Les chercheurs de Fraunhofer développent un nouveau robot pour la désinfection des surfaces par balayage

Avec ses brosses de nettoyage, DeKonBot 2 élimine la saleté grossière de la poignée de porte et applique simultanément un désinfectant de manière uniforme. © Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez

DeKonBot 2 peut être équipé de différents outils de désinfection, ici un outil de désinfection UVC développé au Fraunhofer IOSB... © Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez

... et ici avec un outil de désinfection par plasma développé au Fraunhofer IST. © Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez

Grâce à son outil de nettoyage flexible, DeKonBot 2 peut désinfecter différentes surfaces en les essuyant, en plus des poignées et boutons de porte, également les boutons d'ascenseur ou les interrupteurs lumineux. © Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez

Pendant les tests pratiques, le personnel de nettoyage a pu programmer le robot à l'aide d'une tablette. © Fraunhofer IMW/Photo : Agnes Vosen

Pour le fonctionnement régulier, la tablette est fixée au robot qui se déplace de manière autonome d'un objet à nettoyer au suivant. © Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez

Dans le cadre du projet »MobDi – Désinfection Mobile«, douze établissements de la société Fraunhofer ont développé de nouvelles technologies clés pour le nettoyage et la désinfection mobiles robotisés. Le résultat actuel est le robot de désinfection »DeKonBot 2« du Fraunhofer IPA. En novembre 2021, les partenaires du projet ont présenté les capacités du robot et les résultats des tests pratiques.

Les tâches de nettoyage et de désinfection dans les bâtiments sont depuis la pandémie de Covid-19 au centre de l’attention, car elles peuvent contribuer à prévenir la propagation du virus. La situation tendue du personnel et le contrôle qualité exigeant mettent également la branche du nettoyage sous pression depuis longtemps. Les systèmes d’assistance robotisés peuvent ici apporter leur soutien. Les solutions d’automatisation disponibles, telles que les robots de désinfection à base de UV ou les robots pour la désinfection par pulvérisation, ne peuvent désinfecter les pièces que lorsqu’elles sont vides pour des raisons de sécurité. Cela soulage seulement légèrement le personnel. La désinfection par essuyage souvent nécessaire des surfaces – par exemple dans les chambres d’hôpital ou sur l’équipement technique et l’infrastructure comme les interrupteurs ou les boutons d’ascenseur – reste effectuée par le personnel de nettoyage.

Pour assurer ici des solutions d’automatisation plus précises et soutenir le personnel de nettoyage, douze établissements de la société Fraunhofer ont développé, dans le cadre du projet »MobDi – Désinfection Mobile«, de octobre 2020 à novembre 2021, de nouvelles technologies clés pour le nettoyage et la désinfection robotisés, en élargissant les technologies existantes. Le projet a reçu des financements dans le cadre du programme d’action »Fraunhofer contre le Corona«.

Prototype proche du produit

L’institut Fraunhofer pour la technologie de production et l’automatisation IPA a développé et construit dans le cadre du projet le robot de désinfection »DeKonBot 2«. Le centre Fraunhofer pour la gestion internationale et l’économie de la connaissance IMW a conçu l’interface utilisateur graphique pour une utilisation intuitive. Les domaines d’application visés pour le robot sont les bâtiments publics et les établissements de santé. Le Fraunhofer IPA prévoit de faire passer le robot au stade de la maturité commerciale en collaboration avec la société MetraLabs, afin qu’il puisse être livré dès le début de 2023. Les précommandes sont dès maintenant possibles.

DeKonBot 2 est la version améliorée du robot de désinfection du même nom, présenté par le Fraunhofer IPA en 2020 en première génération. Sur la base des expériences acquises, les experts en robotique ont retravaillé les composants matériels. »L’objectif de cette évolution était de concevoir un robot compact, économique et fonctionnel«, explique Simon Baumgarten, chercheur au Fraunhofer IPA et responsable de la mise en place du robot. »Il a également été difficile de rendre l’outil de nettoyage flexible, peu encombrant, tout en étant capable de désinfecter efficacement une grande variété d’objets.«

Comme base mobile, le robot utilise désormais le Scitos X3 de la société MetraLabs, une plateforme qui, avec une simple traction différentielle, est moins coûteuse que la plateforme omnidirectionnelle utilisée auparavant et offre plus d’espace pour toutes les structures nécessaires. Le robot initial, un bras SCARA, a été remplacé par un robot collaboratif à six axes de la société Universal Robots, qui peut mieux se déplacer autour des objets à désinfecter et atteindre toutes les surfaces de contact pertinentes. Au lieu de la microfibre précédente, DeKonBot 2 utilise un système de brosses. L’immersion des brosses dans le réservoir de désinfectant désinfecte les brosses et empêche la propagation de germes via l’outil de nettoyage.

