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Ein­satz von intel­li­gen­ten Robo­tern gegen Viren und Bakterien

18. Februar 2021
in Aktuelles, Anlagen & Komponenten, Fokus
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Damit Gebäu­de und Ver­kehrs­mit­tel regel­mä­ßig und mit gleich­blei­bend hoher Qua­li­tät gerei­nigt und des­in­fi­ziert wer­den kön­nen, sind Ser­vice­ro­bo­ter sehr hilf­reich. Seit Okto­ber 2020 arbei­ten zwölf Ein­rich­tun­gen der Fraun­ho­fer- Gesell­schaft an der Ent­wick­lung neu­er Tech­no­lo­gien für die­ses Ein­satz­feld. Gelei­tet vom IPA bün­deln die Part­ner im For­schungs­pro­jekt »Mobi­le Des­in­fek­ti­on« (Mob­Di) ihre Kom­pe­ten­zen, um zu einem siche­ren »New Nor­mal« in Pan­de­mie­zei­ten bei­zu­tra­gen. Das Pro­jekt ist Teil des Akti­ons­pro­gramms »Fraun­ho­fer vs. Corona«.
Ein Schlüs­sel im Kampf gegen COVID-19 besteht dar­in, die Anste­ckungs­ge­fahr zu mini­mie­ren. Die­ser Her­aus­for­de­rung nimmt sich das Pro­jekt »Mobi­le Des­in­fek­ti­on« (Mob­Di) an, in dem die betei­lig­ten Exper­ten neue Hard­ware- und Soft­ware­lö­sun­gen für mobi­le Ser­vice­ro­bo­ter ent­wi­ckeln. Die­se sol­len einer­seits ermög­li­chen, poten­zi­ell kon­ta­mi­nier­te Ober­flä­chen in Gebäu­den und Ver­kehrs­mit­teln bedarfs­ge­recht und scho­nend mit einem Robo­ter zu des­in­fi­zie­ren. Ande­rer­seits sol­len die Ent­wick­lun­gen dazu bei­tra­gen, den Mate­ri­al­trans­port in Kli­ni­ken zu auto­ma­ti­sie­ren und damit einer Ver­schlep­pung von Kei­men durch das Per­so­nal entgegenzuwirken.

Neue Des­in­fek­ti­ons- und Transportroboter

Für die Des­in­fek­ti­on in Gebäu­den und Ver­kehrs­mit­teln ent­wi­ckeln die Pro­jekt­part­ner jeweils spe­zia­li­sier­te Ser­vice­ro­bo­ter. Die tech­ni­sche Grund­la­ge für die Des­in­fek­ti­on in Gebäu­den bil­det der »DeKon­Bot« des IPA, den das Insti­tut im letz­ten Jahr im gleich­na­mi­gen Vor­gän­ger­pro­jekt ent­wi­ckel­te. Des­sen Werk­zeug für die Wisch­des­in­fek­ti­on wer­den die For­scher im Pro­jekt wei­ter ver­bes­sern und die Platt­form als Gan­zes hin­sicht­lich einer spä­te­ren Seri­en­pro­duk­ti­on opti­mie­ren. Der Robo­ter für die Des­in­fek­ti­on in Ver­kehrs­mit­teln ent­steht am IFAM. Beson­ders her­aus­for­dernd ist dabei die Ent­wick­lung einer modu­la­ren Antriebs­un­ter­stüt­zung für das Über­win­den von Spal­ten und Absät­zen. Für bei­de Robo­ter erstel­len die Pro­jekt­part­ner ver­schie­de­ne Werk­zeu­ge, die durch Wischen, Sprü­hen, UV- oder Plas­ma­be­hand­lung des­in­fi­zie­ren. Die Robo­ter kön­nen die­se nach Bedarf auto­ma­tisch wechseln.
Das Unter­neh­men ent­wi­ckelt zudem einen neu­en Trans­portro­bo­ter, der unter­schied­li­che Hand­wa­gen mit sich füh­ren kann, wie sie in Kli­ni­ken typi­scher­wei­se ein­ge­setzt wer­den. Im Ver­gleich zu vor­han­de­nen Pro­duk­ten zeich­net sich die Neu­ent­wick­lung durch klei­ne Abmes­sun­gen und ein beson­ders manö­vrier­fä­hi­ges Fahr­werk aus. Das Fraun­ho­fer IVV unter­stützt bei der hygie­ne­ge­rech­ten Gestal­tung der ver­schie­de­nen Robo­ter. Zudem ent­wi­ckelt das Insti­tut Kon­zep­te für deren Selbst­rei­ni­gung. Die­se ver­hin­dern, dass die Maschi­nen selbst zum Kon­ta­mi­na­ti­ons­ri­si­ko werden.

