Investigadores de Fraunhofer desarrollan un nuevo robot para la desinfección de superficies mediante fregado

Con sus cepillos de limpieza, DeKonBot 2 elimina la suciedad gruesa de la manilla de la puerta y aplica de manera uniforme el desinfectante. © Fraunhofer IPA / Foto: Rainer Bez

DeKonBot 2 puede estar equipado con diferentes herramientas de desinfección, aquí con una herramienta de desinfección UVC desarrollada en Fraunhofer IOSB... © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

... y aquí con una herramienta de desinfección por plasma desarrollada en el Fraunhofer IST. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Con su herramienta de limpieza flexible, DeKonBot 2 puede desinfectar diferentes superficies, además de manijas y pomos de puertas, también botones de ascensor o interruptores de luz. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Durante las pruebas prácticas, el personal de limpieza pudo programar el robot utilizando una tableta. © Fraunhofer IMW/Foto: Agnes Vosen

Para el funcionamiento regular, la tableta se fija al robot, que se desplaza de forma autónoma de un objeto a limpiar al siguiente. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

En el proyecto »MobDi – Desinfección Móvil«, doce instituciones de la Sociedad Fraunhofer desarrollaron nuevas tecnologías clave para la limpieza y desinfección móvil basada en robots. El resultado actual es el robot de desinfección »DeKonBot 2« del IPA de Fraunhofer. En noviembre de 2021, los socios del proyecto presentaron las capacidades del robot y los resultados de las pruebas prácticas.

Las tareas de limpieza y desinfección en edificios han estado en el foco desde la pandemia de COVID-19, ya que pueden ayudar a prevenir la propagación del virus. La situación de personal tensa y el control de calidad laborioso ya ejercían presión sobre el sector de la limpieza desde hace tiempo. Los sistemas de asistencia robótica pueden apoyar en esto. Soluciones de automatización disponibles, como robots de desinfección basados en UV o robots para la desinfección por pulverización, solo pueden desinfectar habitaciones si están desocupadas por motivos de seguridad. Esto apenas alivia al personal. La desinfección con fregado, que a menudo es necesaria en superficies — por ejemplo, en habitaciones de hospitales o en equipamiento técnico e infraestructura como interruptores de luz o botones de ascensor — sigue siendo realizada por el personal de limpieza.

Para ofrecer soluciones de automatización más precisas y apoyar al personal de limpieza, doce instituciones de la Sociedad Fraunhofer desarrollaron, en el marco del proyecto »MobDi – Desinfección Móvil«, nuevas tecnologías clave para la limpieza y desinfección basadas en robots, y ampliaron tecnologías existentes. El proyecto recibió fondos del programa de acción »Fraunhofer vs. Corona«.

Prototipo cercano al producto

El Instituto Fraunhofer para Tecnología de Producción y Automatización IPA desarrolló y construyó en el proyecto el robot de desinfección »DeKonBot 2«. El Centro Fraunhofer para Gestión Internacional y Economía del Conocimiento IMW desarrolló la interfaz gráfica de usuario para una operación intuitiva. Los posibles ámbitos de aplicación del robot son edificios públicos y centros del sector salud. El IPA de Fraunhofer planea llevar el robot a la fase de producto en el próximo año en colaboración con la empresa MetraLabs, para que pueda ser entregado a partir de principios de 2023. Las preórdenes ya están abiertas.

DeKonBot 2 es la evolución del robot de desinfección del mismo nombre, presentado por primera vez en 2020 por el IPA de Fraunhofer en su primera generación. Basándose en las experiencias adquiridas, los expertos en robótica revisaron los componentes hardware. »El objetivo de la evolución era diseñar un robot compacto, económico y funcional«, explica Simon Baumgarten, científico del IPA de Fraunhofer y responsable de la construcción del robot. »También fue un reto hacer que la herramienta de limpieza fuera flexible, compacta y al mismo tiempo capaz de desinfectar eficazmente diferentes objetos.«

Como base móvil, ahora se emplea el Scitos X3 de la empresa MetraLabs, una plataforma que, con un simple accionamiento diferencial, es más económica que la plataforma omnidireccional utilizada anteriormente y ofrece más espacio para todos los componentes necesarios. El robot original tipo SCARA fue reemplazado por un robot colaborativo de seis ejes con articulación articulada de la empresa Universal Robots, que puede moverse mejor alrededor de los objetos a desinfectar y alcanzar todas las superficies de contacto relevantes. En lugar del paño de microfibra anterior, DeKonBot 2 utiliza un sistema de cepillos. Sumergir los cepillos en el tanque con desinfectante desinfecta los cepillos y evita que los gérmenes se propaguen a través de la herramienta de limpieza.

