I ricercatori Fraunhofer sviluppano un nuovo robot per la disinfezione delle superfici con pulizia a umido

Con le sue spazzole di pulizia, DeKonBot 2 rimuove lo sporco grosso dalla maniglia della porta e applica contemporaneamente il disinfettante in modo uniforme. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

DeKonBot 2 può essere dotato di diversi strumenti di disinfezione, qui uno strumento di disinfezione UV-C sviluppato presso Fraunhofer IOSB... © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

... e qui con uno strumento di disinfezione a plasma sviluppato dal Fraunhofer IST. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Utilizzando il suo strumento di pulizia flessibile, DeKonBot 2 può disinfettare diverse superfici, oltre a maniglie e pomelli delle porte, anche pulsanti dell'ascensore o interruttori della luce. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Durante i test pratici, il personale delle pulizie ha potuto programmare il robot utilizzando un tablet. © Fraunhofer IMW/Foto: Agnes Vosen

Per il funzionamento regolare, il tablet viene fissato al robot che si sposta autonomamente da un oggetto da pulire all'altro. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Nel progetto «MobDi – Disinfezione Mobile» dodici istituzioni della Fraunhofer-Gesellschaft hanno sviluppato nuove tecnologie chiave per la pulizia e disinfezione robotizzata mobile. Il risultato attuale è il robot disinfettante «DeKonBot 2» dell'IPA Fraunhofer. Nel novembre 2021, i partner coinvolti nel progetto hanno presentato le capacità del robot e i risultati dei test pratici.

Le operazioni di pulizia e disinfezione negli edifici sono diventate una priorità dalla pandemia di COVID-19, poiché possono contribuire a prevenire la diffusione del virus. La difficile situazione del personale e i controlli di qualità complessi esercitano da tempo pressione sul settore delle pulizie. I sistemi di assistenza robotica possono supportare in questo ambito. Soluzioni di automazione disponibili come robot di disinfezione a base UV o robot per la disinfezione a spruzzo possono disinfettare gli ambienti, ma solo se questi sono vuoti per motivi di sicurezza. Ciò allevia solo marginalmente il carico sul personale. La disinfezione con straccio, spesso richiesta per le superfici – ad esempio nelle stanze d'ospedale o su apparecchiature e infrastrutture come interruttori della luce o pulsanti dell'ascensore – continua ad essere svolta dal personale di pulizia.

Per garantire soluzioni di automazione più precise e supportare il personale di pulizia, dodici istituzioni della Fraunhofer-Gesellschaft hanno sviluppato nel progetto «MobDi – Disinfezione Mobile» tra ottobre 2020 e novembre 2021 nuove tecnologie chiave per la pulizia e disinfezione robotizzata e hanno ampliato le tecnologie esistenti. Il progetto ha ricevuto finanziamenti dal programma di azione «Fraunhofer vs. Corona».

Prototipo vicino al prodotto

L'Istituto Fraunhofer per la tecnologia della produzione e l'automazione IPA ha sviluppato e costruito nel progetto il robot disinfettante «DeKonBot 2». Il centro Fraunhofer per la gestione internazionale e l'economia della conoscenza IMW ha sviluppato l'interfaccia utente grafica per un'operazione intuitiva. Le aree di applicazione previste del robot sono edifici pubblici e strutture sanitarie. L'IPA Fraunhofer pianifica di portare il robot alla maturità di prodotto nel prossimo anno, in collaborazione con l'azienda MetraLabs, in modo che possa essere consegnato all'inizio del 2023. Gli ordini anticipati sono già possibili.

DeKonBot 2 è l'evoluzione del robot disinfettante omonimo, presentato da Fraunhofer IPA nel 2020 in prima generazione. Basandosi sulle esperienze acquisite, gli esperti di robotica hanno revisionato i componenti hardware. «L'obiettivo dello sviluppo è stato creare un robot compatto, economico e funzionale», spiega Simon Baumgarten, ricercatore presso l'IPA Fraunhofer e responsabile della configurazione del robot. «Una sfida è stata anche rendere lo strumento di pulizia flessibile, compatto e allo stesso tempo in grado di disinfettare efficacemente oggetti diversi.»

Come base mobile viene ora utilizzato il Scitos X3 dell'azienda MetraLabs, una piattaforma più economica rispetto alla precedente piattaforma omnidirezionale, con più spazio per tutti i componenti necessari. Il robot originario SCARA è stato sostituito da un robot collaborativo a sei assi con braccio articolato della Universal Robots, che può muoversi meglio intorno agli oggetti da disinfettare e raggiungere tutte le superfici di contatto rilevanti. Al posto del precedente spugna in microfibra, DeKonBot 2 utilizza un sistema di spazzole. L'immersione delle spazzole nel serbatoio con disinfettante disinfetta le spazzole e impedisce la trasmissione di germi attraverso lo strumento di pulizia.