Ver­bes­ser­te Wahrnehmungsfunktionen

Dank intel­li­gen­ter Wahr­neh­mungs­funk­tio­nen wer­den die Des­in­fek­ti­ons­ro­bo­ter gezielt rei­ni­gen kön­nen. Dafür kommt ein neu­er mul­ti­moda­ler 3D-Sen­sor des Fraun­ho­fer IOF zum Ein­satz. Mit­hil­fe die­ses Sen­sors erken­nen die Robo­ter wäh­rend der Inbe­trieb­nah­me selbst­stän­dig alle Objek­te, die sie des­in­fi­zie­ren sol­len, und das Mate­ri­al, aus dem die­se bestehen. Die Objekt­er­ken­nung des IPA sowie die Mate­ria­ler­ken­nung des IPM wer­ten die Sen­sor­da­ten mit Metho­den des maschi­nel­len Ler­nens aus. Damit errei­chen sie eine robus­te Erken­nung, selbst wenn die Objek­te in jeder Ein­satz­um­ge­bung etwas anders aussehen.
Ein mehr­schich­ti­ges Umge­bungs­mo­dell des IOSB führt alle benö­tig­ten Informationen
zusam­men und ermög­licht den Robo­tern so, Rei­ni­gungs­ab­läu­fe selbst­stän­dig zu pla­nen. Es ent­hält eine Kar­te der Umge­bung, die Posi­ti­on aller zu rei­ni­gen­den Objek­te sowie deren Mate­ri­al. Nicht immer müs­sen die Umge­bungs­da­ten manu­ell ein­ge­lernt wer­den. Auf Basis der Arbei­ten von Fraun­ho­fer Ita­lia wird es mög­lich sein, die­se Infor­ma­tio­nen aus dem soge­nann­ten »Buil­ding Infor­ma­ti­on Mode­ling« (BIM) auto­ma­tisch in das Umge­bungs­mo­dell zu laden. Das ist eine für vie­le Gebäu­de bereits vor­han­de­ne digi­ta­le Dar­stel­lung sämt­li­cher Bauwerksmerkmale.
Auch im Regel­be­trieb soll künf­tig vor der Des­in­fek­ti­on ein­zel­ner Objek­te eine Wahr­neh­mungs­funk­ti­on zum Ein­satz kom­men: Anhand des Ver­schmut­zungs­grads sol­len die Robo­ter die Rei­ni­gung opti­mie­ren und deren Erfolg veri­fi­zie­ren kön­nen. Das FEP führt im Pro­jekt ers­te grund­le­gen­de Unter­su­chun­gen durch, wie die­se Ver­schmut­zun­gen erkannt wer­den könnten.

