Många människor älskar att besöka havet, vare sig de vill njuta av de fysiska fördelarna med ett spännande dopp eller bara koppla av på stranden och sola. Men dessa enkla, livsbejakande nöjen förstörs lätt av förekomsten av nedskräpning, som, om den är ihållande, kan ha en allvarlig negativ inverkan på både den lokala miljön och ekonomin.

Om du råkade befinna dig runt Dubrovniks kust i Kroatien i september 2021, kanske du har sett två robotar som skurar havsbotten efter skräp. I detta team om två har den ena utbildats i att känna igen avfall, den andra att samla upp det i sin korg. Robotarna inledde sitt första uppdrag och testades i en verklig miljö för första gången för att mäta deras förmåga att utföra vissa uppgifter som att känna igen sopor och manövrera under vattnet. "Vi tror att vårt projekt är det första som kommer att samla in undervattensskräp på ett automatiskt sätt med robotar", säger Dr Bart De Schutter, professor vid Delft University of Technology i Nederländerna och koordinator för SeaClear-projektet.

Robotarna är ett exempel på nya innovationer som utvecklas för att sanera undervattensskräp. Hav tros innehålla mellan 22 och 66 miljoner ton avfall, vilket kan skilja sig i typ från område till område, där cirka 94 procent av det ligger på havsbotten. Fiskeutrustning som slängs av fiskare, såsom nät, är utbredd i vissa kustområden medan plast- och glasflaskor mestadels finns i andra, till exempel. "Vi ser också ibland byggmaterial (i vattnet) som betongblock eller däck och bilbatterier", säger Dr. De Schutter.

När skräp kommer in i hav och hav kan det föras med strömmar till olika delar av världen och till och med förorena avlägsna områden. Marina djur kan drabbas om de sväljer sopor eller blir instängda i det samtidigt som människors hälsa är i fara om små bitar hamnar i vår mat. "Det är ett mycket allvarligt problem som vi måste ta itu med", säger Dr. Fantina Madricardo, forskare vid Institutet för marina vetenskaper – National Research Council (ISMAR-CNR) i Venedig, Italien och koordinator för Maelstrom-projektet.

Mänskliga dykare är för närvarande utplacerade för att plocka upp avfall i vissa marina områden, men det är inte en idealisk lösning. Men erfarna dykare kan vara svåra att hitta, medan den tid de kan tillbringa under vattnet begränsas av deras lufttillförsel. Vissa områden kan också vara osäkra för människor, till exempel på grund av kontaminering. "Detta är aspekter som det automatiserade systemet vi utvecklar kan övervinna", säger Dr. De Schutter. "(Den) kommer att vara mycket mer effektiv, kostnadseffektiv och säkrare än den nuvarande lösningen som är baserad på mänskliga dykare."

Ett team av skräpsökande robotar

Dr. De Schutter och hans team bygger en prototyp av sitt system för SeaClear-projektet, som består av fyra robottyper som kommer att fungera tillsammans. Ett robotfartyg, som stannar kvar på vattenytan, kommer att fungera som ett nav genom att tillhandahålla elektrisk kraft till de andra robotarna och kommer att innehålla en dator som är huvudhjärnan i systemet. De tre andra robotarna – två som arbetar under vattnet och en flygdrönare – kommer att kopplas till fartyget.

En undervattensrobot kommer att ansvara för att hitta skräp genom att bege sig nära havsbotten för att ta närbilder med kameror och ekolod. Drönaren kommer också att hjälpa till att söka efter sopor när vattnet är klart genom att flyga över ett område av intresse, medan den i grumliga områden kommer att hålla utkik efter hinder som fartyg. Systemet kommer att kunna skilja mellan skräp och andra föremål på havsbotten, såsom djur och sjögräs, via artificiell intelligens. En algoritm kommer att tränas med bilder av föremål den kan stöta på, inklusive plastflaskor och fiskar, så att den lär sig att urskilja dem och identifiera skräp.

Skräpsamlingen kommer att tas om hand av den andra undervattensroboten, som kommer att plocka upp föremål som kartlagts av dess följeslagare. Utrustad med en gripare och en suganordning, kommer den att samla upp avfallsbitar och deponera dem i en förankrad korg placerad på havsbotten som senare kommer upp till ytan. "Vi gjorde några inledande tester i närheten av Dubrovnik där en plastflaska placerades med flit och vi samlade in den med en griprobot", säger Dr. De Schutter. "Vi kommer att ha fler experiment där vi kommer att försöka känna igen fler skräpbitar under svårare omständigheter och sedan samla in dem med roboten."

