Intelligens robotok a vírusok és baktériumok célzott elleni küzdelemhez

A MobDi projektben fertőzésmentesítő robotokat fejlesztenek épületekben és közlekedési eszközökben egyaránt. © Fraunhofer IPA/Fotó: Rainer Bez és Fraunhofer IMW/Grafika: Stefanie Irrler

Mobil fertőtlenítés – MobDi © Fraunhofer IPA

A szolgáltatórobotok hozzájárulhatnak ahhoz, hogy az épületeket és közlekedési eszközöket rendszeresen és állandóan magas minőségben tisztítsák és fertőtlenítsék. 2020 októbere óta tizenkét Fraunhofer társaság intézménye dolgozik új technológiák fejlesztésén ezen a területen. A Fraunhofer IPA irányításával a partnerek a „Mobil Fertőtlenítés” (MobDi) kutatási projektben összefogják szakértelmüket, hogy hozzájáruljanak a biztonságos „Új Normálishoz” a járványidőszakban. A projekt része a „Fraunhofer vs. Corona” akcióprogramnak.

Egy kulcsfontosságú tényező a COVID-19 elleni küzdelemben a fertőzés kockázatának minimalizálása. Ezt a kihívást a „Mobil Fertőtlenítés” (MobDi) projekt vállalja, amelyben a részt vevő Fraunhofer-szakértők új hardver- és szoftvermegoldásokat fejlesztenek mobil szolgáltatórobotok számára. Ezek egyrészt lehetővé teszik, hogy potenciálisan szennyezett felületeket az épületekben és közlekedési eszközökben igény szerint és kíméletesen fertőtlenítsenek egy robot segítségével. Másrészt a fejlesztések hozzájárulnak a klinikai anyagszállítás automatizálásához, ezáltal megakadályozva a kórokozók személyzet általi továbbterjedését.

Új fertőtlenítő- és szállítórobotok

A projektpartnerek külön szakosodott szolgáltatórobotokat fejlesztenek az épületek és közlekedési eszközök fertőtlenítésére. Az épületekben történő fertőtlenítés technikai alapját a Fraunhofer IPA által fejlesztett „DeKonBot” képezi, amelyet a szervezet tavaly a hasonló nevű elődprojektben alkotott meg. Ennek a robotnak a felületfertőtlenítő szerszámát a kutatók tovább fejlesztik, és az egész platformot optimalizálják a későbbi sorozatgyártás szempontjából. A közlekedési eszközök fertőtlenítésére szolgáló robot a Fraunhofer IFAM-nál készül. Különösen kihívást jelent egy moduláris meghajtás támogatásának kifejlesztése a rések és lépcsők áthidalására. Mindkét robothoz a projektpartnerek különböző szerszámokat készítenek, amelyek törlés, permetezés, UV- vagy plazmabeavatkozás révén fertőtlenítenek. A robotok ezeket automatikusan cserélhetik a szükséglet szerint.

A Fraunhofer IPA továbbá egy új szállítórobotot fejleszt, amely különböző kézikocsikat tud magával vinni, mint amilyeneket jellemzően klinikákban használnak. Az új fejlesztés kis méreteivel és különösen manőverező képességekkel rendelkezik a járművek között. A Fraunhofer IVV támogatja a különböző robotok higiénikus kialakítását. Emellett a szervezet koncepciókat dolgoz ki ezek öntisztítására is, hogy megakadályozza, hogy a gépek maguk is fertőzésforrássá váljanak.

Fejlett érzékelési funkciók

Intelligens érzékelési funkcióknak köszönhetően a fertőtlenítő robotok célzottan tudnak tisztítani. Ehhez egy új multimodális 3D-szenzort alkalmaznak a Fraunhofer IOF-tól. Ennek segítségével a robotok a működés megkezdése során önállóan felismerik az összes olyan tárgyat, amelyeket fertőtleníteni kell, valamint azok anyagát. A Fraunhofer IPA tárgyfelismerése, míg a Fraunhofer IPM anyagfelismerése a szenzoradatokat gépi tanulási módszerekkel értékeli ki. Ez robusztus felismerést tesz lehetővé akkor is, ha az objektumok a különböző környezetekben kissé eltérően néznek ki.

A Fraunhofer IOSB több rétegből álló környezeti modellt hoz létre, amely összegzi az összes szükséges információt, így lehetővé téve a robotok számára a tisztítási folyamatok önálló tervezését. Ez tartalmaz egy térképet a környezetről, az összes tisztítandó tárgy helyét és azok anyagát. Nem mindig szükséges manuálisan betanítani a környezeti adatokat. A Fraunhofer Italia munkáira alapozva lehetővé válik ezeknek az adatoknak az automatikus betöltése a „Building Information Modeling” (BIM) rendszerből, amely már sok épület digitális reprezentációja az összes szerkezeti jellemzővel.

A jövőben a rendszer a működés során a tisztítás előtt érzékelési funkciót is alkalmaz majd: a szennyeződés mértéke alapján a robotok optimalizálhatják a tisztítást és ellenőrizhetik annak eredményességét. A Fraunhofer FEP első alapvető vizsgálatokat végez arról, hogyan lehetne ezeket a szennyeződéseket felismerni.

Tisztítási módszerek elemzése

A célzott és kíméletes tisztítás érdekében a projektpartnerek kísérleteket végeznek különböző tisztítási és fertőtlenítési módszerekkel, széles körben elterjedt felülettípusokon, például rozsdamentes acélen és műanyagon. A módszerek elemzése mellett vizsgálják a különböző tisztítási és fertőtlenítési eljárások kombinációs lehetőségeit is. Például a robot először megtörölhet egy ajtó fogantyút, majd UV-fénnyel inaktiválhatja a nehezen hozzáférhető helyeken lévő kórokozókat. A Fraunhofer ILT különösen a UV- és plazmaforrások együttes alkalmazását fogja elemezni.