Ana­ly­se der Reinigungsmethoden

Für eine geziel­te und scho­nen­de Rei­ni­gung füh­ren die Pro­jekt­part­ner Ver­su­che mit den ver­schie­de­nen Rei­ni­gungs- und Des­in­fek­ti­ons­ver­fah­ren auf weit ver­brei­te­ten Ober­flä­chen­ty­pen wie Edel­stahl und Kunst­stof­fen durch. Neben der Ana­ly­se der ein­zel­nen Ver­fah­ren unter­su­chen sie auch Kom­bi­na­ti­ons­mög­lich­kei­ten ver­schie­de­ner Rei­ni­gungs- und Des­in­fek­ti­ons­ver­fah­ren. So könn­ten die Robo­ter bei­spiels­wei­se zunächst einen Tür­griff wischen und anschlie­ßend UV-Licht ein­set­zen, um auch die Kei­me an schwer zugäng­li­chen Stel­len zu neu­tra­li­sie­ren. Das ILT wird spe­zi­ell den kom­bi­nier­ten Ein­satz von UV- und Plas­ma­quel­len analysieren.
Für die ver­schie­de­nen Ver­fah­ren wer­ten die For­scher der Fraun­ho­fer-Insti­tu­te FEP und IFAM den Des­in­fek­ti­ons­er­folg sowohl anhand von Ver­un­rei­ni­gun­gen mit Bak­te­ri­en- als auch mit Viren­pro­ben aus. Außer­dem unter­sucht das IST mög­li­che Mate­ri­al­schä­di­gun­gen und das IWS die Ent­ste­hung schäd­li­cher Zer­set­zungs­pro­duk­te. So soll eine Metho­dik ent­wi­ckelt wer­den, um für jeden Des­in­fek­ti­ons­vor­gang abhän­gig von Mate­ri­al und Ver­schmut­zungs­grad die am bes­ten geeig­ne­ten Ver­fah­ren auszuwählen.

Bedarfs­ge­rech­te Entwicklung

Die tech­ni­schen Ent­wick­lun­gen in »Mob­Di« basie­ren auf vom IMW verantworteten
Anforderungs‑, Nut­zen- und Wirt­schaft­lich­keits­ana­ly­sen. Um die Robo­ter bedarfs- und pra­xis­ge­recht anzu­pas­sen, ent­wi­ckel­ten die Pro­jekt­part­ner gleich zu Pro­jekt­be­ginn gemein­sam mit Anwen­dern die Sze­na­ri­en, die mit den Robo­tern umge­setzt­wer­den sol­len, und lei­te­ten dar­aus die tech­ni­schen Anfor­de­run­gen ab. Dazu führ­ten sie zahl­rei­che Gesprä­che mit Logis­tik- und Hygie­ne­ex­per­ten in Kli­ni­ken nebst Betrei­bern und Rei­ni­gungs­kräf­ten in Gebäu­den und im Per­so­nen­ver­kehr. Die Anwen­der wer­den zudem in das Pro­jekt ein­ge­bun­den, um intui­tiv bedien­ba­re Nut­zer­schnitt­stel­len für das Ein­rich­ten und den täg­li­chen Betrieb der Robo­ter zu entwickeln.
Bis zum Abschluss des Pro­jekts im Sep­tem­ber 2021 sol­len die ent­wi­ckel­ten Robo­ter auch prak­tisch eva­lu­iert wer­den. Die Pro­jekt­part­ner wer­den die­se zunächst in ihren jewei­li­gen Labors tes­ten und danach in rea­lis­ti­schen Ein­satz­um­ge­bun­gen wie in einem öffent­li­chen Gebäu­de, im Per­so­nen­ver­kehr oder in einer Kli­nik. Die Ergeb­nis­se glei­chen sie dabei mit soge­nann­ten »Key Per­for­mance Indi­ca­tors« (KPIs) ab. Bereits zu Pro­jekt­be­ginn wur­den die­se KPIs, also Kri­te­ri­en für einen erfolg­rei­chen Ein­satz der Robo­ter im ent­spre­chen­den Anwen­dungs­feld, mit poten­zi­el­len Nut­zern ermittelt.

Betei­li­gungs­mög­lich­kei­ten

Weil die Robo­ter modu­lar gestal­tet sind und han­dels­üb­li­che Schnitt­stel­len nut­zen, sind die in »Mob­Di« ent­wi­ckel­ten Tech­no­lo­gien ein­fach auf ande­re Maschi­nen und Robo­ter über­trag­bar. Dies unter­stützt den schnel­len Trans­fer der For­schungs- und Ent­wick­lungs­ar­bei­ten in die Pra­xis. Inter­es­sier­te Her­stel­ler kön­nen sich ger­ne an die Pro­jekt­part­ner wen­den, wenn sie sich an der Ent­wick­lung betei­li­gen möch­ten. Neben dem Trans­fer ein­zel­ner Tech­no­lo­gien in bestehen­de Pro­duk­te ist es auch mög­lich, die ent­wi­ckel­ten Robo­ter als Gesamt­sys­tem in ein neu­es Pro­dukt zu überführen.
 

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