Du côté logiciel, la reconnaissance des objets à désinfecter est une technologie clé de DeKonBot 2. Les algorithmes doivent fonctionner de manière fiable dans différentes conditions ambiantes, par exemple avec des variations d’éclairage. Il doit reconnaître et localiser dans la pièce des poignées de porte, des boutons de porte, des interrupteurs et des boutons d’ascenseur, etc., sous différentes formes et configurations. Cela est rendu possible par des méthodes d’apprentissage automatique. Ils reconnaissent les objets à partir d’images RGB en deux dimensions et les classifient en différents types d’objets, auxquels le robot adapte ses mouvements de nettoyage. Pour déterminer la position exacte et la contour de l’objet à nettoyer, un système de capteurs nouvellement développé est utilisé. Il repose sur un scanner laser en ligne, qui détecte de manière fiable et précise les surfaces réfléchissantes.

Apprentissage et application

Pour permettre un fonctionnement autonome, le robot de nettoyage DeKonBot 2 doit être appris dans un nouvel environnement de travail une seule fois. Pour cela, il est piloté à distance à travers tout l’environnement à nettoyer, et le robot crée automatiquement une carte de celui-ci. Pendant le trajet d’apprentissage, il marque la position de tous les objets à nettoyer en le déplaçant devant eux. Après cette phase d’apprentissage, le nettoyage autonome peut commencer.

Le robot parcourt alors de manière autonome une zone définie par l’utilisateur. Alternativement, des routines peuvent être définies, dans lesquelles le robot nettoie certains secteurs à des heures précises. DeKonBot 2 se déplace jusqu’à la position préalablement apprise devant un objet à désinfecter, puis déplace son bras avec les capteurs et l’outil de nettoyage vers l’avant. Il effleure les brosses contre une grille pour éviter les gouttelettes. Il mesure l’objet à désinfecter avec ses capteurs et planifie ensuite, à partir des données des capteurs, le mouvement nécessaire du bras robotique pour que les brosses désinfectent complètement la poignée, le bouton ou l’interrupteur. Ensuite, le robot commence la désinfection. Une fois celle-ci terminée, il repositionne en toute sécurité l’outil de nettoyage dans le réservoir de désinfectant et se déplace vers le prochain objet.

Test pratique hebdomadaire et enquête auprès des utilisateurs

Un objectif important de l’évolution du DeKonBot était d’améliorer la proximité du produit et sa praticabilité. Pour vérifier cela, les chercheurs du Fraunhofer IPA et du Fraunhofer IMW ont effectué pendant une semaine des tests à un étage d’un bâtiment de bureaux de l’EnBW. Les objets à nettoyer comprenaient des interrupteurs, des poignées de porte et des boutons. Trois cadres de l’EnBW ainsi que trois responsables et quatre agents de nettoyage du prestataire de services GEG ont piloté le robot, appris de nouveaux objets, lancé et observé le fonctionnement en routine. Des données de performance pertinentes, telles que la durée de chaque tâche, ont été mesurées, et les erreurs survenues ainsi que leur fréquence ont été enregistrées.

»Nous sommes très satisfaits de la fiabilité technique et des données de performance obtenues«, résume Baumgarten. La navigation autonome du robot dans l’environnement de déploiement a fonctionné sans erreur. La reconnaissance et la désinfection des poignées de porte et des interrupteurs ont également réussi. Seules quelques difficultés sont survenues avec les boutons de porte. Les tests utilisateurs ont montré que l’acceptation du robot est élevée : le robot a été bien accueilli par les participants, qui ont pu l’utiliser avec succès après une introduction, et tous ont pu envisager une collaboration durable avec le robot.

Étude de rentabilité

L’équipe du Fraunhofer IMW a également examiné la rentabilité du robot sur la base d’un calcul des coûts sur le cycle de vie. Tous les coûts liés aux performances mesurées et à celles atteignables à l’avenir, ainsi qu’aux coûts du robot depuis son achat jusqu’à sa mise au rebut, sont pris en compte. La référence était le coût d’un agent de nettoyage qui désinfecte uniquement les objets mentionnés. Jusqu’à présent, le robot peut nettoyer 30 objets par heure dans des conditions similaires à celles du test. »Nos calculs ont montré qu’à partir d’une performance de 45 objets par heure, une utilisation économique est possible«, explique le Dr Marija Radic, responsable de département au Fraunhofer IMW. Dans un scénario économique, le robot fonctionnerait 24 heures sur 24 (y compris les cycles de charge), la durée d’amortissement étant alors de huit ans.

Avec les développements et optimisations actuels, cet objectif devrait être atteint. »Nous allons encore accélérer le processus de scan et l’ensemble des mouvements«, explique Baumgarten. »Nous allons également améliorer certains composants, comme l’outil et le réservoir, en termes de sécurité et d’hygiène. À l’avenir, nous apprendrons au robot à ouvrir des portes et à prendre l’ascenseur.«

Fiche technique :
Titre complet du projet : MobDi – Désinfection Mobile
Durée : du 01.10.2020 au 30.11.2021
Site web : www.mobdi-projekt.de
Financement : Le projet fait partie du programme d’action »Fraunhofer contre le Corona«, qui soutient encore de nombreuses autres initiatives pour lutter contre la pandémie.