Naukowcy z Fraunhofer opracowują nowego robota do mycia i dezynfekcji powierzchni

Za pomocą swoich szczotek czyszczących DeKonBot 2 usuwa grubą brud z klamki i jednocześnie równomiernie nakłada środek dezynfekujący. © Fraunhofer IPA/Zdjęcie: Rainer Bez / Using its cleaning brushes DeKonBot 2 removes coarse dirt from the door handle and comprehensively applies the disinfection fluid. © Fraunhofer IPA/Photo: Rainer Bez

DeKonBot 2 może być wyposażony w różne narzędzia do dezynfekcji, tutaj w narzędzie do dezynfekcji UVC opracowane przez Fraunhofer IOSB... © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

... i tutaj z narzędziem do dezynfekcji plazmowej opracowanym w Fraunhofer IST. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Za pomocą swojego elastycznego narzędzia czyszczącego DeKonBot 2 może dezynfekować różne powierzchnie, oprócz klamek i gałek również przyciski windy czy włączniki światła. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez / Korzystając ze swojego elastycznego narzędzia czyszczącego, DeKonBot 2 może dezynfekować różne obiekty poprzez wycieranie, oprócz klamek i gałek także przyciski windy lub włączniki światła. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Podczas testów praktycznych pracownicy sprzątający mogli zaprogramować robota za pomocą tabletu. © Fraunhofer IMW/Zdjęcie: Agnes Vosen

Na zwykłe użytkowanie tablet jest zamocowany na robocie, który samodzielnie przemieszcza się od obiektu do czyszczenia do kolejnego. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez / Na co dzień tablet jest przymocowany do robota, który samodzielnie porusza się od obiektu do czyszczenia do następnego. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

W projekcie „MobDi – Mobilna Dezynfekcja“ dwadzieścia jeden instytucji Fraunhofer-Gesellschaft opracowało nowe kluczowe technologie dla robotów do zautomatyzowanego czyszczenia i dezynfekcji. Aktualnym wynikiem jest robot dezynfekcyjny „DeKonBot 2“ z Fraunhofer IPA. W listopadzie 2021 roku zaangażowani partnerzy projektu przedstawili możliwości robota oraz wyniki testów praktycznych.

Zadania związane z czyszczeniem i dezynfekcją w budynkach od czasu pandemii koronawirusa są w centrum uwagi, ponieważ mogą pomóc w zapobieganiu rozprzestrzenianiu się wirusa. Napięta sytuacja kadrowa i czasochłonna kontrola jakości od dawna wywierają presję na branżę sprzątającą. Systemy wsparcia robotycznego mogą tu pomóc. Dostępne rozwiązania automatyzacji, takie jak roboty dezynfekcyjne oparte na UV czy roboty do spryskiwania dezynfekcyjnego, mogą dezynfekować pomieszczenia, ale ze względów bezpieczeństwa tylko wtedy, gdy są one puste. To jedynie minimalnie odciąża personel. Często konieczna jest również dezynfekcja powierzchni – np. w pokojach szpitalnych lub na urządzeniach technicznych i infrastrukturze, takich jak włączniki światła czy przyciski windy – którą nadal wykonuje personel sprzątający.

Aby zapewnić bardziej precyzyjne rozwiązania automatyzacji i wspierać personel sprzątający, dwadzieścia jeden instytucji Fraunhofer-Gesellschaft opracowało w ramach projektu „MobDi – Mobilna Dezynfekcja” od października 2020 do listopada 2021 nowe technologie kluczowe dla robotów do czyszczenia i dezynfekcji oraz rozbudowało istniejące technologie. Projekt otrzymał dofinansowanie z programu „Fraunhofer vs. Corona”.

Prototyp bliski produktowi

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA opracowało w ramach projektu robot dezynfekcyjny „DeKonBot 2” i zbudowało go. Centrum Fraunhofer ds. Zarządzania Międzynarodowego i Ekonomii Wiedzy IMW opracowało graficzny interfejs użytkownika dla intuicyjnej obsługi. Planowane obszary zastosowania robota to budynki publiczne i placówki służby zdrowia. Fraunhofer IPA planuje w przyszłym roku wspólnie z firmą MetraLabs doprowadzić robota do etapu gotowości produktowej, tak aby można go było rozpocząć dostarczać od początku 2023 roku. Przedsprzedaż jest już możliwa.

DeKonBot 2 jest rozwinięciem tego samego robota dezynfekcyjnego, którego Fraunhofer IPA zaprezentowało w pierwszej generacji w 2020 roku. Na podstawie zdobytych doświadczeń eksperci od robotyki zmodernizowali komponenty sprzętowe. „Celem rozwoju było stworzenie kompaktowego, niedrogiego i funkcjonalnego robota”, wyjaśnia Simon Baumgarten, naukowiec z Fraunhofer IPA i odpowiedzialny za budowę robota. „Wyzwanie stanowiło również zapewnienie elastyczności, oszczędności miejsca i jednoczesnego skutecznego dezynfekowania różnych obiektów.”

Jako mobilną podstawę obecnie wykorzystywany jest Scitos X3 firmy MetraLabs, platforma, która dzięki prostemu napędowi różnicowemu jest tańsza od wcześniej używanej platformy omnidirekcyjnej i zapewnia więcej miejsca na wszystkie niezbędne elementy. Pierwotny robot SCARA został zastąpiony przez współpracującego, sześciostanowiskowego robota z ramieniem zginanym firmy Universal Robots, który lepiej porusza się wokół dezynfekowanych obiektów i może dotrzeć do wszystkich istotnych powierzchni kontaktowych. Zamiast dotychczasowego mikrofibrowego gąbczastego narzędzia DeKonBot 2 korzysta z systemu szczotek. Zanurzenie szczotek w zbiorniku z dezynfekantem dezynfekuje je i zapobiega przenoszeniu zarazków na narzędzie czyszczące.

