（圖源：?Fraunhofer IFF，經(jīng)許可使用）

電子廢棄物正在不斷堆積。全球每年會產(chǎn)生超過5000萬噸電子廢棄物[1]，所以尋找一種高效、可擴展的回收解決方案是一個迫在眉睫的需求。在美國，電子廢棄物管理主要由州級法規(guī)和私營回收企業(yè)負責，自動化可能是大規(guī)模解決這一問題的關鍵。本文將探討當今電子廢棄物處置面臨的挑戰(zhàn)，以及諸如Fraunhofer IFF這樣的機構如何致力于克服這些挑戰(zhàn)。

如何處置五花八門的過時電子產(chǎn)品？

電子產(chǎn)品回收面臨的最大挑戰(zhàn)之一，是回收中心接收的電子產(chǎn)品種類繁多。回收人員需要處理來自手機、筆記本電腦、工業(yè)設備等各類產(chǎn)品中各式各樣的元器件，其中許多都缺乏數(shù)字化的電路圖、物料清單、裝配圖紙或標準化設計，致使回收人員難以辨別哪些材料可以回收。

傳統(tǒng)回收流程包括手動拆解設備以分離金屬、塑料和電路板。正如您所想象的那樣，這是一個耗費時間和人力的過程，有時甚至要直接處理危險物質(zhì)。在很多情況下，電子設備會被直接粉碎。雖然這樣的方法可以回收金和銀等材料，但包括稀土元素在內(nèi)的其他關鍵原材料往往就流失了。

Fraunhofer IFF機器人系統(tǒng)以及輔助、服務和工業(yè)機器人部門經(jīng)理José Saenz博士向我們介紹了這一過程面臨的挑戰(zhàn)：“他們會把收進來的舊電腦、舊手機粉碎成一灘爛泥，然后通過某種化學方法，把金、銀、鉑之類的金屬提取出來。但這種方法只能提取金屬，卻不能分離塑料，所以塑料基本上只能被焚燒掉?！?br />
材料回收效率低下，是打造真正循環(huán)電子經(jīng)濟體系的最大障礙之一。這一體系要求電子產(chǎn)品在設計階段就考慮到耐用性和可回收性。

革新拆解工藝

為了解決這些問題，Saenz及其團隊一直在使用人工智能（AI）驅(qū)動的機器人技術來實現(xiàn)自動化拆解。與依賴預定義程序的傳統(tǒng)自動化不同，現(xiàn)代機器人技術具有很強的適應性，能夠利用計算機視覺、力敏執(zhí)行器和機器學習等技術來處理難以預測的材料[2]。

Saenz介紹了其團隊的“面向再制造與回收利用的智能拆解”（iDEAR）項目（圖1）。該項目目前專注于一種產(chǎn)品類型，但團隊計劃在未來擴展應用范圍：“我們目前專注于個人電腦，目標是取出主板以便進一步處理。我們希望這項工作能夠?qū)崿F(xiàn)自動化；但我們的核心思路是，如果能夠正確地建立起這個流程，那么就可以推廣到其他產(chǎn)品上。”

圖1：iDEAR項目在個人電腦上的實際應用。通過自動化拆解舊電子設備，回收有價值的材料并減少電子廢棄物。（圖源：?Fraunhofer IFF，經(jīng)許可使用）

該團隊并沒有采用對機器人進行編程，使之遵照固定的X、Y、Z坐標的方法，而是開發(fā)了基于故事板的通用拆解序列。所以，機器人可以動態(tài)地確定所需工具，減少對人工干預的依賴，并使整個流程可以推廣到其他電子產(chǎn)品上。

傳感器、AI視覺和力敏機器人

Fraunhofer團隊正使用強化學習和模仿學習兩種方法訓練其機器人評估和拆解設備。

在強化學習中，機器人嘗試以不同的方式拆除組件，并因正確操作而獲得獎勵，從而逐步提升能力。在模仿學習中，人類操作員引導機器人完成拆解流程，機器人通過模仿這些動作進行學習（圖2）。這些方法使系統(tǒng)能夠適應各種設備，無需采用預先編程的指令。

圖2：一名研究人員正通過操控機械臂的方式對其進行訓練，使其能夠自主拆解電子設備。（圖源：?Fraunhofer IFF，經(jīng)許可使用）

他們的系統(tǒng)包含以下技術：

計算機視覺和AI：先進的物體檢測算法（例如YOLO和物體檢測器）使機器人能夠?qū)崟r識別組件，即使面對各種未知產(chǎn)品也是如此。

力敏執(zhí)行器：配備力反饋機制的機器人可以根據(jù)阻力調(diào)整操作方式。這有助于它們處理卡住的螺絲、變形的外殼或易碎組件，而不會造成損壞。

模塊化工具：該系統(tǒng)讓機器人能夠在不同工具（如螺絲刀、夾具和刀具）之間切換，以完成拆解任務。

此外，數(shù)字產(chǎn)品護照可以提供“關于每種產(chǎn)品的產(chǎn)地、材料、環(huán)境影響和處置建議的全面信息”，它也有望在未來的回收工作中發(fā)揮作用[3]。

