Спинофът на MIT Atlas трансформира пластмасовите отпадъци в устойчиви строителни композити чрез роботизирано 3D принтиране

Изображение: Svetni.me / ИИ генерирано изображение

В официално институционално съобщение на Масачузетския технологичен институт (MIT) [1] изследователи съобщават за старта на индустриалното внедряване на Atlas Building Composites – университетски спиноф, разработил роботизирана производствена платформа с изкуствен интелект за превръщане на пластмасови отпадъци за еднократна употреба в устойчиви строителни материали. Системата предлага комплексно решение за два от най-тежките съвременни глобални проблема: хроничния световен дефицит на достъпни жилища и задълбочаващото се замърсяване с полимерни отпадъци.

Новата компания произлиза от академичната инициатива MIT HAUS (Home Architecture for Universal Sustainability) към Департамента по машинно инженерство на института. Чрез комбиниране на технология за безводно рециклиране на нискокачествени пластмаси и едромащабно адитивно производство на композити, платформата произвежда носещи структурни компоненти като основи за сгради, покривни конструкции, подови ферми и мостови съоръжения, надминаващи по устойчивост традиционния дървен материал.

Изображение: Svetni.me / ИИ генерирана инфографика

Пресечната точка на две глобални кризи: Жилищен дефицит срещу 8 гигатона пластмаса

Идеята за проекта се ражда през 2019 г., когато изследователят от MIT д-р Ей Джей Перес и проф. Дейвид Хардт формулират мисията за осигуряване на производствени технологии за изграждането на един милиард жилища в рамките на 30 години. Анализът на екипа обаче бързо разкрива, че реализирането на подобен обем чрез конвенционални строителни методи би претоварило фатално глобалните вериги за доставки. Подобно строителство би изисквало удвояване на световния капацитет за добив и производство на цимент и бетон, както и драстично ускоряване на обезлесяването на планетата.

Вместо да черпят от оскъдняващите природни ресурси, основателите насочват вниманието си към натрупаните над 8 гигатона пластмаса, които човечеството вече е произвело и които замърсяват океаните, речните корита и градските сметища. Обединяването на тези две наглед разнородни предизвикателства дава тласък на технологията, превръщаща изхвърлените бутилки и опаковки в дълготрайни конструктивни елементи [1].

Безводно рециклиране: Ключът към глобална демократизация на производството

Един от фундаменталните технологични пробиви в основата на Atlas е способността да преработва нискокачествени потребителски пластмаси без използване на вода. В конвенционалните съоръжения за рециклиране водното измиване и сепариране е задължителен етап, който обаче създава сериозни логистични и регулаторни бариери. Всяко традиционно предприятие изисква огромни водни ресурси, сложни пречиствателни станции и продължителни процедури за съгласуване с местните водни басейни.

Премахването на водната зависимост позволява на платформата да функционира при пълна автономия от комуналната инфраструктура. Според Перес този технологичен детайл е решаващ за демократизирането на кръговата икономика, тъй като прави възможно изграждането на производствени клетки във всяка точка на света, включително в региони с тежък недостиг на питейна вода или в изолирани райони, засегнати от природни бедствия [1].

Архитектурата на Atlas Factory Stack: Композитно сливане и 3D принтиране

За да комерсиализира академичните разработки в партньорство с Бюрото за технологично лицензиране на MIT, Перес привлича за съосновател бившия сенатор от щата Мейн Мат Пулио. Заедно те създават производствения комплекс Atlas Factory Stack. В основата на системата стои специализирана индустриална роботика, управлявана от софтуерни алгоритми за оптимизация на материала в реално време.

Технологичният процес започва със сухо механично раздробяване на пластмасовите отпадъци от опаковки и бутилки. След раздробяването полимерната маса се разтопява и се хомогенизира с американско стъклофибърно влакно. Полученият композитен материал комбинира еластичността и водонепропускливостта на полимерите с високата якост на опън и натиск на фибростъклото. От този композит широкоформатен 3D принтер екструдира готови носещи профили и триизмерни ферми за стени, подове и покриви [1].

Механични показатели: Ферми, отпечатани за 13 минути с товароносимост над 1800 килограма

Експерименталните изпитания в лабораториите на MIT показват изключителни резултати при структурното натоварване на композитните профили. Големи строителни ферми с дължина от няколко метра се отпечатват напълно автономно за по-малко от 13 минути. При лабораторни тестове за якост всеки такъв компонент издържа натоварване от над 4000 паунда (приблизително 1814 килограма), значително надвишавайки нормативните изисквания за жилищно строителство в САЩ.

По отношение на производителността прототипната инсталация в университета е демонстрирала скорост на екструдиране между 60 и 80 паунда материал на час. Промишлените системи, заложени в производствената спецификация на заводите на Atlas, работят в диапазона от 150 до 200 паунда на час (около 68 до 91 килограма на час). Според изчисленията на компанията директният адитивен печат постига по-ниска себестойност на детайл спрямо традиционното леене под налягане (шприцоване), като същевременно осигурява пълна гъвкавост на формите [1].

Гъвкавостта на софтуерното управление позволява частите да се изработват в обратен ред спрямо архитектурния план. По този начин готовите профили излизат от принтера и се подреждат върху палета директно в последователността, необходима за монтаж на строителната площадка, спестявайки време и складова площ.

Децентрализирани микрофабрики срещу мегазаводи: Икономика на локалните доставки

Философията на Atlas се противопоставя на досегашния модел на глобализация, доминиран от гигантски централизирани заводи в Азия, които произвеждат милиони унифицирани детайли и ги транспортират през океаните с висок въглероден отпечатък. Вместо това концепцията на компанията залага на децентрализирана мрежа от компактни местни фабрики, ситуирани в непосредствена близост до строителните обекти.

Всяка отделна производствена клетка на Atlas е проектирана да осигурява пълен комплект структурни рамкови компоненти за една малка жилищна сграда на ден. Този модел стимулира местната икономика, като създава работни места в събирането на отпадъци, фабричния печат и строителството, докато едновременно с това елиминира междуконтиненталния транспорт.

Допълнително предимство е дълготрайността на композитите. За разлика от дървото, което загнива, деформира се и е податливо на паразити при контакт с влажна почва или подпочвени води, полимерният композит запазва механичните си свойства десетилетия наред. Според Пулио влагането на рециклирана пластмаса в дълговечни строителни съоръжения е един от най-устойчивите начини за употреба на нефтохимически отпадъци, тъй като спира деградацията им от циклично краткотрайно рециклиране [1].

Практическо бойно кръщение: 12-метров мост за Инженерния корпус на американската армия

Технологията на компанията вече намира реално приложение отвъд жилищното строителство, служейки за основи на селскостопански постройки, навеси, платформи и кейове. Най-сериозният инфраструктурен тест за системата до момента е доставката на композитни носещи ферми за Инженерния корпус на армията на САЩ (USACE).

Военните инженери са използвали отпечатаните от Atlas компоненти за изграждането на 40-футов мост (приблизително 12,2 метра) в защитена влажна зона в щата Масачузетс. Цялото съоръжение е сглобено и пуснато в експлоатация за по-малко от един ден, демонстрирайки бързината на модулния монтаж и високата химическа устойчивост на материала във влажна среда.

В момента основателите на Atlas водят преговори с международни франчайз партньори за разполагане на производствените клетки в глобален мащаб. Целта на екипа е да докаже, че решаването на климатичните и ресурсни предизвикателства изисква локализирани решения, превръщащи локалните замърсители в структурен гръбнак на модерните градове [1].

Източници:

[1]: MIT spinout turns plastic waste into resilient building materials - MIT News