条码思路被搬进回收厂

条码扫描器在超市中能快速识别食品和日用品。布法罗大学的研究人员提出，类似的理念也可以应用到工业回收线上，用来更快、更经济地分拣不同种类的塑料。根据该团队的研究，这一设想是可行的。

与依赖光学传感器的传统条码扫描器不同，研究团队正在开发的是一种基于“三维瞬态热条码”的识别系统，用于快速识别在传送带上移动的塑料制品。

相关成果已发表在期刊《Communications Engineering》上。

目标：更便宜、更可扩展的塑料分拣

通讯作者、纽约州立大学杰出教授、布法罗大学化学与生物工程系帝国创新教授 Amit Goyal 博士表示：“我们的目标是开发一种具有成本效益、可扩展且适用于工业环境的塑料分类技术，以解决当前限制塑料回收的关键科学问题。”

Goyal 领导的布法罗大学塑料回收与创新计划，被纽约州环境保护部指定为“纽约州塑料回收研究与创新中心”。

他指出，这套系统旨在通过降低分拣过程中的“污染”程度，提高分类后塑料的纯度和质量，从而增加可回收利用的材料量，推动循环经济发展。他补充说，据估算，每回收一吨塑料，可节约约 5.7 兆瓦时电力、685 加仑（2593 升）石油，以及 30 立方码（23 立方米）的填埋空间。

塑料回收率为何依然不高

目前，家庭和企业产生的塑料废弃物会被送往物料回收设施，在那里与其他垃圾分离。这一过程往往仍依赖人工操作，容易出现误判，导致打包后的塑料混杂度高、质量不佳。

在后续环节中，塑料需要进一步按类型分拣。但现阶段缺乏既具成本竞争力又足够准确的技术，能根据树脂代码高效识别塑料种类。

现有方案包括近红外光谱、拉曼光谱和激光诱导击穿光谱等，但都存在一个或多个问题：例如灵敏度不足、选择性不够、检测速度偏慢、难以识别黑色塑料，或无法满足物料回收设施常见的远距离（远程模式）识别需求。

这些技术局限，是全球塑料回收率长期偏低的重要原因之一。

利用“分子指纹区”生成热条码

为突破上述瓶颈，布法罗大学团队尝试开发一种技术，能够在远距离快速捕捉废弃塑料的分子特征，并且可以较为容易地集成到现有分拣设备中。

研究人员选取了一系列中红外波长照射塑料制品。中红外区域被称为“分子指纹区”，因为不同类型的塑料在这一电磁波段都会呈现各自独特的光谱峰。

当塑料吸收这些光线后，其内部分子键会发生振动，产生短暂的热分布模式。热成像相机对这些瞬时热模式进行测量。由于热模式反映了各类塑料特有的分子结构特征，研究人员将其视作一种“三维瞬态热条码”。

在实验中，团队利用六个中红外波长，成功区分了六种常见塑料：PET、PP、PS、HDPE、LDPE 和 PVC。此外，该技术还能识别黑色塑料——这类塑料通常以上述六种塑料为基材，并加入大量碳基添加物。

距离工业应用仍需优化

目前，这套系统距离真正投入工业使用还有一段距离。研究团队正在推进多方面改进，包括：

• 开发更高速的硬件，以适应高速传送带上的快速分拣；
• 设计成本更低、可同时发射多种中红外波长的光源；
• 引入基于人工智能的软件算法，以进一步提升识别精度和整体性能。

尽管仍处于早期阶段，研究结果表明“瞬态热条码”这一思路在原理上是可行的，并为提升塑料回收效率带来了初步希望。未来，这项技术有望帮助更多塑料废弃物避免进入填埋场或环境中，减少塑料降解对动植物和人类健康的潜在危害。

团队与贡献

该研究由布法罗大学纽约州塑料回收研究与创新中心牵头完成。第一作者 Kunal Singh 博士是 Goyal 教授指导的博士后研究员，通讯作者之一 Thomas Thundat 博士是布法罗大学的纽约州立大学杰出教授。三位作者均隶属于布法罗大学工程与应用科学学院化学与生物工程系。

Thundat 和 Goyal 表示，Singh 在这项发明和研究中发挥了关键作用。他们指出，Singh “不仅完成了高水平的科学研究，还开发了先进的定制仪器”，其“严谨细致的工作识别出我们初始方案中的关键不足，并提出了优雅的技术改进路径”。

Singh 表示：“我们希望在此基础上进一步完善这项技术，使其最终能够转化为实际的工业应用。”