Robots intelligents pour la lutte ciblée contre les virus et bactéries

Dans le projet MobDi, des robots de désinfection sont développés pour une utilisation dans les bâtiments ainsi que dans les moyens de transport. © Fraunhofer IPA/Photo : Rainer Bez et Fraunhofer IMW/Graphique : Stefanie Irrler

Désinfection mobile – MobDi © Fraunhofer IPA

Les robots de service peuvent contribuer à assurer un nettoyage et une désinfection réguliers et de haute qualité des bâtiments et des moyens de transport. Depuis octobre 2020, douze établissements de la société Fraunhofer travaillent au développement de nouvelles technologies pour ce domaine d'application. Dirigés par le Fraunhofer IPA, les partenaires regroupent leurs compétences dans le cadre du projet de recherche « Désinfection mobile » (MobDi) afin de contribuer à un « Nouveau Normal » sûr en période de pandémie. Le projet fait partie du programme d'action « Fraunhofer contre le Corona ».

Un enjeu clé dans la lutte contre la COVID-19 consiste à minimiser le risque de contagion. Le projet « Désinfection mobile » (MobDi) s'attaque à ce défi en développant de nouvelles solutions matérielles et logicielles pour des robots de service mobiles. Celles-ci doivent d'une part permettre de désinfecter de manière ciblée et douce les surfaces potentiellement contaminées dans les bâtiments et les moyens de transport à l'aide d'un robot. D'autre part, ces développements doivent contribuer à automatiser le transport de matériel dans les hôpitaux, afin de réduire la propagation de germes par le personnel.

Nouveaux robots de désinfection et de transport

Pour la désinfection dans les bâtiments et les moyens de transport, les partenaires du projet développent chacun des robots de service spécialisés. La base technique pour la désinfection dans les bâtiments est le « DeKonBot » du Fraunhofer IPA, que l'institut a développé l'année dernière dans un projet précurseur portant le même nom. Les chercheurs amélioreront davantage l'outil de désinfection par essuyage dans le cadre du projet et optimiseront la plateforme dans son ensemble en vue d'une production en série ultérieure. Le robot destiné à la désinfection dans les moyens de transport est développé par le Fraunhofer IFAM. La tâche particulièrement difficile consiste à développer une assistance modulaire pour la propulsion permettant de franchir des fissures et des escaliers. Les deux robots seront équipés de divers outils, qui désinfectent par essuyage, pulvérisation, UV ou traitement par plasma. Ces robots pourront changer automatiquement d'outil selon les besoins.

Le Fraunhofer IPA développe également un nouveau robot de transport capable de transporter différents chariots, comme ceux utilisés typiquement dans les hôpitaux. Par rapport aux produits existants, cette nouvelle solution se distingue par ses dimensions compactes et sa plateforme de déplacement particulièrement maniable. Le Fraunhofer IVV soutient la conception hygiénique des différents robots. De plus, l'institut élabore des concepts pour leur autovidage, afin d'éviter que ces machines ne deviennent elles-mêmes une source de contamination.

Amélioration des fonctions de perception

Grâce à des fonctions de perception intelligentes, les robots de désinfection pourront cibler précisément leur nettoyage. Pour cela, un nouveau capteur multimodal 3D du Fraunhofer IOF sera utilisé. Avec ce capteur, les robots détectent de manière autonome, lors de leur mise en service, tous les objets à désinfecter ainsi que le matériau dont ils sont faits. La détection d'objets par le Fraunhofer IPA et la reconnaissance du matériau par le Fraunhofer IPM analysent les données du capteur à l'aide de méthodes d'apprentissage automatique. Cela leur permet d'obtenir une détection robuste, même si les objets ont une apparence légèrement différente selon l'environnement d'utilisation.

Un modèle environnemental multicouche du Fraunhofer IOSB rassemble toutes les informations nécessaires et permet ainsi aux robots de planifier de manière autonome leurs opérations de nettoyage. Il contient une carte de l'environnement, la position de tous les objets à nettoyer ainsi que leur matériau. Il n'est pas toujours nécessaire d'apprendre manuellement ces données environnementales. Sur la base des travaux du Fraunhofer Italia, il sera possible de charger automatiquement ces informations à partir du « Building Information Modeling » (BIM), une représentation numérique déjà existante de nombreux bâtiments, comprenant toutes leurs caractéristiques techniques.

De plus, en fonctionnement normal, une fonction de perception sera utilisée avant la désinfection d'objets individuels : en fonction du degré de saleté, les robots pourront optimiser leur nettoyage et vérifier leur succès. Le Fraunhofer FEP mène dans le cadre du projet des premières études fondamentales sur la détection de ces saletés.

