Reciclaje textil eficiente gracias a la IA y al procesamiento de imágenes
Clasificación inteligente de ropa usada
La montaña de textiles usados sigue creciendo cada año en Alemania. Menos del uno por ciento entra en un ciclo de reciclaje cerrado. Entre las razones que lo explican se encuentran la denominada «moda rápida», que da lugar a textiles cada vez de menor calidad, así como la gran variedad de materiales, lo que dificulta aún más un reciclaje eficiente. Hoy en día, la clasificación se realiza en su mayor parte de forma manual y, dada la cantidad de material, resulta prácticamente imposible de llevar a cabo: De aproximadamente 1,4 millones de toneladas, solo unas 200 000 toneladas se comprueban y clasifican realmente. El resto se reutiliza térmicamente o se exporta al extranjero. Por lo tanto, los procesos automatizados son una herramienta fundamental para mantener una cantidad significativamente mayor de textiles usados en el ciclo.
El Atelier de Reciclaje del Instituto de Tecnología Textil de Augsburgo (ITA) se enfrenta a este reto. Como fábrica modelo, reproduce todo el proceso del reciclaje mecánico de textiles. El enfoque se centra en un concepto integral que no optimiza procesos individuales, sino que tiene en cuenta el sistema en su conjunto. De este enfoque surgió DETEX, un sistema basado en inteligencia artificial para la clasificación automática de textiles. Con ayuda de la inteligencia artificial y dos cámaras uEye XC de alta resolución de IDS Imaging Development Systems GmbH, DETEX registra las características esenciales de las prendas y las clasifica con precisión en determinadas categorías. De esta manera, la clasificación es más precisa y se sientan las bases para un reciclaje eficiente.
¿Por qué es tan importante clasificar la ropa usada?
Antes de que los pantalones, camisetas o jerséis raídos puedan convertirse en algo nuevo, primero deben someterse a un proceso de tratamiento mecánico. Porque a partir de ellos se crearán materiales completamente nuevos. Para ello, se trituran, se les quitan los botones y las cremalleras y se descomponen hasta obtener fibras individuales. En este sentido, la conservación de la longitud de las fibras es decisiva para la calidad del material reciclado posterior. Las diferencias en la estructura y la densidad superficial de los tejidos también deben tenerse en cuenta en el proceso. Por lo tanto, es imprescindible clasificar con precisión los materiales en categorías, ya que esto determina el proceso de transformación posterior de los textiles.
Hasta ahora, la clasificación se realiza principalmente a mano, un proceso que requiere mucho tiempo y experiencia. En otros sectores industriales, estas tareas ya las realizan desde hace tiempo sistemas de reconocimiento automatizados y basados en inteligencia artificial. Aquí es precisamente donde entra en juego DETEX: El proyecto de investigación desarrolla y prueba modelos de inteligencia artificial destinados a hacer mucho más eficiente la clasificación de textiles usados.
¿Cómo funciona el sistema?
DETEX apuesta por el procesamiento inteligente de imágenes para reconocer y clasificar automáticamente los tejidos. Dos cámaras industriales de alta resolución proporcionan las imágenes necesarias para ello: Escanean las prendas que pasan por una cinta transportadora. Las redes neuronales analizan las imágenes y reconocen patrones y estructuras basándose en datos aprendidos previamente. Para ello, se les «entrenó» previamente con una gran cantidad de imágenes de ejemplo, entre las que se incluían fotografías de diferentes prendas de ropa y primeros planos de distintos tipos de tejidos. Se necesitaron al menos 3000 muestras por categoría de ropa. Estos datos de entrenamiento tuvieron que clasificarse manualmente de antemano, por ejemplo, marcando la foto de unos pantalones como «pantalones». Sobre esta base, DETEX puede clasificar las nuevas entradas de forma rápida y fiable en las categorías textiles adecuadas.
Para realizar un análisis preciso, DETEX trabaja con redes neuronales preentrenadas, cada una de ellas con un modelo para la clasificación, el reconocimiento de objetos y los materiales. Para ello, se prueban diferentes arquitecturas y escenarios. De este modo, se pueden simular diferentes grados de dificultad y realismo para comprobar la resistencia de los modelos de IA frente a pliegues, superposiciones o rotaciones.
