BeachBot: Ein Roboter, der Strände von Zigarettenkippen befreit

Blaues Meer, strahlender Sonnenschein und tobende Kinder am Strand von Scheveningen – Edwin Bos genoss diesen idyllischen Moment. Der 4,5 Kilometer lange Abschnitt der niederländischen Küste ist bei Touristen und Einheimischen beliebt. Außerdem ist der Küstenabschnitt der Lebensraum unzähliger Meerestiere und umsäumt von grasbewachsenen Dünen.

Doch die ganze Schönheit verblasste für Edwin Bos nach einer unangenehmen Entdeckung. Was war geschehen? Sein Sohn, damals vier Jahre alt, hatte im Sand gegraben und streckte ihm die Hand entgegen, um seinen neuesten Fund zu zeigen. „Was soll ich damit machen?“, fragte der Junge. In seinen Fingern hielt er eine Zigarettenkippe. „Das ist gar nicht gut“, dachte der Vater.

Wie sich bei näherem Hinsehen herausstellte, war der Strand regelrecht mit Zigarettenresten übersät. Edwin Bos war klar: Die Strandbesucher mussten ihr Verhalten ändern. Denn anscheinend gingen sie davon aus, dass der Müll harmlos und das Ausdrücken der Zigaretten im Sand daher völlig ungefährlich war. Zum anderen setzte sich Bos das Ziel, einen Weg zu finden, die Zigarettenfilter vom Strand zu entfernen.

Zwei Jahre später haben Edwin Bos und sein Kollege Martijn Lukaart einen mobilen Roboter zur Säuberung des Strands entwickelt und gebaut. Er kann Zigarettenreste aufspüren, einsammeln und in einem sicheren Behälter entsorgen. Bos und Lukaart sind die Mitbegründer von TechTics, einer Beratungsfirma mit Sitz in Den Haag, die sich für die Lösung von gesellschaftlichen Problemen mit Technologie einsetzt.

Ihr Prototyp namens „BeachBot“ (kurz „BB“) erlernt dank künstlicher Intelligenz (KI), wie die am Strand verstreuten Filter besser gefunden werden können, selbst wenn sie teilweise von Sand bedeckt sind. BeachBot wurde im September 2020 während des World Cleanup Day am Strand von Scheveningen vorgestellt und getestet. Für diesen Sommer ist eine weitere Vorführung des BeachBot geplant.

Doch – wie schädlich ist dieser Müll eigentlich? Wenn Wasser die weggeworfenen Zigaretten umspült, setzen die Filter mehr als 30 Chemikalien frei, die für Wasserorganismen sehr schädlich sind. Dies sind die Ergebnisse einer im Februar veröffentlichten Studie, die von Forschenden der US-amerikanischen Regierung durchgeführt wurde. Einige dieser Chemikalien werden auch mit Krebs, Asthma, Fettleibigkeit, Autismus und mit einem niedrigen IQ in Verbindung gebracht.

Jahr für Jahr landen 4,5 Billionen Zigarettenkippen in der Umwelt. Die faserigen Fragmente, deren Zersetzung ganze 14 Jahre dauern kann, sind gemäß einer Studie von 2019, die von brasilianischen Wissenschaftler*innen durchgeführt wurde, „die häufigste Form von persönlichen Gegenständen, die an Stränden gefunden werden“. Auf diese Weise werden entlang der Küstenlinien Meeresschildkröten, Vögel, Fische, Schnecken und andere Lebewesen schleichend vergiftet.

Zahlreiche Einheimische verfolgen das Ziel eines müllfreien Strands. Um sie dabei zu unterstützen, haben Bos und das Team von TechTics den ersten KI-basierten Erkennungsalgorithmus entwickelt, mit dem Zigarettenreste aufgespürt werden können. Sie arbeiteten mit Studierenden der Technischen Universität Delft in den Niederlanden zusammen, um den KI-basierten BeachBot zu entwickeln und zu bauen.

Aber es werden zunächst eine Menge Menschen benötigt, um dem Bot beizubringen, wie er seine Aufgabe erfüllen kann. TechTics muss dem Strandroboter (und insbesondere dem KI-System) Tausende Fotos von Zigarettenfiltern zeigen, die auf verschiedene Art und in unterschiedlichen Zuständen herumliegen können, beispielsweise Zigaretten, die teilweise im Sand verborgen sind. Nur so kann der Roboter diese erkennen und sich einprägen.

Zum Sammeln dieser Fotos nutzten Edwin Bos und sein Team Microsoft Trove, eine App, die KI-Entwickler*innen mit Fotograf*innen über einen transparenten Marktplatz für Daten zusammen führt. Durch Trove wird ein direkter Fotoaustausch zu einem fairen Marktwert möglich. So können Menschen ihre Fotos einsenden und erhalten von TechTics für jedes akzeptierte Bild eine finanzielle Entlohnung.

TechTics hat das Ziel, über Trove bis zu 2.000 Fotos zu erfassen. Bisher hat das Unternehmen zu diesem Zweck bereits in etwa 200 Fotos gesammelt. „Das System erlernt das Betrachten von Bildern, ähnlich wie ein Kind ein Objekt zum ersten Mal erkennt“, sagt Christian Liensberger, leitender Programm-Manager von Trove, einem Microsoft Garage-Projekt.

„Trove basiert auf der Idee, dass Menschen für ihre Daten – zum Beispiel für gepostete Fotos – bezahlt werden, anstatt sie einfach auf sozialen Medien oder Kommunikationsplattformen kostenlos bereitzustellen“, sagt Liensberger. Und es sollte Kontrolle und Transparenz innerhalb dieses Prozesses geben, damit Menschen sehen können, wie ihre Daten verwendet werden.

