Desmontagem automatizada de produtos eletrónicos

Os avanços tecnológicos estão a reduzir constantemente o tempo de vida dos dispositivos eletrónicos. Este facto está a levar a uma procura cada vez maior de matérias-primas finitas. Ao mesmo tempo, os resíduos de equipamentos elétricos e eletrónicos continuam a acumular-se. A produção anual de resíduos eletrónicos a nível mundial poderá aumentar para 74 milhões de toneladas métricas até 2030. Apenas uma pequena fração destes dispositivos é reciclada. Mais de 80% dos resíduos produzidos acabam em aterros ou incineradores, incluindo todas as matérias-primas valiosas, metais preciosos e terras raras contidas nos dispositivos eletrónicos. A incineração pode libertar substâncias e produtos químicos perigosos para o ambiente.

A pequena percentagem de resíduos eletrónicos que é submetida a tratamento é normalmente triturada, enquanto apenas uma parte limitada é desmontada manualmente, limpa de substâncias perigosas, decomposta mecanicamente e separada em diferentes frações. No entanto, esta desmontagem manual é dispendiosa e pouco eficiente. Praticamente não existem estratégias sustentáveis de retenção de valor para recondicionar e reciclar produtos eletrónicos que permitam uma economia circular avançada. No projeto iDEAR, abreviatura de Intelligent Disassembly of Electronics for Remanufacturing and Recycling, os investigadores do Fraunhofer IFF estão a combinar a gestão do conhecimento, a metrologia, a robótica e a inteligência artificial num sistema inteligente para processos de desmontagem automatizados e não destrutivos, a fim de estabelecer um sistema de gestão de resíduos fechado e certificável. “O nosso objetivo é revolucionar a desmontagem dos resíduos eletrónicos. As soluções atuais requerem uma engenharia substancial e estão limitadas a um grupo de produtos específico. No projeto iDEAR, estamos a aplicar uma metodologia baseada em dados para que a mais ampla variedade de produtos, desde computadores a micro-ondas e eletrodomésticos, possa ser desmontada em tempo real com pouca engenharia”, diz José Saenz, diretor do Grupo de Robôs Industriais, de Serviço e Assistentes do Fraunhofer IFF. Numa primeira fase, os investigadores estão a centrar-se na desmontagem automática de computadores. O sistema deverá ser atualizado ao longo do tempo para qualquer equipamento, como máquinas de lavar roupa, por exemplo.

Depois de os artigos terem sido entregues e separados, começam os processos iniciais de identificação e análise do estado dos mesmos. Os sistemas de sensores óticos e as câmaras 3D com algoritmos baseados em IA digitalizam etiquetas com informações do fabricante, tipo e número do produto, detetam tipos de componentes e a sua localização, examinam geometrias e superfícies, avaliam o estado dos elementos de fixação, como parafusos e rebites, e detetam anomalias. "A metrologia ótica ajuda a scanear etiquetas e a classificar diferentes peças, como parafusos, por exemplo. Os algoritmos de aprendizagem automática pré-treinados e a IA interpretam os dados de imagem e permitem a identificação e classificação em tempo real de materiais, plásticos e componentes com base em dados de sensores e espectrais”, explica Saenz. Por exemplo, a IA consegue detetar se um parafuso está oculto ou enferrujado. Todos os dados são armazenados num gémeo digital de desmontagem, que é uma cópia do produto, por assim dizer, e também fornece informações sobre se um produto semelhante foi alguma vez desmontado.

Na etapa seguinte, Saenz e a sua equipa definem a sequência de desmontagem para que o seu software possa determinar se deve executar uma desmontagem completa ou se deve concentrar-se apenas na recuperação de componentes específicos e valiosos. Os componentes colados ou fixados de outra forma dificultam a desmontagem não destrutiva. Parafusos enferrujados ou desgastados ou componentes deformados também não são ideais para o efeito. O processo de desmontagem começa com base nesta informação de alto nível. O robô recebe uma série de instruções e operações a realizar, tais como “Retirar dois parafusos do lado esquerdo da caixa, abrir a caixa”, etc. Sempre que necessário, a máquina muda cada ferramenta necessária entre os passos individuais. As competências especificadas nas sequências de desmontagem incluem ações do robô como aparafusar, levantar, cortar, extrair, localizar, reposicionar, soltar, mover alavancas, dobrar, quebrar e cortar cabos, que o robô de desmontagem pode executar de forma completamente autónoma. O demonstrador conseguiu mesmo, em testes, remover uma placa-mãe de um computador, uma tarefa muito complexa que exige um elevado nível de precisão. “Para isso, utilizamos a IA. Um agente de IA é inicialmente treinado para completar o processo no modelo de simulação e, mais tarde, transferimos a ação do robô treinado para a configuração experimental do mundo real. Isto não é necessário para competências simples, como a localização. Para isso, utilizamos dados de sensores e câmaras”, explica Saenz.

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Foram construídos os demonstradores individuais para os subprocessos: uma estação para identificação e análise de computadores, um demonstrador do modelo de avaliação ligado ao gémeo digital do produto e à sequência de desmontagem, um demonstrador de gémeo digital, um demonstrador da execução automática de ações robóticas baseadas em competências para a desmontagem e um demonstrador de ações robóticas geradas por IA para remover as placas-mãe da caixa. Na etapa seguinte, os demonstradores serão interligados. O objetivo é obter um demonstrador que integre todos os desenvolvimentos tecnológicos e possa executar todos os processos de desmontagem automatizados. “A reciclagem e o refabrico são fundamentais para as empresas transformadoras assegurarem o acesso às matérias-primas. A recuperação destes materiais não só reduz o impacto ambiental dos resíduos eletrónicos, como também constitui uma fonte valiosa de matérias-primas para novos produtos”, afirma Saenz.