自動化拆解帶來的影響

歐盟在“維修權”立法方面走在前列[4]，美國也已經(jīng)開始效仿。美國所有50個州均已出臺相關立法，要求制造商向消費者提供維修手冊和零部件，以推動產(chǎn)品設計向更易于維修的方向發(fā)展[5]。這也將使回收商的拆解工作更加便捷。

對于設計未來產(chǎn)品的工程師來說，這些趨勢可能意味著需要更多采用模塊化設計、標準化組件和易拆解的連接點。未來，AI驅(qū)動的拆解系統(tǒng)甚至可以與制造商數(shù)據(jù)庫整合，讓機器人能夠獲取電路圖并自動優(yōu)化回收流程。

自動化拆解還將影響鈷、鋰和稀土金屬等材料的開采，這些開采工作具有較高的環(huán)境破壞性和地緣政治敏感性。自動化拆解和材料回收流程可提高回收效率，減少對新開采資源的依賴。例如，AI驅(qū)動的系統(tǒng)可以選擇性地取出有價值的半導體、電池和高純度金屬，使其可用于新設備。

挑戰(zhàn)與未來展望

要讓AI驅(qū)動的電子產(chǎn)品回收得到廣泛應用并非易事，但Saenz及其團隊正專注于提高其可擴展性和影響力。到目前為止，他們的進展表明，機器人技術和AI可以加快拆解速度、減少廢棄物并提高材料回收率。

這項技術最令人期待的地方之一，是它能夠適應個人電腦以外的電子設備。該團隊正致力于讓這項技術推廣到個人電腦之外，成為處理手機和工業(yè)電子產(chǎn)品等更大規(guī)模回收業(yè)務的一部分。模塊化設計使機器人能夠根據(jù)任務需要切換工具，從而使系統(tǒng)具有適應性和可擴展性。

他們下一階段的研究更加雄心勃勃：該團隊希望將這些AI驅(qū)動的拆解方法應用于噴氣渦輪機和其他已經(jīng)開展再制造工作的組件。

此外，隨著數(shù)字產(chǎn)品護照的不斷完善，產(chǎn)品數(shù)據(jù)將會越來越容易獲得，從而提高AI系統(tǒng)快速評估和拆解電子產(chǎn)品的能力。目前，缺乏歷史數(shù)據(jù)是這項技術面臨的一大障礙；但Saenz相信，隨著越來越多企業(yè)接受循環(huán)經(jīng)濟原則，數(shù)據(jù)可訪問性將得到改善，機器人拆解將變得更加高效。

Saenz并不認為高昂的初期成本是一種障礙。他認為，投資自動化最終將會降低運營成本，因為AI驅(qū)動的拆解工作可以顯著減少勞動密集型流程，并大幅提高材料回收率。隨著法規(guī)推動更可持續(xù)的實踐，各行業(yè)將有更多理由采用這些解決方案，這些方案的成本效益也將逐漸提升。

在Saenz設想的未來場景中，人類與機器人將實現(xiàn)優(yōu)化協(xié)作，通過自動化方式處理復雜的拆解工作，同時人類還可以對整個流程進行監(jiān)督和優(yōu)化。隨著研究的深入和行業(yè)協(xié)作的加強，AI驅(qū)動的電子產(chǎn)品回收有望徹底改變廢棄物管理，使可持續(xù)發(fā)展成為制造商和回收商能夠?qū)崿F(xiàn)并且有利可圖的目標。

結(jié)語

對于工程師而言，自動化電子產(chǎn)品回收的興起既是挑戰(zhàn)，也是機遇。在設計產(chǎn)品時就考慮到AI輔助拆解、利用“維修權”原則并整合數(shù)字產(chǎn)品護照，可以讓電子行業(yè)更具可持續(xù)性。

隨著機器人視覺、機器學習和模塊化產(chǎn)品設計技術的發(fā)展，未來的電子產(chǎn)品回收將變得更加智能、高效。Saenz強調(diào)，他的團隊熱切希望與業(yè)界專業(yè)人士合作，確保他們的研究不僅具有創(chuàng)新性，而且具有實用性。

他說道：“我們可不想制造大家都不需要的東西。我們希望聽取業(yè)界領軍人物的意見和建議、了解他們面臨的具體挑戰(zhàn)，這樣我們就能創(chuàng)造出真正有用并且可以推廣的解決方案?！?br />
[1]https://ewastemonitor.info/gem-2020/.
[2]https://www.iff.fraunhofer.de/en/press/2025/automated-electronics-disassembly-first-milestones-in-the-research-project.html/.
[3]https://data.europa.eu/en/news-events/news/eus-digital-product-passport-advancing-transparency-and-sustainability/.
[4]https://www.europarl.europa.eu/news/en/press-room/20240419IPR20590/right-to-repair-making-repair-easier-and-more-appealing-to-consumers/.
[5]https://www.ifixit.com/News/108371/right-to-repair-laws-have-now-been-introduced-in-all-50-us-states.

作者簡介

Nicolette Emmino是一位科技作家，對文字工作充滿熱愛。她擁有廣播新聞學背景，并曾在工程領域積累了豐富經(jīng)驗。她的目標是發(fā)掘科技新動態(tài)，向大眾介紹各種創(chuàng)新突破、消費電子產(chǎn)品以及創(chuàng)客科技項目。
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