Inteligentne roboty do celowego zwalczania wirusów i bakterii

W projekcie MobDi opracowywane są roboty dezynfekujące zarówno do użytku w budynkach, jak i w środkach transportu. © Fraunhofer IPA/Zdjęcie: Rainer Bez oraz Fraunhofer IMW/Grafika: Stefanie Irrler

Dezynfekcja mobilna – MobDi © Fraunhofer IPA

Roboty serwisowe mogą przyczynić się do regularnego i utrzymania wysokiej jakości czyszczenia i dezynfekcji budynków i środków transportu. Od października 2020 roku dwanaście instytutów Fraunhofer pracuje nad rozwojem nowych technologii w tym obszarze zastosowań. Kierowany przez Fraunhofer IPA, partnerzy w projekcie badawczym „Mobile Desinfektion” (MobDi) łączą swoje kompetencje, aby przyczynić się do bezpiecznego „Nowego Normalnego” w czasach pandemii. Projekt jest częścią programu działań „Fraunhofer vs. Corona”.

Kluczowym elementem walki z COVID-19 jest minimalizacja ryzyka zakażenia. Wyzwanie to podejmuje projekt „Mobile Desinfektion” (MobDi), w którym zaangażowani eksperci Fraunhofer opracowują nowe rozwiązania sprzętowe i programowe dla mobilnych robotów serwisowych. Z jednej strony mają one umożliwić dezynfekcję powierzchni potencjalnie skażonych w budynkach i środkach transportu w sposób odpowiedni i delikatny przy użyciu robota. Z drugiej strony, opracowania mają przyczynić się do automatyzacji transportu materiałów w szpitalach, przeciwdziałając rozprzestrzenianiu się zarazków przez personel.

Nowe roboty do dezynfekcji i transportu

W celu dezynfekcji w budynkach i środkach transportu partnerzy projektu opracowują specjalistyczne roboty serwisowe. Podstawą techniczną dezynfekcji w budynkach jest „DeKonBot” z Fraunhofer IPA, który instytut opracował w ubiegłym roku w ramach poprzedniego projektu o tej samej nazwie. Narzędzie do dezynfekcji za pomocą wycierania będzie dalej ulepszane przez naukowców w ramach projektu, a platforma jako całość zostanie zoptymalizowana pod kątem późniejszej produkcji seryjnej. Robot do dezynfekcji w środkach transportu powstaje w Fraunhofer IFAM. Szczególnie wyzwaniem jest opracowanie modułowego napędu wspomagającego pokonywanie szczelin i progów. Dla obu robotów partnerzy projektu tworzą różne narzędzia, które dezynfekują poprzez wycieranie, spryskiwanie, UV lub plazmę. Roboty mogą automatycznie wymieniać te narzędzia w razie potrzeby.

Fraunhofer IPA rozwija także nowy robot transportowy, który może przewozić różne wózki ręczne, typowe dla szpitali. W porównaniu do istniejących produktów, nowa wersja wyróżnia się małymi rozmiarami i szczególnie zwrotnym układem jezdnym. Fraunhofer IVV wspiera prace nad higienicznym projektowaniem różnych robotów. Instytut opracowuje także koncepcje ich samoczyszczących się powierzchni, które zapobiegają stawaniu się maszyn źródłem skażenia.

Ulepszone funkcje percepcyjne

Inteligentne funkcje percepcyjne pozwolą robotom dezynfekcyjnym na celowe czyszczenie. W tym celu wykorzystywany jest nowy multimodalny czujnik 3D od Fraunhofer IOF. Dzięki temu czujnikowi roboty podczas uruchomienia autonomicznie rozpoznają wszystkie obiekty, które mają dezynfekować, oraz materiał, z którego są wykonane. Rozpoznanie obiektów przez Fraunhofer IPA oraz identyfikacja materiałów przez Fraunhofer IPM są analizowane za pomocą metod uczenia maszynowego. Dzięki temu osiągają one niezawodne rozpoznanie, nawet jeśli obiekty w różnych środowiskach wyglądają nieco inaczej.

Wielowarstwowy model otoczenia opracowany przez Fraunhofer IOSB integruje wszystkie niezbędne informacje, umożliwiając robotom samodzielne planowanie procesów czyszczenia. Zawiera mapę otoczenia, pozycję wszystkich obiektów do czyszczenia oraz ich materiał. Nie zawsze dane środowiskowe muszą być wprowadzane ręcznie. Na podstawie prac Fraunhofer Italia możliwe będzie automatyczne ładowanie tych informacji z tzw. „Building Information Modeling” (BIM) do modelu otoczenia. To cyfrowa reprezentacja wszystkich cech budynku, już istniejąca w wielu obiektach.

W przyszłości, także podczas normalnej eksploatacji, funkcja percepcyjna będzie wykorzystywana przed dezynfekcją poszczególnych obiektów: na podstawie stopnia zabrudzenia roboty będą optymalizować czyszczenie i weryfikować jego skuteczność. Fraunhofer FEP przeprowadzi w ramach projektu pierwsze podstawowe badania nad wykrywaniem tego typu zabrudzeń.