Analyse des méthodes de nettoyage

Pour un nettoyage ciblé et doux, les partenaires du projet mènent des essais avec différentes méthodes de nettoyage et de désinfection sur des surfaces courantes telles que l'acier inoxydable et les plastiques. Outre l'analyse des méthodes individuelles, ils étudient également les possibilités de combiner différentes techniques de nettoyage et de désinfection. Par exemple, les robots pourraient commencer par essuyer une poignée de porte, puis utiliser la lumière UV pour neutraliser les germes difficiles d'accès. Le Fraunhofer ILT analysera en particulier l'utilisation combinée de sources UV et plasma.

Pour chaque méthode, les chercheurs des instituts Fraunhofer FEP et IFAM évaluent l'efficacité de la désinfection à partir d'échantillons de bactéries et de virus. Par ailleurs, le Fraunhofer IST étudie les éventuelles dégradations matérielles, tandis que le Fraunhofer IWS analyse la formation de sous-produits nuisibles. L'objectif est de développer une méthodologie permettant de sélectionner, en fonction du matériau et du degré de saleté, la méthode la plus adaptée pour chaque opération de désinfection.

Développement adapté aux besoins

Les développements techniques dans le cadre de « MobDi » reposent sur des analyses des exigences, des bénéfices et de la rentabilité menées par le Fraunhofer IMW. Afin d'adapter les robots de manière pertinente aux besoins et à la pratique, les partenaires du projet ont dès le début élaboré avec des utilisateurs des scénarios d'utilisation, puis en ont dérivé les exigences techniques. Pour cela, ils ont mené de nombreux échanges avec des experts en logistique et en hygiène dans les hôpitaux, ainsi qu'avec les exploitants et le personnel de nettoyage dans les bâtiments et les transports en commun. Les utilisateurs seront également intégrés au projet pour développer des interfaces utilisateur intuitives pour la configuration et l'exploitation quotidienne des robots.

Les robots développés seront évalués en pratique d'ici la fin du projet en septembre 2021. Les partenaires du projet commenceront par les tester dans leurs laboratoires respectifs, puis dans des environnements d'utilisation réalistes, tels qu'un bâtiment public, un transport en commun ou un hôpital. Les résultats seront comparés à l'aide d'indicateurs clés de performance (KPI). Dès le début du projet, ces KPI, qui définissent les critères de succès pour l'utilisation des robots dans leur domaine d'application, ont été déterminés avec des utilisateurs potentiels.

Possibilités de participation

Étant donné que les robots sont modulaires et utilisent des interfaces standard, les technologies développées dans « MobDi » peuvent facilement être transférées à d'autres machines et robots. Cela facilite le transfert rapide des travaux de recherche et développement vers la pratique. Les fabricants intéressés peuvent contacter les partenaires du projet s'ils souhaitent participer au développement. En plus du transfert de certaines technologies vers des produits existants, il est également possible d'intégrer les robots développés dans un nouveau produit en tant que système complet.

Fiche technique

Titre complet du projet : Désinfection mobile – MobDi
Durée : 01.10.2020 au 30.09.2021
Financement : Le projet fait partie du programme d'action « Fraunhofer contre le Corona », qui soutient également de nombreuses autres initiatives pour lutter contre la pandémie.

Partenaires du projet et leur contribution

- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA : Direction du projet, développement du nouveau robot de transport, intégration de nouvelles technologies et fonctionnalités dans le robot de désinfection pour une utilisation dans des bâtiments publics, développement continu du logiciel de navigation et de reconnaissance d'objets
- Fraunhofer-Zentrum für Internationales Management und Wissensökonomie IMW : Analyses des processus et des besoins, identification des paramètres de performance pertinents, évaluation par les utilisateurs et analyses de rentabilité
- Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB : Cartographie 3D de l'environnement, modèle environnemental basé sur des couches, développement et conception de sources UV-C
- Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM : Développement d'un robot de désinfection pour le transport public, d'une assistance modulaire pour la propulsion permettant de franchir des fissures et des escaliers, ainsi qu'un effecteur de nettoyage, validation de l'efficacité de la désinfection
- Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST : Développement de sources plasma pour le nettoyage et la désinfection, évaluation de l'effet et de la compatibilité matérielle des méthodes de désinfection
- Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP : Détection de saletés, traitement de surface par UV, validation de l'efficacité de la désinfection
- Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF : Développement d'un capteur 3D multimodal pour une livraison fiable des données sur différents matériaux
- Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS : Concepts de nettoyage supplémentaire pour l'élimination des produits de réaction et de dégradation de l'air
- Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM : Reconnaissance des matériaux
- Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT : Développement de sources combinées UV / plasma
- Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV : Concepts de conception hygiénique pour les nouvelles solutions matérielles
- Fraunhofer Italia Research Konsortialgesellschaft GmbH : Intégration du Building Information Modeling (BIM) avec le modèle environnemental basé sur des couches