Pod względem oprogramowania kluczową technologią DeKonBot 2 jest rozpoznawanie obiektów do dezynfekcji. Algorymy muszą działać niezawodnie w różnych warunkach otoczenia, np. przy zmiennym oświetleniu. Powinny rozpoznawać i lokalizować w pomieszczeniu klamki, gałki drzwiowe, włączniki światła i przyciski windy w różnych kształtach i wersjach. Umożliwia to uczenie maszynowe. Obiekty są rozpoznawane na podstawie dwuwymiarowych obrazów RGB i klasyfikowane na różne typy, do których robot dostosowuje swoje ruchy czyszczenia. Aby dokładnie określić pozycję i kontur obiektu do dezynfekcji, stosowany jest nowo opracowany system czujników oparty na skanerze laserowym liniowym, który niezawodnie i precyzyjnie rejestruje również powierzchnie odbijające światło.

Szkolenie i zastosowanie

Aby umożliwić autonomiczną pracę, robot DeKonBot 2 musi zostać raz wprowadzony w nowym środowisku pracy. W tym celu jest nim sterowany zdalnie, a następnie automatycznie tworzy mapę otoczenia. Podczas szkolenia operator wskazuje pozycje wszystkich obiektów do dezynfekcji, przesuwając robota przed nimi. Po zakończeniu szkolenia może rozpocząć się autonomiczne czyszczenie.

Robot samodzielnie porusza się po wyznaczonym obszarze, ustalonym przez użytkownika. Alternatywnie można zdefiniować tzw. rutyny, w ramach których robot czyści wybrane obszary o określonych porach. DeKonBot 2 podjeżdża do wcześniej zapisanej pozycji przed obiektem do dezynfekcji i wysuwa ramię z czujnikami i narzędziem czyszczącym do przodu. Podczas tego procesu szczotki ocierają się o siatkę, aby zapobiec kapaniu kropli. Robot mierzy obiekt za pomocą czujników i na podstawie danych planuje ruch ramienia, aby szczotki skutecznie dezynfekowały uchwyt, gałkę lub włącznik. Następnie rozpoczyna dezynfekcję. Po jej zakończeniu bezpiecznie chowa narzędzie czyszczące do zbiornika z dezynfekantem i przejeżdża do kolejnego obiektu.

Tygodniowy test praktyczny i ankieta użytkowników

Ważnym celem rozwoju DeKonBot było poprawienie bliskości produktu i jego praktyczności. Aby to sprawdzić, naukowcy z Fraunhofer IPA i Fraunhofer IMW przeprowadzili tydzień testów na piętrze w biurowcu firmy EnBW. Do czyszczenia służyły włączniki światła, klamki i gałki drzwiowe. Trzy kierownictwa EnBW oraz trzy kierownictwa i cztery pracownicy sprzątający z firmy Gegenbauer, obsługującej budynek, sterowali robotem, uczyli go nowych obiektów oraz uruchamiali i obserwowali tryb pracy. Mierzono istotne dane wydajności, np. czas wykonywania poszczególnych zadań, oraz rejestrowano występujące błędy i ich częstotliwość.

„Jesteśmy bardzo zadowoleni z niezawodności technicznej i uzyskanych wyników wydajności”, podsumowuje Baumgarten. Autonomiczna nawigacja robota w środowisku pracy działała bezbłędnie. Również rozpoznawanie i dezynfekcja klamek i włączników światła przebiegała pomyślnie. Tylko w przypadku gałek drzwiowych pojawiały się sporadyczne trudności. Testy użytkowników wykazały, że akceptacja robota jest wysoka: robot dobrze się przyjął wśród uczestników, którzy po szkoleniu potrafili go skutecznie obsługiwać, a wszyscy wyrazili chęć długotrwałej współpracy z robotem.

Analiza opłacalności

Zespół Fraunhofer IMW zbadał również opłacalność robota na podstawie kalkulacji kosztów cyklu życia. Uwzględniono wszystkie koszty związane z osiągniętymi i przyszłymi wynikami wydajności oraz kosztami zakupu i utylizacji robota. Za punkt odniesienia przyjęto koszty pracownika sprzątającego, który dezynfekuje wyłącznie wymienione obiekty. Dotychczas robot potrafi w warunkach testowych czyścić 30 obiektów na godzinę. „Nasze obliczenia pokazały, że przy wydajności 45 obiektów na godzinę robot jest opłacalny”, wyjaśnia dr Marija Radic, kierownik działu w Fraunhofer IMW. W scenariuszu opłacalnym robot pracuje 24 godziny na dobę (w tym ładowanie), a okres amortyzacji wynosiłby osiem lat.

Obecne dalsze prace rozwojowe i optymalizacje mają na celu osiągnięcie tego celu. „Będziemy jeszcze przyspieszać proces skanowania i cały cykl ruchów”, wyjaśnia Baumgarten. „Dodatkowo poprawimy bezpieczeństwo i higienę niektórych komponentów, takich jak narzędzie i zbiornik. W przyszłości robot nauczy się również otwierać drzwi i korzystać z windy.”

Profil projektu:
Pełny tytuł projektu: MobDi – Mobilna Dezynfekcja
Czas trwania: 01.10.2020 do 30.11.2021
Strona internetowa: www.mobdi-projekt.de
Dofinansowanie: Projekt jest częścią programu „Fraunhofer vs. Corona”, wspierającego wiele innych inicjatyw w walce z pandemią.