Robot intelligenti per la lotta mirata contro virus e batteri

Nel progetto MobDi vengono sviluppati robot disinfettanti sia per l'uso negli edifici che sui mezzi di trasporto. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez e Fraunhofer IMW/Grafica: Stefanie Irrler

Disinfezione mobile – MobDi © Fraunhofer IPA

I robot di servizio possono contribuire a garantire che edifici e mezzi di trasporto siano puliti e disinfettati regolarmente e con qualità costante. Dall'ottobre 2020, dodici istituzioni della Gesellschaft Fraunhofer lavorano allo sviluppo di nuove tecnologie per questo campo di applicazione. Guidati dal Fraunhofer IPA, i partner nel progetto di ricerca «Disinfezione Mobile» (MobDi) uniscono le proprie competenze per contribuire a un sicuro «Nuovo Normale» durante le pandemie. Il progetto fa parte del programma di azione «Fraunhofer contro il Corona».

Una chiave nella lotta contro il COVID-19 consiste nel minimizzare il rischio di contagio. Questa sfida viene affrontata dal progetto «Disinfezione Mobile» (MobDi), in cui gli esperti Fraunhofer coinvolti sviluppano nuove soluzioni hardware e software per robot di servizio mobili. Questi devono consentire, da un lato, di disinfettare in modo mirato e delicato le superfici potenzialmente contaminate in edifici e mezzi di trasporto con un robot. Dall'altro lato, gli sviluppi devono contribuire ad automatizzare il trasporto di materiali negli ospedali e quindi contrastare la diffusione di germi da parte del personale.

Nuovi robot di disinfezione e trasporto

Per la disinfezione in edifici e mezzi di trasporto, i partner di progetto sviluppano rispettivamente robot di servizio specializzati. La base tecnica per la disinfezione negli edifici è rappresentata dal «DeKonBot» del Fraunhofer IPA, sviluppato dall'istituto l'anno scorso nel progetto predecessore omonimo. I ricercatori continueranno a migliorare lo strumento per la disinfezione a strisciamento e a ottimizzare l'intera piattaforma per una futura produzione in serie. Il robot per la disinfezione nei mezzi di trasporto viene sviluppato presso il Fraunhofer IFAM. Particolarmente sfidante è lo sviluppo di un supporto motorizzato modulare per superare spazi e gradini. Per entrambi i robot, i partner di progetto realizzano diversi strumenti, che disinfettano tramite strofinamento, spruzzo, UV o trattamento con plasma. Questi robot possono cambiare automaticamente gli strumenti secondo necessità.

Il Fraunhofer IPA sviluppa inoltre un nuovo robot di trasporto in grado di trainare diversi carrelli, come quelli tipicamente usati negli ospedali. Rispetto ai prodotti esistenti, questa nuova soluzione si distingue per dimensioni compatte e un telaio particolarmente manovrabile. Il Fraunhofer IVV supporta nella progettazione igienicamente corretta dei vari robot. Inoltre, l'istituto sviluppa concetti per la loro autopulizia, che impediscono che le macchine diventino esse stesse un rischio di contaminazione.

Migliorate funzioni di percezione

Grazie a funzioni di percezione intelligenti, i robot di disinfezione potranno pulire in modo mirato. Per questo, viene impiegato un nuovo sensore multimodale 3D del Fraunhofer IOF. Con l'ausilio di questo sensore, i robot riconoscono autonomamente durante l'avvio tutti gli oggetti da disinfettare e il materiale di cui sono fatti. Il riconoscimento degli oggetti del Fraunhofer IPA e quello del materiale del Fraunhofer IPM analizzano i dati dei sensori con metodi di apprendimento automatico. In questo modo, si ottiene un riconoscimento robusto, anche quando gli oggetti appaiono leggermente diversi in ogni ambiente di utilizzo.

Un modello ambientale multilivello del Fraunhofer IOSB raccoglie tutte le informazioni necessarie e permette ai robot di pianificare autonomamente i processi di pulizia. Esso contiene una mappa dell'ambiente, la posizione di tutti gli oggetti da pulire e il loro materiale. I dati ambientali non devono sempre essere inseriti manualmente: sulla base dei lavori di Fraunhofer Italia, sarà possibile caricare automaticamente queste informazioni dal cosiddetto «Building Information Modeling» (BIM) nel modello ambientale. Questa rappresentazione digitale di tutte le caratteristiche strutturali di molti edifici è già presente in molti casi.

In futuro, anche durante il normale funzionamento, si utilizzerà una funzione di percezione prima di disinfettare singoli oggetti: in base al livello di sporco, i robot potranno ottimizzare la pulizia e verificare il successo. Il Fraunhofer FEP conduce nel progetto le prime indagini fondamentali su come riconoscere queste contaminazioni.

