Výzkumníci Fraunhofer vyvíjejí nového robota pro otírací dezinfekci povrchů

Se svými čisticími štětci odstraňuje DeKonBot 2 hrubé nečistoty z kliky dveří a současně rovnoměrně nanáší dezinfekční prostředek. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez / Použitím svých čisticích štětců odstraňuje DeKonBot 2 hrubé nečistoty z kliky dveří a zároveň rovnoměrně aplikuje dezinfekční prostředek. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

DeKonBot 2 může být vybaven různými dezinfekčními nástroji, zde s UVC dezinfekčním nástrojem vyvinutým v Fraunhofer IOSB... © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

... a zde s plazmovým dezinfekčním nástrojem vyvinutým ve Fraunhofer IST. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Pomocí svého flexibilního čisticího nástroje může DeKonBot 2 dezinfikovat různé povrchy, kromě klik a knoflíků také tlačítka výtahu nebo vypínače světel. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez / Použitím svého flexibilního čisticího nástroje může DeKonBot 2 dezinfikovat různé předměty otřením, kromě klik a knoflíků také tlačítka výtahu nebo vypínače světel. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Během praktických testů mohli pracovníci úklidu naprogramovat robota pomocí tabletu. © Fraunhofer IMW/Foto: Agnes Vosen

Pro běžný provoz je tablet připevněn k robotovi, který se pohybuje autonomně od jednoho čištěného objektu k druhému. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

V projektu »MobDi – Mobilní dezinfekce« vyvinulo dvanáct zařízení Fraunhofer-Gesellschaft nové klíčové technologie pro robotickou mobilní čištění a dezinfekci. Aktuálním výsledkem je dezinfekční robot »DeKonBot 2« z Fraunhofer IPA. V listopadu 2021 představili zúčastnění partneři projektu schopnosti robota a výsledky praktických testů.

Úkoly čištění a dezinfekce v budovách jsou od pandemie covidu-19 v centru pozornosti, neboť mohou přispět k zabránění šíření viru. Napjatá personální situace a náročná kontrola kvality již delší dobu kladou tlak na odvětví úklidu. Pomocí robotických asistenčních systémů lze zde pomoci. Dostupná automatizační řešení, jako jsou UV-založené dezinfekční roboti nebo roboti pro postřikovou dezinfekci, však mohou dezinfikovat místnosti pouze za bezpečnostních důvodů, pokud jsou prázdné. To personál pouze minimálně zatěžuje. Často požadovaná utěrková dezinfekce povrchů – například v nemocnicích nebo na technickém vybavení a infrastruktuře, jako jsou vypínače nebo tlačítka výtahů – stále provádí úklidový personál.

Pro zajištění přesnější automatizace a podporu úklidového personálu vyvinulo dvanáct zařízení Fraunhofer-Gesellschaft v projektu »MobDi – Mobilní dezinfekce« od října 2020 do listopadu 2021 nové klíčové technologie pro robotické čištění a dezinfekci a rozšířilo stávající technologie. Projekt byl financován z dotačního programu »Fraunhofer vs. Corona«.

Prototyp blízký produktu

Fraunhoferův institut pro výrobní techniku a automatizaci IPA vyvinul v rámci projektu dezinfekčního robota »DeKonBot 2« a sestavil jej. Fraunhoferovo centrum pro mezinárodní management a vědomostní ekonomiku IMW vyvinulo grafické uživatelské rozhraní pro intuitivní obsluhu. Cílové oblasti nasazení robota jsou veřejné budovy a zařízení ve zdravotnictví. Fraunhofer IPA plánuje v příštím roce společně s firmou MetraLabs uvést robot do fáze komerčního produktu, aby mohl být od začátku roku 2023 dodáván. Předobjednávky jsou již nyní možné.

DeKonBot 2 je další vývoj stejnojmenného dezinfekčního robota, který představil Fraunhofer IPA v první generaci v roce 2020. Na základě získaných zkušeností inženýři robotiky upravili hardwarové komponenty. »Cílem dalšího vývoje bylo navrhnout kompaktní, cenově dostupný a funkční robot«, vysvětluje Simon Baumgarten, vědec z Fraunhofer IPA a odpovědný za konstrukci robota. »Výzvou bylo také, aby bylo dezinfekční nástroje flexibilní, úsporné na místo a zároveň takové, aby mohly efektivně dezinfikovat různé objekty.«

Jako mobilní základnu nyní používá robot Scitos X3 od firmy MetraLabs, platformu, která je s jednoduchým diferenciálním pohonem levnější než dříve používaná omnidirekční platforma a nabízí více prostoru pro všechny potřebné sestavy. Původní robot SCARA byl nahrazen kolaborativním šestiosým ramenovým robotem od firmy Universal Robots, který se lépe pohybuje kolem dezinfikovaných objektů a dosáhne na všechny relevantní kontaktní plochy. Místo mikrovláknového hadříku používá DeKonBot 2 kartáčový systém. Namáčení kartáčů v dezinfekčním prostředku je dezinfikuje a zabraňuje přenášení mikroorganismů přes čistící nástroj.