Analiza metod czyszczenia

W celu precyzyjnego i delikatnego czyszczenia partnerzy projektu przeprowadzą eksperymenty z różnymi metodami czyszczenia i dezynfekcji na szeroko rozpowszechnionych powierzchniach, takich jak stal nierdzewna i tworzywa sztuczne. Oprócz analizy poszczególnych metod, badają także możliwości ich łączenia. Na przykład robot najpierw wyczyściłby klamkę, a następnie użyłby światła UV do neutralizacji zarazków w trudno dostępnych miejscach. Fraunhofer ILT skupi się na analizie zintegrowanego zastosowania źródeł UV i plazmy.

W ramach różnych metod naukowcy z Fraunhofer FEP i IFAM ocenią skuteczność dezynfekcji na podstawie próbek z bakteriami i wirusami. Ponadto Fraunhofer IST zbada ewentualne uszkodzenia materiałów, a Fraunhofer IWS przeanalizuje powstawanie szkodliwych produktów rozkładu. Celem jest opracowanie metodologii pozwalającej na wybór najbardziej odpowiednich metod dezynfekcji w zależności od materiału i stopnia zabrudzenia.

Odpowiednio dostosowany rozwój

Rozwój technologiczny w ramach „MobDi” opiera się na analizach wymagań, korzyści i opłacalności prowadzonych przez Fraunhofer IMW. Aby dostosować roboty do potrzeb i praktyki, partnerzy projektu od początku wspólnie z użytkownikami opracowali scenariusze, które mają być realizowane przez roboty, i wyprowadzili z nich wymagania techniczne. Przeprowadzili liczne rozmowy z ekspertami ds. logistyki i higieny w szpitalach, operatorami i pracownikami sprzątającymi w budynkach i środkach transportu. Użytkownicy będą również zaangażowani w projekt, aby opracować intuicyjne interfejsy użytkownika do konfiguracji i codziennej obsługi robotów.

Do końca projektu we wrześniu 2021 roku opracowane roboty będą poddane także praktycznej ewaluacji. Partnerzy najpierw przetestują je w swoich laboratoriach, a następnie w realistycznych warunkach, takich jak budynek publiczny, środek transportu czy szpital. Wyniki będą porównywane z tzw. „Key Performance Indicators” (KPIs). Już na początku projektu te kryteria, czyli wskaźniki sukcesu w danym obszarze zastosowania robotów, zostały ustalone wspólnie z potencjalnymi użytkownikami.

Możliwości udziału

Ze względu na modułową konstrukcję robotów i korzystanie z uniwersalnych interfejsów, technologie opracowane w „MobDi” można łatwo przenieść na inne maszyny i roboty. Ułatwia to szybkie wdrożenie wyników badań i rozwoju do praktyki. Zainteresowani producenci mogą się kontaktować z partnerami projektu, jeśli chcieliby wziąć udział w rozwoju. Oprócz transferu poszczególnych technologii do istniejących produktów, możliwe jest także wprowadzenie opracowanych robotów jako całości do nowego produktu.

Profil projektu

Tytuł pełny projektu: Mobilna dezynfekcja – MobDi
Czas trwania: 01.10.2020 do 30.09.2021
Wsparcie: Projekt jest częścią programu działań „Fraunhofer vs. Corona”, który wspiera jeszcze wiele innych inicjatyw w walce z pandemią.

Partnerzy projektu i ich wkład

- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA: kierownictwo projektu, rozwój nowego robota transportowego, integracja nowych technologii i funkcji w robocie dezynfekcyjnym do zastosowań w budynkach publicznych, rozwój oprogramowania nawigacyjnego i rozpoznawania obiektów
- Fraunhofer-Zentrum für Internationales Management und Wissensökonomie IMW: analizy procesów i potrzeb, identyfikacja kluczowych parametrów wydajności, ocena użytkowników i analizy opłacalności
- Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB: mapowanie 3D otoczenia, warstwowy model otoczenia, rozwój i projektowanie źródeł UV-C
- Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM: rozwój robota dezynfekcyjnego dla środków transportu publicznego, modułowego napędu do pokonywania szczelin i progów oraz końcówki do czyszczenia, weryfikacja skuteczności dezynfekcji
- Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST: rozwój źródeł plazmowych do czyszczenia i dezynfekcji, ocena efektów i zgodności materiałowej metod dezynfekcji
- Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP: wykrywanie zabrudzeń, obróbka powierzchni UV, weryfikacja skuteczności dezynfekcji
- Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF: rozwój multimodalnego czujnika 3D do niezawodnego dostarczania danych na różnych materiałach
- Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS: koncepcje ponownego czyszczenia w celu usunięcia produktów reakcji i rozkładu z powietrza
- Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM: rozpoznawanie materiałów
- Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT: rozwój zintegrowanych źródeł UV i plazmy
- Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV: koncepcje higienicznego projektowania nowo opracowanego sprzętu
- Fraunhofer Italia Research Konsortialgesellschaft GmbH: integracja Building Information Modeling (BIM) z warstwowym modelem otoczenia