Chytré roboty pro cílenou boj proti virům a bakteriím

V projektu MobDi jsou vyvíjeni dezinfekční roboti jak pro použití v budovách, tak v dopravních prostředcích. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez a Fraunhofer IMW/Grafika: Stefanie Irrler

Mobilní dezinfekce – MobDi © Fraunhofer IPA

Serviceroboty mohou přispět k tomu, že budovy a dopravní prostředky budou pravidelně a s konstantní vysokou kvalitou čištěny a dezinfikovány. Od října 2020 pracuje dvanáct zařízení Fraunhofer-Gesellschaft na vývoji nových technologií pro toto pole použití. Vedeno Fraunhofer IPA sdružují partneři v výzkumném projektu „Mobilní dezinfekce“ (MobDi) své kompetence, aby přispěli k bezpečnému „Novému normálu“ v době pandemie. Projekt je součástí akčního programu „Fraunhofer vs. Corona.“

Klíčem v boji proti COVID-19 je minimalizace rizika nákazy. Tomu se věnuje projekt „Mobilní dezinfekce“ (MobDi), v němž vybraní experti Fraunhofer vyvíjejí nová hardwarová a softwarová řešení pro mobilní serviceroboty. Ty by měly umožnit na jedné straně cílenou a šetrnou dezinfekci potenciálně kontaminovaných povrchů v budovách a dopravních prostředcích pomocí robota. Na druhé straně by měly vývoje přispět k automatizaci materiálového transportu v nemocnicích a tím zabránit šíření bakterií personálem.

Noví dezinfekční a transportní roboti

Pro dezinfekci v budovách a dopravních prostředcích vyvíjejí partneři specializované serviceroboty. Technickým základem pro dezinfekci v budovách je „DeKonBot“ Fraunhofer IPA, který institut vyvinul loni v rámci předchozího projektu se stejným názvem. Jeho nástroj pro mopovou dezinfekci bude výzkumníky dále zdokonalovat a platformu jako celek optimalizovat pro pozdější sériovou výrobu. Robot pro dezinfekci v dopravních prostředcích vzniká v rámci Fraunhofer IFAM. Obzvlášť náročné je vývoj modulární pohonné podpory pro překonávání spár a schodů. Oba roboti budou mít různé nástroje, které budou dezinfikovat pomocí mopu, postřiku, UV nebo plazmatu. Tyto nástroje se mohou podle potřeby automaticky měnit.

Fraunhofer IPA také vyvíjí nový transportní robot, který může vést různé vozíky, jaké se běžně používají v nemocnicích. Na rozdíl od stávajících produktů se novinka vyznačuje malými rozměry a zvlášť obratným podvozkem. Fraunhofer IVV pomáhá s hygienicky správným designem různých robotů. Institut rovněž vyvíjí koncepty pro jejich samočištění, které zabrání tomu, aby stroje samy představovaly kontaminační riziko.

Vylepšené vnímací funkce

Díky inteligentním vnímacím funkcím budou dezinfekční roboti schopni cíleně čistit. Použije se nový multimodální 3D senzor Fraunhofer IOF. Pomocí tohoto senzoru roboti během uvedení do provozu autonomně rozpoznají všechny objekty, které mají dezinfikovat, a materiál, ze kterého jsou vyrobeny. Rozpoznávání objektů Fraunhofer IPA a rozpoznávání materiálů Fraunhofer IPM vyhodnocují data ze senzorů pomocí metod strojového učení. Tím dosahují robustního rozpoznávání i v různých prostředích, kde objekty mohou vypadat mírně odlišně.

Vícevrstvý model prostředí od Fraunhofer IOSB shromažďuje všechny potřebné informace a umožňuje robotům samostatně plánovat čisticí postupy. Obsahuje mapu okolí, polohu všech objektů k čištění a jejich materiál. Není vždy nutné manuálně zadávat data o prostředí. Na základě prací Fraunhofer Italia bude možné tyto informace automaticky načíst z tzv. „Building Information Modeling“ (BIM), což je již v mnoha budovách existující digitální zobrazení všech stavebních prvků.

V budoucnu by měla být před dezinfekcí jednotlivých objektů použita vnímací funkce, která na základě míry znečištění optimalizuje čištění a ověří jeho úspěšnost. Fraunhofer FEP provádí v rámci projektu první základní studie, jak by bylo možné tato znečištění rozpoznat.