Software je klíčovou technologií pro rozpoznávání objektů k dezinfekci u DeKonBot 2. Algoritmy musí spolehlivě fungovat za různých podmínek prostředí, například při odlišných světelných podmínkách. Je třeba rozpoznat a lokalizovat v místnosti kliky, kličky, vypínače a tlačítka výtahů v různých tvarech a provedeních. To umožňují strojové učící se metody. Rozpoznávají objekty na základě dvourozměrných RGB obrázků a třídí je do různých typů objektů, podle nichž se robot řídí při pohybu. Pro přesné určení polohy a kontury dezinfikovaného objektu je použit nový senzorový systém, založený na řádkovém laserovém skeneru, který spolehlivě a přesně zachytí i zrcadlové povrchy.

Učení a použití

Aby mohl robot fungovat autonomně, musí se DeKonBot 2 jednou naučit v novém pracovním prostředí. K tomu jej řidič pomocí dálkového ovládání projede celým prostorem, který má čistit, a robot si z toho automaticky vytvoří mapu. Během učící jízdy označí polohu všech objektů k čištění tím, že jej před ně postaví. Po procesu učení může začít autonomní čištění.

Robot pak sám projíždí určenou oblastí podle pokynu uživatele. Alternativně lze definovat takzvané rutiny, při nichž robot v určitých časech čistit jednotlivé oblasti. DeKonBot 2 se přesune na předem naučenou pozici před objektem k čištění a pohne svým ramenem s senzory a čistícím nástrojem dopředu. Při tom setře kartáčem mřížku, aby zabránil kapkám. Senzory měří objekt k čištění a na základě dat naplánují pohyb robotického ramene tak, aby kartáče úplně dezinfikovaly kliky, knoflíky nebo vypínače. Poté robot zahájí dezinfekci. Pokud je hotovo, bezpečně vrátí čistící nástroj do zásobníku dezinfekčního prostředku a přesune se k dalšímu objektu.

Týdenní praktický test a zpětná vazba od uživatelů

Hlavním cílem dalšího vývoje DeKonBotu bylo zlepšit blízkost produktu a praktickou použitelnost. Aby to ověřili, provedli vědci z Fraunhofer IPA a Fraunhofer IMW týdenní testy na patře kancelářské budovy společnosti EnBW. Čištění zahrnovalo vypínače, kliky a knoflíky dveří. Tři vedoucí pracovníci EnBW a tři vedoucí a čtyři úklidoví pracovníci od správce budov Gegenbauer řídili robota, učili jej novým objektům a spustili a sledovali běžný provoz. Měřily se klíčové výkonnostní údaje, například doba trvání jednotlivých úkolů, a zaznamenávaly se chyby a jejich četnost.

„S technickou spolehlivostí a dosaženými výkonnostními údaji jsme velmi spokojeni,“ shrnuje Baumgarten. Automatická navigace robota v prostředí fungovala bez chyb. Rozpoznávání a dezinfekce klik a vypínačů probíhaly také úspěšně. Pouze u kliček dveří se občas vyskytly potíže. Testy uživatelů ukázaly, že akceptace robota je vysoká: robot se uživatelům líbil, po zaškolení jej dokázali úspěšně ovládat a všichni si dokázali představit s robotem trvale spolupracovat.

Posouzení ekonomické efektivity

Výzkumný tým Fraunhofer IMW dále zkoumal ekonomickou efektivitu robota na základě analýzy životního cyklu nákladů. Zahrnují se všechny náklady, které vznikají na základě měřených a budoucích dosažitelných výkonových parametrů a nákladů na robota od pořízení po likvidaci. Jako srovnávací hodnotu použili náklady na úklidovou sílu, která dezinfikuje pouze uvedené objekty. Dosud robot dokáže za podmínek testu vyčistit 30 objektů za hodinu. »Naše výpočty ukázaly, že při výkonu 45 objektů za hodinu je možný ekonomický provoz«, vysvětluje Dr. Marija Radic, vedoucí oddělení Fraunhofer IMW. V ekonomickém scénáři pracuje robot 24 hodin denně (včetně dob nabíjení), doba amortizace by pak činila osm let.

S těmito aktuálními vývojovými a optimalizačními kroky má být dosaženo tohoto cíle. »Budeme dále zrychlovat skenování a celý pohybový cyklus«, vysvětluje Baumgarten další práce. »Také zlepšíme jednotlivé komponenty, například nástroj a zásobník, z hlediska bezpečnosti a hygieny. Do budoucna naučíme robota otevírat dveře a jezdit výtahem.«

Profil projektu:
Úplný název projektu: MobDi – Mobilní dezinfekce
Doba trvání: 01.10.2020 až 30.11.2021
Webová stránka: www.mobdi-projekt.de
Podpora: Projekt je součástí akčního programu »Fraunhofer vs. Corona«, který podporuje řadu dalších iniciativ v boji proti pandemii.