Naukowcy z kilku krajów europejskich opracowują koncepcję inteligentnego robota przeznaczonego do wierceń poszukiwawczych – w ramach projektu MINOTAUR  (Miniaturized Robotic Systems for Autonomous In-Situ Exploration of Critical Raw Materials In Deep Land Deposits). Urządzenie miałoby rozpoznawać surowce w czasie wiercenia i podążać w kierunku ich największej koncentracji, by jak najlepiej zbadać złoże. Jednocześnie ma przekazywać na bieżąco informacje, które pozwalałyby stworzyć tzw. „cyfrowego bliźniaka złoża”. W prace zaangażowany jest zespół Digital Mining Center z Wydziału Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii PWr.

Projekt jest możliwy dzięki finansowaniu z unijnego programu Horyzont Europa (a konkretnie z Horizon Research and Innovation Actions w ramach tematu HORIZON-CL4-2024-RESILIENCE-01-01). W inicjatywę MINOTAUR* zaangażowane są zespoły badaczy i specjalistów z uczelni, ośrodków naukowych i firm wydobywczych ze Szwecji, Danii, Polski, Portugalii, Grecji i Belgii. Prace zaczęły się w listopadzie ubiegłego roku i potrwają trzy lata. Kieruje nimi zespół z Luleå University of Technology.

Jak ograniczyć skutki dla środowiska?

Poszukiwania nowych złóż kopalin wiążą się z głębokimi pionowymi odwiertami, które mają potwierdzić, czy zasobność pokładów danego surowca uzasadni wydobycie (zarówno pod względem ekonomicznym, jak i środowiskowym). Ale już same takie odwierty są dużą ingerencją w otoczenie – obejmują wykorzystanie ciężkich maszyn wiertniczych i zajęcie nawet tysięcy metrów kwadratowych przestrzeni, a do tego dochodzi hałas i inne zanieczyszczenia. Głębokie wiercenia pociągają też za sobą olbrzymie koszty i konieczność zaangażowania wieloosobowych zespołów.

Dlatego naukowcy i przedstawiciele przemysłu wydobywczego szukają nowych rozwiązań, które pozwolą ograniczać koszty środowiskowe, a jednocześnie przyspieszać prace i zwiększać ich efektywność.

Wspólnie pracują nad koncepcją autonomicznego inteligentnego robota, który wyposażony w szereg zaawansowanych sensorów i algorytmy sztucznej inteligencji, miałby jednocześnie badać złoże i transmitować na powierzchnię informacje w czasie rzeczywistym.

Konsorcjanci planują, że dane przesyłane przez robota mają zasilać „cyfrowego bliźniaka złoża”, czyli system będący wirtualnym odwzorowaniem mapowanych zasobów. Analizowałby koncentrację występowania surowców w badanej przestrzeni i kierował urządzenie w miejsca, gdzie ich zawartości byłyby wyższe.

W efekcie wykorzystywanie takiego rozwiązania prowadziłoby m.in. do zmniejszenia odpadów z procesu wiercenia (tzw. zwiercin), ograniczenia wpływu na środowisko, a także poprawy bezpieczeństwa pracowników w czasie wierceń.

– Ze względu na stopień skomplikowania projektu, zakładamy, że proponowane przez nas rozwiązanie nie zastąpiłoby całkowicie tradycyjnych wierceń eksploracyjnych, ale stanowiło dodatkowe narzędzie, które pozwalałoby właśnie przyspieszyć prace i zmniejszyć koszty środowiskowe – opowiada dr Magdalena Worsa-Kozak, badaczka z Wydziału Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii, która kieruje projektem z ramienia PWR. – Robota można by, np. wpuścić do pierwszego z odwiertów wykonanego przez duże maszyny wiertnicze, gdzie wykonałby tzw. contour drilling, czyli podążał za graniczną zawartością metalu w złożu i „okonturowywał” je. Dane zebrane w ten sposób pozwoliłyby określić wielkość złoża i jego potencjalną zasobność, a docelowo zmniejszyć liczbę koniecznych dużych odwiertów.

Jak może wyglądać taki robot?

Naukowcy na razie nie wdają się w szczegóły – jako że prace dopiero ruszyły, a przygotowanie koncepcji, nawet tylko w technicznym zarysie, wymaga wielu ustaleń. Na pewno musi być nieduży, Może przypominać miniaturowe TBM, czyli maszyny drążące tunele – tyle, że wyposażone w dodatkowe czujniki i być może manipulatory lub inne rozwiązania.

– Należy pamiętać, że pracujemy nad koncepcją tzw. wysokiego ryzyka, czyli rozwiązaniem, które jest niezwykle skomplikowane i bardzo wymagające pod kątem różnych kwestii – choćby prawnych, mechanicznych, geologicznych czy geotechnicznych – zastrzega dr Worsa-Kozak. – Różnorodność geologiczna złóż surowców krytycznych na świecie jest olbrzymia. Zupełnie inne są warunki eksploracji np. pokładowych złóż rud miedzi, a inne żyłowych złóż złota. Nie sposób zatem stworzyć uniwersalnego robota, który byłby w stanie w czasie rzeczywistym rozpoznawać wszystkie pierwiastki i podążać za każdym złożem w każdych warunkach geologicznych, do tego w sposób bezpieczny i gwarantujący jakość efektów swojej pracy. Dlatego w ramach naszego projektu wybraliśmy dwa miejsca, dla których będziemy tworzyć koncepcję takiego robota.

Naukowcy przygotują zatem koncept urządzenia, które na razie byłoby w stanie rozpoznawać kilka konkretnych surowców i pracować w warunkach geologicznych zbliżonych do tych, jakie występują w kopalniach magnezytu w Grecji oraz kopalni wolframitu w Portugalii. A to ma przetrzeć szlaki dla kolejnych rozwiązań – coraz bardziej zaawansowanych technicznie i zmierzających do większej uniwersalności.

Zespół z Politechniki Wrocławskiej jest koordynatorem jednego z pakietów w projekcie oraz uczestniczy w pracach w ramach pozostałych pakietów. Odpowiada m.in. za zdefiniowanie wymagań, jakie musi spełnić robot oraz ustalenie warunków jego pracy. Naukowcy zajmują się także analizą formalno-prawną, mającą na celu zapewnienie zgodności użytkowania robota z niezbędnymi wymogami prawnymi (np. regulacje dotyczące dokumentowania złóż w różnych krajach), standardami/procedurami obowiązującymi na szczeblu krajowym lub regionalnym w krajach, w których działają partnerzy projektu MINOTAUR.

Od 1 do 3 kwietnia na Politechnice Wrocławskiej gościliśmy wszystkich partnerów projektu na spotkaniu konsorcjum, podczas którego omawiane były postępy i plany na kolejne miesiące.

O szczegółach projektu MINOTAUR można przeczytać także na jego stronie internetowej, a bieżące ustalenia będą publikowane na profilu LinkedIn.

*Pełna nazwa projektu to Miniaturized Robotic Systems for Autonomous In-Situ Exploration of Critical Raw Materials In Deep Land Deposits. Członkami konsorcjum MINOTAUR są: Luleå University of Technology (lider), Technical University Of Denmark, Politechnika Wrocławska, Associação Do Instituto Superior Técnico Para A Investigação E Desenvolvimento, University Of Patras, Industrial Mineral Europe, Community Forged Innovation i TERNA MAG S.A. Projekt otrzymał dofinansowanie z programu Unii Europejskiej w zakresie badań naukowych i innowacji "Horyzont Europa" w ramach umowy grantowej nr 101178775.