En cuanto al software, la detección de los objetos a desinfectar es una tecnología clave de DeKonBot 2. Los algoritmos deben funcionar de manera fiable en diferentes condiciones ambientales, por ejemplo, con variaciones en la iluminación. Esto incluye reconocer y localizar en el espacio manijas de puertas, pomos de puertas, interruptores de luz y botones de ascensor en diferentes formas y tamaños. Esto es posible gracias a métodos de aprendizaje automático. Reconocen los objetos a partir de imágenes RGB bidimensionales y los clasifican en diferentes tipos, para que el robot ajuste su movimiento de limpieza en consecuencia. Para determinar la posición exacta y el contorno del objeto a limpiar, se emplea un sistema de sensores desarrollado recientemente. Este se basa en un escáner láser de línea, que también detecta superficies reflectantes de manera fiable y precisa.

Entrenamiento y aplicación

Para permitir el funcionamiento autónomo, la fuerza de limpieza DeKonBot 2 debe aprenderse una vez en un nuevo entorno de trabajo. Para ello, se controla remotamente a través de un mando a distancia, y el robot crea automáticamente un mapa del entorno. Durante el recorrido de aprendizaje, se marca la posición de todos los objetos a limpiar moviendo el robot frente a ellos. Tras este proceso, puede comenzar la limpieza autónoma.

El robot recorre de forma autónoma un área definida por el usuario. Alternativamente, se pueden definir rutinas en las que el robot limpia áreas específicas en determinados momentos. DeKonBot 2 se acerca a la posición previamente aprendida frente a un objeto a limpiar y extiende su brazo con sensores y herramienta de limpieza hacia adelante. Para evitar gotas, limpia las fibras del cepillo en una rejilla. Mide el objeto a limpiar con sus sensores y, en función de los datos, planifica el movimiento necesario del brazo del robot para que las fibras desinfecten completamente el pomo, la manija o el interruptor. Luego, el robot inicia la desinfección. Cuando termina, vuelve a colocar la herramienta de limpieza de forma segura en el tanque de desinfectante y se dirige al siguiente objeto.

Prueba práctica semanal y encuesta a usuarios

Un objetivo importante de la evolución de DeKonBot era mejorar la proximidad al producto y su aplicabilidad práctica. Para verificar esto, los científicos del IPA de Fraunhofer y del IMW llevaron a cabo durante una semana pruebas en un piso de un edificio de oficinas de EnBW. Los objetos a limpiar fueron interruptores de luz, manijas y pomos de puertas. Tres directivos de EnBW y tres responsables y cuatro empleados de limpieza del servicio de mantenimiento del edificio controlaron el robot, aprendieron nuevos objetos y comenzaron y observaron el funcionamiento regular. Se midieron datos relevantes de rendimiento, como la duración de tareas individuales, y se registraron errores y su frecuencia.

»Estamos muy satisfechos con la fiabilidad técnica y los datos de rendimiento obtenidos«, resume Baumgarten. La navegación autónoma del robot en el entorno de uso funcionó sin errores. La detección y desinfección de manijas y interruptores también fue exitosa. Solo en los pomos de las puertas hubo dificultades ocasionales. Las pruebas con usuarios mostraron que la aceptación del robot es alta: los probandos lo recibieron bien, pudieron operarlo con éxito tras la introducción y todos se imaginaron trabajar con el robot de forma permanente.«

Análisis de rentabilidad

Además, el equipo del IMW de Fraunhofer analizó la rentabilidad del robot basándose en un cálculo de costos de ciclo de vida. Se consideran todos los costos, desde la adquisición hasta la eliminación, en función de los datos de rendimiento medidos y alcanzables en el futuro, y los costos del robot. Como referencia, se tomó el costo de una persona de limpieza que desinfecta únicamente los objetos mencionados. Hasta ahora, el robot puede limpiar 30 objetos por hora en condiciones similares a las del test. »Nuestros cálculos mostraron que, a partir de una capacidad de 45 objetos por hora, su uso es rentable«, explica la Dra. Marija Radic, jefa del departamento en el IMW de Fraunhofer. En un escenario económico, el robot trabaja 24 horas al día (incluyendo cargas), y la vida útil de la inversión sería de aproximadamente ocho años.

Con las mejoras y optimizaciones actuales, se busca alcanzar este objetivo. »Vamos a acelerar aún más el proceso de escaneo y los movimientos completos«, explica Baumgarten sobre los próximos pasos. »También mejoraremos componentes individuales, como la herramienta y el tanque, en términos de seguridad e higiene. A largo plazo, enseñaremos al robot a abrir puertas y a usar ascensores.«

Ficha técnica:
Título completo del proyecto: MobDi – Desinfección Móvil
Duración: 01.10.2020 hasta 30.11.2021
Sitio web: www.mobdi-projekt.de
Financiación: El proyecto forma parte del programa de acción »Fraunhofer vs. Corona«, que apoya muchas otras iniciativas para combatir la pandemia.