Каждая капелька в воздухе, хоть ее и нельзя увидеть, коснуться или почувствовать, означает риск заболевания COVID-19. Предотвращение оседания таких капель, которые способствуют выживанию вируса, на поверхностях имеет критическое значение. К счастью, доступны препараты для химической очистки, которые превосходно справляются с это проблемой. Однако их использование может оказаться дорогостоящим, опасным и трудоемким при больших площадях. Во всем мире существуют тысячи складов, пищевых банков, школ и других похожих объектов, создающих опасность для здоровья убирающего персонала.
Именно поэтому ученые из Лаборатории информационных технологий и искусственного интеллекта (CSAIL) Massachusetts Institute of Technology совместно с Ava Robotics и пищевым банком Greater Boston Food Bank (GBFB) разработали новую роботизированную систему, которая эффективно дезинфицирует поверхности и нейтрализует коронавирусы в форме аэрозоля.
Для этого используется разработанная CSAIL лампа UVC интегрированная с мобильной базой робота Ava Robotics. Результаты были настолько хорошими, что ученые признали эффективность решения для целей автономной дезинфекции с использованием УФ-излучения в других местах, например, в фабриках, ресторанах и супермаркетах.
Излучение UVC оказалось эффективным в борьбе с вирусами и бактериями на поверхностях и в форме аэрозолей, однако его воздействие опасно для людей. К счастью, телеробот Ava может работать без контроля человека. Команда демонтировала верхнюю часть, в которой обычно расположен дисплей, и заменила его дезинфицирующим блоком UVC, который использует коротковолновое ультрафиолетовое излучение убивая микроорганизмы и их ДНК в процессе, который называется «бактерицидным УФ-излучением».
Система может картографировать площадь – в том числе склад бостонского пищевого банка – и передвигаться между ориентирами и другими установленными зонами. В рамках тестов системы команда использовала дозиметр UVC, подтверждая, что робот создает достаточное количество UVC-излучения, рассчитанного на основании модели.
«Пищевые банки имеют базовое значение для нашего общества, поэтому настолько важно удержание непрерывности их работы» – говорит Алисса Персон ученая из CSAIL и руководитель команды, работающей над лампой UVC. «В этом случае ставкой было увеличение эффективности дезинфекции и ограничение риска заражения COVID-19».
Во время тестов в бостонском пищевом банке робот передвигался между поддонами и стеллажами со скоростью около 350 метров в час. Это означает, что он может дезинфицировать площадь склада бостонского пищевого банка (370 кв. м.) за полчаса. Доза UVC за это время нейтрализует около 90% коронавирусов на поверхностях, при чем для многих поверхностей эта доза выше, что означает большую эффективность нейтрализации.
Обычно ультрафиолетовые бактерицидные лампы используются в больницах и медучреждения для стерилизации палат и предотвращения распространения микроорганизмов, таких как золотистый стафилококк и Clostridioides difficile. Излучение UVC действует также на патогены, передаваемые воздушным путем. Наиболее эффективно излучение «на линии глаз», однако свет, отраженный от поверхности, может попасть и в незаметные закоулки.
«Мы располагаем относительно новым, 10-летним пищевым складом, у нас есть сертификат чистоты AIB и мы соответствуем стандартам безопасности продуктов питания» – объясняет Кэтрин Д’Амато, председатель и операционный директор бостонского пищевого банка.
«COVID-19 – это новый патоген, с которым бостонский пищевой банк и весь остальной мир не были в состоянии справиться. Мы рады возможности сотрудничества с MIT CSAIL и Ava Robotics, благодаря чему у нас есть возможность улучшить наши санитарные техники, чтобы победить нынешнюю опасность» – добавила Кэтрин Д’Амато.
Чистота прежде всего
Сначала команда обслуживала робота дистанционно, чтобы научить его маршруту по складу – робот как автономное устройство в состоянии передвигаться самостоятельно, то есть команде не нужно им управлять.
Робот передвигается по ориентирам точкам на карте, например, может переместиться в загрузочный док, затем на экспедиционный этаж склада, а потом обратно на базу. Точки маршрута добавляются человеком в режиме телеобслуживания. Их можно добавлять согласно потребностям.
В бостонском пищевом банке зона отправки идентифицирована как критичная с точки зрения дезинфицирующих работ. Каждый день работники складывают целые ряды продукции и готовят до 50 отправок грузовиков, доставляющих товар в день. Концентрация на зоне отгрузки означает, что продукция, выходящая со склада, создает меньший риск заражения общества коронавирусом.
На данный момент группа работает над использованием датчиков, доступных в рамках системы для его приспособления к изменениям среды, чтобы робот применял рекомендуемую дозу излучения для новых объектов и поверхностей.
Настоящим вызовом является то, что зона отправки товаров постоянно меняется, поэтому каждый день робот передвигается по немного измененной среде. После запуска робот не знает, какие стеллажи заполнены товаром и в какой степени. Из-за этого команда хочет научить робота различать заполненные товаром места от пустых, чтобы обеспечить оптимальную планировку маршрута.
Если речь идет о производстве прототипа, то в данном случае это было «собственное производство». Лампы UVC были созданы в подвале Алиссы Персон, а докторант института CSAIL, Джонатан Романишин, создал в своей квартире небольшую мастерскую, в которой работал над печатными платами.
«Во время тестов робота в пищевом банке мы исследуем также новые правила контроля, которые позволят роботу приспосабливаться к изменениям среды и гарантируют, что все зоны получат соответствующую дозу излучения» – комментирует Алисса Персон. «Мы делаем ставку на дистанционную работу при минимальном контроле человеком, чтобы ограничить распространение COVID-19 во время обслуживания системы».
В ближайшем времени команда хочет увеличить функционал робота в бостонском пищевом банке и улучшить его конструкцию. В дальнейшей перспективе, цель – это сделать так, чтобы системы такого типа лучше приспосабливались к нашему миру, то есть динамично изменяли план работы на основании оценочной дозы UVC, справлялись в новой среде и умели работать в рамках координируемых друг с другом групп роботов.
«Мы рады, что робот для дезинфекции UVC помогает нашему обществу в это тяжелое время» – говорит Даниэла Рус, директор CSAIL и шеф проекта.
Сейчас команда сосредотачивается на бостонском пищевом банке, хотя разрабатываемые алгоритмы и системы могут в будущем использоваться в других локализациях, таких как склады, продовольственные магазины и школы.
«MIT — это отличный партнер для сотрудничества. Вся интеграция заняла всего лишь четыре недели» – говорит Юссуф Салех, операционный директор Ava Robotics.
Кто стоит за проектом дезинфицирующего робота?
Персон и Романишин сотрудничали с Зантером Гансеном (программное обеспечение), Брайаном Тигуе из MIT Lincoln Laboratory (который ассистировал при конструкции ламп UVC), Игорем Гилишченским и Сяо Ли (ассистировал при первых исследованиях над автономией), профессорами MIT Даниэлой Рус и Саманом Амарасинж. От Ava Robotics проектом управляют Марсио Мацедо и Юссуф Салех.
Этот проект частично поддерживался компанией Ava Robotics, которая предоставила свою платформу и командную поддержку.
Фот. Alyssa Pierson, MIT CSAIL