„Dank dieser Transparenz haben viele (bei Trove Mitwirkende) das Gefühl, Teil eines Teams zu sein, das gemeinsam an einer Sache arbeitet, zu der jede und jeder einen wichtigen Beitrag leistet“, sagt Liensberger. „Den Menschen ist es wichtig, einen Beitrag zu einem gemeinsamen nachhaltigen Ziel zu leisten.“

Trove-Nutzende können sich die Projekte aussuchen, an denen sie teilnehmen möchten. Trove kann alle Arten von Daten sammeln und begleitet zurzeit zahlreiche KI-Projekte. Der Auftrag von Trove basiert auf der Verpflichtung Microsofts, eine verantwortungsvolle KI zu schaffen und künstliche Intelligenz ethisch weiter zu entwickeln, wobei stets der Mensch im Mittelpunkt steht. „Der BeachBot wird von Menschen unterstützt“, sagt Liensberger.

„Der Bot leistet die ganze Kleinarbeit. Er fährt über den Strand und wird zum Helden der Putzaktion“, fügt er hinzu. „Für diese Aufgabe ist er allerdings darauf angewiesen, dass all diese Menschen ihn fortlaufend mit Daten versorgen. Ohne diesen Beitrag wird der Bot mit neuen Situationen konfrontiert, die er nicht versteht. Ein Roboter wie dieser ist auf die Mitwirkung des Menschen angewiesen.“

„Am Strand von Scheveningen kann die Küste am schnellsten gesäubert werden, wenn Menschen und mobile Bots im Teamwork arbeiten“, stimmt Edwin Bos zu. „Das ist der interessanteste Teil unseres Konzepts – es findet eine Interaktion zwischen Mensch und Maschine statt, wobei die Maschinen mit Unterstützung der Öffentlichkeit immer intelligenter werden“, sagt Bos.

Wenn Menschen Tausende Fotos von Zigarettenresten machen, die unseren Planeten verschmutzen, und diese mit anderen teilen, wird dadurch auch das gemeinsame Bewusstsein für den Müll geschärft. Das überzeugt vielleicht auch andere davon, ihre Abfälle gar nicht erst fallen und liegen zu lassen.

„Wir glauben, dass unsere Roboterlösung am Ende nicht die endgültige Lösung für dieses Problem sein kann. Denn das größere Problem mit der Verschmutzung entsteht immer noch durch das menschliche Verhalten“, sagt Bos. „Nur gemeinsam können wir es schaffen, unsere Strände sauber zu halten“.

Der 80 Zentimeter breite BeachBot hat gezeigt, dass er einen Teil dieser Arbeit übernehmen kann. Während der ersten Präsentation hat er in 30 Minuten zehn Zigarettenkippen eingesammelt. Der Roboter rollt auf vier großen Reifen über den Sand und verwendet zwei Bordkameras. Damit kann er gleichzeitig vor sich blicken (um Menschen und Objekten auszuweichen) und nach unten schauen. Sobald er einen ein Zigarettenfilter entdeckt, fährt er zwei Greifarme aus, die den Sand zur Seite schieben und den Filter greifen. Dieser wird  dann nach oben gezogen und in einen integrierten Mülleimer geworfen. Anschließend wird der Mülleimer von Menschenhand in einen Müllcontainer entleert. Der Prototyp ist batteriebetrieben und hat zurzeit eine Betriebszeit von einer Stunde.

TechTics entwirft gerade zwei kleinere ergänzende Bots – „die zwei kleinen Helfer” – die auf die Entdeckung von Zigarettenresten spezialisiert sein werden. Später sollen sie dann als Trio zusammenarbeiten: Die kleineren Bots suchen den Strand ab. Sobald sie Zigarettenkippen finden, können sie den BeachBot (oder andere Fahrzeuge zum Reinigen des Strands, etwa Traktoren) informieren und die Entfernung des Gegenstands veranlassen. Auch die kleineren Bots stützen sich auf die über Trove bereitgestellten Fotos. „Wir beginnen erst einmal mit Zigarettenfiltern. Sie sind weltweit am meisten zu finden“, sagt Bos. „In der Zukunft sollen die Roboter jedoch auch nach anderen Arten von Müll suchen.“ Er plant, dass die Bots künftig autonom arbeiten – angetrieben durch Solarenergie.

Dies sind die nächsten Ideen, die Edwin Bos für einen sauberen Strand entwickelt. Bei seinen Besuchen nimmt er hin und wieder auch seine eigenen Greifzangen mit. In seiner Freizeit streift Bos mit seinen Kindern durch die Dünen von Scheveningen, um mit den Greifzangen jedes Fitzelchen Müll zu sammeln, das sie finden. Bei einem einstündigen Spaziergang wird da schon mal ein ganzer Müllsack voll.

Während seines Streifzugs stellt er sich manchmal die Leute vor, die diesen Müll zurückgelassen haben. Anscheinend denken sie, dass jemand anderes ihren Abfall schon wegräumen wird. Bos träumt deshalb von einer ganzen Gruppe von Robotern, die über den Strand fahren und dadurch eines Tages auch jenen Leuten beibringen, besser auf ihren Planeten zu achten.

Zum vollständigen Beitrag in englischer Sprache: Cigarette butts are poisoning shoreline animals. This beach rover may help clean all that up – Microsoft News Centre Europe

Titelfoto: BeachBot auf der Strandpromenade am Strand von Scheveningen. (Quelle: TechTics)