En primer lugar, un modelo de IA para el reconocimiento de objetos analiza las imágenes de la primera cámara situada encima de la cinta transportadora. Determina de qué tipo de prenda se trata, por ejemplo, una camiseta, unos pantalones o un vestido. La segunda cámara vuelve a escanear las prendas desde una altura de unos 5 centímetros. Se trata de registrar las propiedades del material y detectar, por ejemplo, manchas o botones. Las secciones de imagen identificadas se recortan y se envían a un segundo modelo de IA, que clasifica el tipo de material, es decir, distingue concretamente entre tejido y prenda de punto. Los resultados de los análisis se muestran de forma clara en una pantalla.
¿Qué cámaras se utilizan?
Para la captura de imágenes, el instituto de Augsburgo apuesta por las cámaras uEye XC de IDS, más concretamente por el kit de inicio uEye XC. El paquete completo incluye la cámara, el trípode, los cables y una lente macro, lo que lo convierte en una solución lista para usar para el proyecto de investigación. Los factores decisivos para la elección de la cámara fueron, sobre todo, su diseño compacto, el sensor de 13 megapíxeles y su facilidad de uso, como explica Martin Kohnle, director de proyectos de IA y digitalización en el ITA: La uEye XC es tan fácil de usar como una cámara web, pero ha sido diseñada específicamente para aplicaciones industriales. Proporciona imágenes nítidas incluso con distancias variables entre los objetos o en condiciones de iluminación difíciles. Además, funciones como el zoom digital, el balance de blancos automático y la corrección automática del color garantizan que la cámara capture cada detalle con precisión. Como auténtica cámara industrial, se ha diseñado pensando en la disponibilidad a largo plazo de sus componentes, lo que supone una ventaja decisiva frente a las cámaras web convencionales para consumidores.
Para integrar el procesamiento de imágenes, el equipo de Augsburgo apuesta por el software gratuito para cámaras IDS peak. El kit de desarrollo de software (SDK) ofrece todas las interfaces de programación y herramientas necesarias para el funcionamiento y el control de las cámaras.
«IDS peak permite una integración sencilla y potente de nuestras cámaras a través de USB3 Vision. La estructura SDK uniforme simplifica considerablemente el desarrollo, el control y la captura de imágenes. Esto nos permite implementar nuestros procesos de procesamiento de imágenes basados en IA más rápidamente y adaptarlos de forma flexible.»
¿Qué sigue?
El mercado del reciclaje textil está evolucionando cada vez más hacia procesos basados en datos e inteligencia artificial que requieren datos de imagen de alta calidad en tiempo real. Para el estudio de reciclaje, esto aumenta los requisitos en cuanto a calidad de cámara, sincronización y compatibilidad con API. En la investigación, la atención se centra especialmente en la integración flexible de diferentes tecnologías de sensores en sistemas adaptativos de clasificación y análisis.
También se seguirá desarrollando DETEX: A partir de un sistema de cinta transportadora puro se creará un sistema modular mecánico-robótico completo que tendrá en cuenta tanto el reciclaje como la reutilización. El núcleo es un sistema de caída libre que permite una captura multiperspectiva de 360° de los textiles. Además, una captura posterior por ambos lados mediante pinzas asistidas por robot permitirá realizar un análisis detallado de otras características del material. Esto permite recopilar una gama mucho más amplia de información y asignar los textiles a las opciones de reciclaje o reutilización adecuadas de forma aún más específica. Un nuevo paso importante hacia un ciclo de reciclaje cerrado, con el apoyo del procesamiento industrial de imágenes.
El Atelier de Reciclaje del Instituto de Tecnología Textil de Augsburgo / Institut für Textiltechnik Augsburg gGmbH (ITA)
El Atelier de Reciclaje del Instituto de Tecnología Textil de Augsburgo (ITA) es una fábrica modelo y de aprendizaje para el reciclaje mecánico de textiles. El equipo investiga métodos innovadores para el reciclaje de textiles orientado al ciclo de vida. La visión: Reciclaje de alta calidad en lugar de vertido y valorización energética.
uEye XC
Modelo utilizado: kit de inicio uEye XC