A különböző módszerek eredményességét a Fraunhofer FEP és az IFAM kutatói baktérium- és vírusminták felhasználásával értékelik. Emellett a Fraunhofer IST vizsgálja az anyagkárosodás lehetőségét, míg az IWS a káros bomlástermékek keletkezését. Céljuk egy olyan módszertan kidolgozása, amely lehetővé teszi az anyag és a szennyeződés mértéke szerint a legmegfelelőbb eljárás kiválasztását.

Igény szerinti fejlesztés

A „MobDi” technológiai fejlesztései a Fraunhofer IMW által irányított követelmény-, hasznosság- és gazdaságossági elemzéseken alapulnak. A robotok igény szerint és gyakorlatias módon történő testreszabásához a projektpartnerek a projekt elején közösen dolgoztak ki forgatókönyveket, amelyeket a robotoknak meg kell valósítaniuk, és ezekből származtatták a műszaki követelményeket. Ennek során számos beszélgetést folytattak logisztikai és higiéniai szakértőkkel klinikákban, valamint az épületek és a személyszállítási területek üzemeltetőivel és takarítókkal. A felhasználókat is bevonják a projektbe, hogy intuitív kezelőfelületeket fejlesszenek a robotok beállításához és napi működtetéséhez.

A fejlesztett robotokat a projekt befejezéséig, 2021 szeptemberéig, gyakorlati értékelésnek vetik alá. Először laboratóriumi környezetben tesztelik azokat, majd valós körülmények között, például nyilvános épületekben, személyszállításban vagy klinikákon. Az eredményeket összevetik a „Key Performance Indicators” (KPI-k) nevű mutatókkal, amelyek a robotok sikeres alkalmazásának kritériumai az adott területen. Már a projekt elején ezeket a KPI-ket, azaz a robotok sikeres alkalmazásának kritériumait, potenciális felhasználókkal határozták meg.

Résztvételi lehetőségek

Mivel a robotok moduláris kialakításúak és kereskedelmi forgalomban kapható interfészeket használnak, a „MobDi” fejlesztései könnyen átültethetők más gépekre és robotokra. Ez támogatja a kutatás-fejlesztési eredmények gyors átültetését a gyakorlatba. Érdeklődő gyártók szívesen fordulhatnak a projektpartnerekhez, ha részt szeretnének venni a fejlesztésben. A technológiák egyedi termékekbe történő átültetése mellett lehetőség van a fejlesztett robotok teljes rendszerként való bevezetésére is egy új termékbe.

Adatlap

Teljes projekt neve: Mobil Fertőtlenítés – MobDi
Időtartam: 2020.10.01 – 2021.09.30
Támogatás: A projekt része a „Fraunhofer vs. Corona” akcióprogramnak, amely számos további kezdeményezést támogat a járvány elleni küzdelemben.

Projektpartnerek és hozzájárulásuk

- Fraunhofer Ipari Gyártási és Automatizálási Intézet IPA: Projektvezetés, az új szállítórobot fejlesztése, új technológiák és funkciók integrálása a fertőtlenítő robotba nyilvános épületekben való alkalmazásra, a navigációs és tárgyfelismerő szoftver (újratervezése)
- Fraunhofer Nemzetközi Menedzsment és Tudásgazdaság Központ IMW: Folyamat- és igényfelmérések, releváns teljesítménymutatók azonosítása, felhasználói értékelés és gazdaságossági elemzések
- Fraunhofer Optronikai, Rendszertechnikai és Képfeldolgozó Intézet IOSB: 3D környezeti térképezés, rétegalapú környezeti modell, UV-C források fejlesztése és tervezése
- Fraunhofer Gyártástechnikai és Alkalmazott Anyagkutató Intézet IFAM: Fertőtlenítő robot fejlesztése nyilvános személyszállításhoz, moduláris meghajtás a rések és lépcsők áthidalására, valamint tisztító végszerkezet, a fertőtlenítés sikerességének validálása
- Fraunhofer Rétegek és Felületek Technológiai Intézet IST: Plazmaforrások fejlesztése tisztításhoz és fertőtlenítéshez, a hatás és az anyaggal való kompatibilitás értékelése
- Fraunhofer Organikus Elektronika, Elektronsugár- és Plazmatechnológia FEP: Szennyeződésfelismerés, felületi kezelés UV-vel, a fertőtlenítés sikerességének validálása
- Fraunhofer Alkalmazott Optika és Finommechanika IOF: Multimodális 3D szenzor fejlesztése a megbízható adatszolgáltatás érdekében különböző anyagokon
- Fraunhofer Anyag- és Sugártechnikai Intézet IWS: Utófeldolgozási koncepciók a reakció- és bomlástermékek eltávolítására a levegőből
- Fraunhofer Fizikai Mérés Intézet IPM: Anyagfelismerés
- Fraunhofer Lézertechnikai Intézet ILT: Kombinált UV-/plazmasugarak fejlesztése
- Fraunhofer Feldolgozási és Csomagolási Intézet IVV: Higiénikus kialakítási koncepciók az új hardvermegoldásokhoz
- Fraunhofer Italia Kutató Konzorcium GmbH: A Building Information Modeling (BIM) integrálása a rétegalapú környezeti modellel