Dal punto di vista software, il riconoscimento degli oggetti da disinfettare è una tecnologia chiave di DeKonBot 2. Gli algoritmi devono funzionare affidabilmente in condizioni ambientali diverse, ad esempio con variazioni di illuminazione. Devono riconoscere e localizzare in modo affidabile maniglie delle porte, pomelli, interruttori della luce, pulsanti dell'ascensore e altri oggetti in varie forme e configurazioni. Questo è reso possibile da metodi di apprendimento automatico. Riconoscono gli oggetti tramite immagini RGB bidimensionali e li classificano in diversi tipi, adattando i movimenti di pulizia del robot di conseguenza. Per determinare la posizione e il contorno esatti dell'oggetto da pulire, viene impiegato un sistema di sensori sviluppato appositamente. Questo si basa su uno scanner laser a riga, che rileva in modo affidabile e preciso anche superfici riflettenti.

Apprendimento e applicazione

Per consentire il funzionamento autonomo, il robot DeKonBot 2 deve essere addestrato in un nuovo ambiente di lavoro una sola volta. Per farlo, viene guidato a distanza attraverso l'intera area da pulire, e il robot crea automaticamente una mappa di questa. Durante il percorso di addestramento, vengono segnate le posizioni di tutti gli oggetti da disinfettare, spostando il robot davanti a essi. Dopo l'addestramento, può iniziare la pulizia autonoma.

Il robot percorre autonomamente un'area definita dall'utente. In alternativa, possono essere definite routine in cui il robot pulisce aree specifiche a determinati orari. DeKonBot 2 si sposta nella posizione precedentemente memorizzata davanti a un oggetto da disinfettare e muove il braccio con sensori e strumento di pulizia in avanti. Durante questa operazione, le spazzole vengono rasate su una griglia per evitare gocciolamenti. Il robot misura l'oggetto da disinfettare con i sensori e pianifica i movimenti necessari del braccio robotico in base ai dati dei sensori, affinché le spazzole disinfettino completamente maniglia, pomello o interruttore. Successivamente, inizia la disinfezione. Quando questa termina, riposiziona in modo sicuro lo strumento di pulizia nel serbatoio del disinfettante e si sposta verso il prossimo oggetto.

Test pratico settimanale e sondaggio tra gli utenti

Un obiettivo importante dello sviluppo di DeKonBot era migliorare la vicinanza al prodotto e la praticità d'uso. Per verificarlo, i ricercatori dell'IPA Fraunhofer e dell'IMW Fraunhofer hanno condotto, per una settimana, test su un piano di un edificio uffici di EnBW. Le superfici da disinfettare includevano interruttori della luce, maniglie e pomelli delle porte. Tre dirigenti di EnBW e tre responsabili e quattro addetti alle pulizie del servizio di gestione degli edifici Gegenbauer hanno guidato il robot, imparato nuovi oggetti e avviato e osservato il funzionamento regolare. Sono stati misurati dati di performance rilevanti, come la durata di singoli compiti, e sono stati registrati eventuali errori e la loro frequenza.

«Siamo molto soddisfatti dell'affidabilità tecnica e dei dati di performance ottenuti», riassume Baumgarten. La navigazione autonoma del robot nell'ambiente di utilizzo ha funzionato senza errori. Anche il riconoscimento e la disinfezione di maniglie e interruttori della luce sono stati efficaci. Solo per i pomelli delle porte si sono verificati occasionali problemi. I test con gli utenti hanno mostrato che l'accettanza del robot è alta: il robot è stato ben accolto dai partecipanti, che sono riusciti a usarlo con successo dopo l'introduzione e tutti si sono detti disposti a collaborare con il robot a lungo termine.

Analisi della convenienza economica

Inoltre, il team dell'IMW Fraunhofer ha analizzato la convenienza economica del robot basandosi su un calcolo dei costi di ciclo di vita. Sono stati considerati tutti i costi, relativi alle prestazioni misurate e raggiungibili in futuro, e ai costi del robot dall'acquisto allo smaltimento. Come valore di confronto sono stati presi i costi di un operatore di pulizia che disinfetta esclusivamente gli oggetti menzionati. Finora, il robot può pulire circa 30 oggetti all'ora in condizioni come quelle del test. «I nostri calcoli hanno mostrato che, a una capacità di 45 oggetti all'ora, l'impiego del robot è economicamente vantaggioso», spiega la dott.ssa Marija Radic, responsabile di reparto presso l'IMW Fraunhofer. In uno scenario economico, il robot opererebbe 24 ore al giorno (inclusi i cicli di ricarica), con un periodo di ammortamento di circa otto anni.

Con gli sviluppi e le ottimizzazioni attuali, si mira a raggiungere questa capacità. «Accelereremo ulteriormente il processo di scansione e l'intero flusso di movimento», spiega Baumgarten. «Miglioreremo anche singoli componenti come lo strumento e il serbatoio in termini di sicurezza e igiene. In futuro, insegneremo al robot ad aprire le porte e a usare l'ascensore.»

Profilo sintetico:
Titolo completo del progetto: MobDi – Disinfezione Mobile
Durata: 01.10.2020 - 30.11.2021
Sito web: www.mobdi-projekt.de
Finanziamento: Il progetto fa parte del programma di azione «Fraunhofer vs. Corona», che supporta molte altre iniziative per combattere la pandemia.