Analýza metod čištění

Pro cílené a šetrné čištění provádějí partneři pokusy s různými metodami čištění a dezinfekce na běžných typech povrchů, jako jsou nerez a plasty. Kromě analýzy jednotlivých metod zkoumají také možnosti jejich kombinace. Například by robot nejdříve otřel kliknu dveří a poté použil UV světlo k neutralizaci bakterií na těžko přístupných místech. Fraunhofer ILT bude analyzovat zvlášť kombinované použití UV a plazmových zdrojů.

Výsledky těchto metod vyhodnocují vědci z Fraunhofer FEP a IFAM na základě vzorků bakterií i virů. Fraunhofer IST zkoumá možné poškození materiálů a Fraunhofer IWS sleduje vznik škodlivých rozkladných produktů. Cílem je vyvinout metodiku, která umožní výběr nejvhodnějších metod pro každý dezinfekční proces podle materiálu a míry znečištění.

Potřebám odpovídající vývoj

Technický vývoj v rámci „MobDi“ vychází z požadavkových, užitkových a ekonomických analýz, které má na starosti Fraunhofer IMW. Aby bylo možné roboty přizpůsobit podle potřeb a praxe, vyvíjejí partneři od začátku společně s uživateli scénáře, které mají roboty realizovat, a od nich odvozují technické požadavky. K tomu vedly četné rozhovory s logistiky a hygienickými experty v nemocnicích, stejně jako s provozovateli a úklidovým personálem v budovách a veřejné dopravě. Uživatelé jsou do projektu rovněž zapojeni, aby se vyvinuly intuitivní uživatelské rozhraní pro nastavování a každodenní provoz robotů.

Do konce projektu v září 2021 by měly být vyvinuté roboty i prakticky ověřeny. Partneři je nejprve otestují ve svých laboratořích a poté v reálných prostředích, například v veřejné budově, v osobní dopravě nebo v nemocnici. Výsledky budou porovnány s tzv. „Klíčovými ukazateli výkonnosti“ (KPIs). Již na začátku projektu byly tyto KPIs, tedy kritéria úspěšného nasazení robotů v daném oboru, stanoveny ve spolupráci s potenciálními uživateli.

Možnosti zapojení

Protože jsou roboty modulární a využívají běžné rozhraní, lze technologie vyvinuté v rámci „MobDi“ snadno převést na jiné stroje a roboty. To podporuje rychlý přenos výzkumu a vývoje do praxe. Zájemci výrobci se mohou obrátit na partnery projektu, pokud by se chtěli podílet na vývoji. Kromě přenosu jednotlivých technologií do stávajících produktů je rovněž možné integrovat vyvinuté roboty jako celek do nového produktu.

Profil projektu

Celý název projektu: Mobilní dezinfekce – MobDi
Doba trvání: 01.10.2020 až 30.09.2021
Podpora: Projekt je součástí akčního programu „Fraunhofer vs. Corona“, který podporuje řadu dalších iniciativ boje proti pandemii.

Partneři projektu a jejich příspěvky

- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA: vedení projektu, vývoj nového transportního robota, integrace nových technologií a funkcí do dezinfekčního robota pro použití ve veřejných budov, (dále) vývoj navigačního a objektového rozpoznávacího softwaru
- Fraunhofer-Zentrum für Internationales Management und Wissensökonomie IMW: procesní a potřebové analýzy, identifikace relevantních výkonových parametrů, hodnocení uživatelů a ekonomické analýzy
- Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB: 3D mapování prostředí, vrstvený model prostředí, vývoj a návrh UV-C zdrojů
- Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM: vývoj dezinfekčního robota pro veřejnou osobní dopravu, modulární pohonné podpory pro překonávání spár a schodů, a dezinfekčního koncového nástroje, ověření úspěšnosti dezinfekce
- Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST: vývoj plazmových zdrojů pro čištění a dezinfekci, hodnocení účinku a materiálové kompatibility dezinfekčních metod
- Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP: rozpoznávání znečištění, povrchová úprava UV, ověření úspěšnosti dezinfekce
- Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF: vývoj multimodálního 3D senzoru pro spolehlivé dodávání dat na různých materiálech
- Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS: koncepty dodatečného čištění pro odstranění reakcí a rozkladných produktů ze vzduchu
- Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM: rozpoznávání materiálů
- Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT: vývoj kombinovaných UV/plazmových zdrojů záření
- Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV: koncepty hygienického designu pro nově vyvinuté hardwarové řešení
- Fraunhofer Italia Research Konsortialgesellschaft GmbH: integrace Building Information Modeling (BIM) s vrstveným modelem prostředí