Analisi dei metodi di pulizia

Per una pulizia mirata e delicata, i partner di progetto conducono esperimenti con diversi metodi di pulizia e disinfezione su superfici molto diffuse come acciaio inossidabile e plastica. Oltre all'analisi dei singoli metodi, studiano anche possibilità di combinazione di diversi processi di pulizia e disinfezione. Ad esempio, i robot potrebbero prima strofinare una maniglia e successivamente usare la luce UV per neutralizzare i germi in punti difficili da raggiungere. Lo Fraunhofer ILT analizzerà in particolare l'uso combinato di fonti UV e plasma.

Per i vari metodi, i ricercatori degli istituti Fraunhofer FEP e IFAM valutano l'efficacia della disinfezione sia tramite campioni di batteri sia di virus. Inoltre, l'istituto Fraunhofer IST esamina eventuali danni ai materiali e il Fraunhofer IWS studia la formazione di prodotti di decomposizione nocivi. In questo modo, si intende sviluppare una metodologia per selezionare i metodi più adatti in funzione del materiale e del livello di sporco per ogni processo di disinfezione.

Sviluppo su misura

Gli sviluppi tecnici di «MobDi» si basano su analisi di requisiti, benefici e fattibilità economica condotte dall'istituto Fraunhofer IMW. Per adattare i robot alle esigenze pratiche, i partner di progetto, fin dall'inizio, hanno collaborato con gli utenti per definire gli scenari di utilizzo e derivarne i requisiti tecnici. A tal fine, hanno svolto numerosi colloqui con esperti di logistica e igiene negli ospedali, con gestori e personale di pulizia di edifici e mezzi di trasporto. Gli utenti saranno coinvolti anche nello sviluppo di interfacce utente intuitive per l'installazione e l'uso quotidiano dei robot.

Entro la fine del progetto, prevista per settembre 2021, i robot sviluppati saranno anche valutati in modo pratico. I partner di progetto li testeranno inizialmente nei propri laboratori e successivamente in ambienti di utilizzo realistici, come in un edificio pubblico, nel trasporto di persone o in un ospedale. I risultati saranno confrontati con i cosiddetti «Key Performance Indicators» (KPIs). Già all'inizio del progetto, questi KPI, cioè i criteri di successo per l'impiego dei robot nel campo di applicazione, sono stati identificati con potenziali utenti.

Opportunità di partecipazione

Poiché i robot sono modulari e utilizzano interfacce commerciali, le tecnologie sviluppate in «MobDi» sono facilmente trasferibili ad altre macchine e robot. Ciò favorisce un rapido trasferimento delle attività di ricerca e sviluppo alla pratica. I produttori interessati possono contattare i partner di progetto se desiderano partecipare allo sviluppo. Oltre al trasferimento di singole tecnologie in prodotti esistenti, è anche possibile integrare i robot sviluppati come sistema completo in un nuovo prodotto.

Profilo del progetto

Titolo completo del progetto: Disinfezione Mobile – MobDi
Durata: 01.10.2020 - 30.09.2021
Finanziamento: Il progetto fa parte del programma di azione «Fraunhofer contro il Corona», che supporta molte altre iniziative per combattere la pandemia.

Partner di progetto e loro contributi

- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA: coordinamento del progetto, sviluppo del nuovo robot di trasporto, integrazione di nuove tecnologie e funzionalità nel robot di disinfezione per uso in edifici pubblici, sviluppo continuo del software di navigazione e riconoscimento degli oggetti
- Fraunhofer-Zentrum für Internationales Management und Wissensökonomie IMW: analisi di processi e bisogni, identificazione di parametri di prestazione rilevanti, valutazione degli utenti e analisi di fattibilità economica
- Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB: mappatura 3D dell'ambiente, modello ambientale a livelli, sviluppo e progettazione di fonti UV-C
- Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM: sviluppo di un robot di disinfezione per il trasporto pubblico, di un supporto motorizzato modulare per superare spazi e gradini, e di un effettore di pulizia, validazione dell'efficacia della disinfezione
- Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST: sviluppo di fonti di plasma per pulizia e disinfezione, valutazione degli effetti e compatibilità dei materiali
- Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP: riconoscimento delle contaminazioni, trattamento delle superfici con UV, validazione dell'efficacia della disinfezione
- Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF: sviluppo di un sensore 3D multimodale per fornire dati affidabili su materiali diversi
- Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS: concetti di post-trattamento per rimuovere prodotti di reazione e decomposizione dall'aria
- Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM: riconoscimento dei materiali
- Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT: sviluppo di fonti di radiazione UV/plasma combinate
- Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV: concetti di design igienico per le nuove soluzioni hardware
- Fraunhofer Italia Research Konsortialgesellschaft GmbH: integrazione del Building Information Modeling (BIM) con il modello ambientale a livelli