Påverkan på undervattensrensning

Dr. De Schutter och hans kollegor tror att deras system så småningom kommer att kunna upptäcka upp till 90 procent av skräpet på havsbotten och samla in cirka 80 procent av vad det identifierar. Detta är i linje med några av målen för EU-uppdraget Restore Our Oceans and Waters senast 2030, som syftar till att eliminera föroreningar och återställa marina ekosystem genom att minska skräp till havs.

När projektet är över i slutet av 2023 räknar teamet med att sälja ett tiotal av sina automatiserade system under de kommande fem till sju åren. De tror att det kommer att vara av intresse för lokala myndigheter i kustregioner, särskilt i turistområden, samtidigt som företag också kan vara intresserade av att köpa systemet och tillhandahålla en saneringstjänst eller hyra ut robotarna. "Detta är de två huvudsakliga riktningarna som vi tittar på," sade Dr. De Schutter.

Skärpa in på hotspots för skräp

Ett annat team utvecklar också ett robotsystem för att hantera sopor på havsbotten som en del av Maelstrom-projektet. Deras första steg är dock att identifiera hotspots under vattnet där skräp samlas så att de vet var det ska placeras ut. Olika faktorer som vattenströmmar, hastigheten med vilken ett visst kasserat föremål sjunker och undervattensfunktioner som kanjoner påverkar alla var skräp kommer att samlas. "Vi utvecklar en matematisk modell som kan förutsäga var kullen kommer att hamna", säger Dr Madricardo.

Deras robotsystem, som testas nära Venedig, består av en flytande plattform med åtta kablar som är kopplade till en mobil robot som kommer att röra sig runt på havsbotten under den för att samla upp avfallsföremål i en låda, med hjälp av en gripare, krok eller suganordning beroende på ströstorleken. Robotens position och orientering kan styras genom att justera längden och spänningen på kablarna och kommer initialt att manövreras av en människa på plattformen. Men med hjälp av artificiell intelligens lär sig roboten att känna igen föremål och kommer så småningom att kunna fungera självständigt.

Återanvändning av undervattensskräp

Dr Madricardo och hennes kollegor siktar också på att återvinna all skräp som plockas upp. En andra robot kommer att få i uppdrag att sortera igenom det hämtade avfallet och klassificera det utifrån vad det är gjort av, till exempel organiskt material, plast eller textilier. Sedan samarbetar projektet med industriella partners som är involverade i materialåtervinning för att omvandla det de har återvunnit.

Smutsig och blandad plastavfall är svåra att återvinna, så teamet använde en bärbar pyrolysanläggning som utvecklats under det tidigare marGnet-projektet för att förvandla plastavfall till bränsle för att driva sin borttagningsteknik. Detta passar med EU:s mål att gå mot en cirkulär ekonomi, där befintliga produkter och material återanvänds så länge som möjligt, som en del av den europeiska gröna avtalen och plaststrategin. "Vi vill visa att du verkligen kan försöka återvinna allt, vilket inte är lätt", sa Dr. Madricardo.

Använda bubblor för att rensa upp floder

Dr. Madricardo och hennes kollegor utvecklar också en andra teknik fokuserad på att ta bort skräp som flyter i floder så att det kan fångas upp innan det når havet. En gardin av bubblor, kallad Bubble Barriär, kommer att skapas genom att pumpa luft genom ett perforerat rör placerat på botten av en flod, som producerar en uppåtgående ström för att rikta skräp mot ytan och så småningom till bankerna, där det samlas upp .

Systemet har testats i kanaler i Nederländerna och testas för närvarande i en flod norr om Porto i Portugal, där det förväntas implementeras i juni. "Det är en enkel idé som inte har någon inverkan på (båt)navigering", säger Dr Madricardo. "Vi tror att det inte kommer att ha en negativ inverkan på faunan heller, men vi kommer att kontrollera det."

Även om ny teknik kommer att hjälpa till att ta itu med undervattensskräp, siktar Dr. Madricardo och hennes team också på att minska mängden avfall som i första hand hamnar i vattendrag. Maelstrom-projektet involverar därför uppsökande insatser, såsom organiserade kustsaneringskampanjer, för att informera och engagera medborgare om vad de kan göra för att begränsa marin nedskräpning. "Vi tror verkligen att en förändring (i samhället) behövs", säger Dr Madricardo. "Det finns teknologier (tillgängliga) men vi måste också göra en kollektiv ansträngning för att lösa det här problemet."