Kollaborierende Roboter gegen COVID-19

Kollaborierende Roboter gewinnen im globalen Kampf gegen COVID-19 zunehmend an Bedeutung. In dieser Serie von Blogbeiträgen stellen wir verschiedene Anwendungen vor, mit denen unserer Cobots helfen, die Pandemie einzudämmen. Ob bei der Raumdesinfektion, mit kontaktlosen COVID-19-Testkits oder beim schnellen Umrüsten der Produktion auf dringend benötigte medizinische Produkte – unsere Cobots sind weltweit im Kampf gegen Corona im Einsatz.

Seit dem Ausbruch von COVID-19 ist der Bedarf an Technologien zur kontaktlosen Tiefenreinigung und Desinfektion massiv gestiegen. Mitte April präsentierten Forscher der Technischen Universität Nanyang (NTU) in Singapur ihre Lösung für dieses Problem: Den eXtremeDisinfection roBOT (XDBOT). Dabei handelt es sich um einen UR5, der mit einer Sprühdüse ausgestattet und auf einer mobilen Plattform montiert ist.

Die Forscher programmierten den Cobot so, dass er die Bewegungen der menschlichen Hand nachahmt. Damit gelangt er im Gegensatz zu herkömmlichen Desinfektionsrobotern auch in schwer zugängliche Bereiche wie unter Betten und Tische. Die Sprühdüse und der 8,5-Liter-Desinfektionsmitteltank ermöglichen dem XDBOT, das Mittel schnell und großflächig zu verteilen, ohne dass dessen Reinigungseffekt beeinträchtigt wird.

Die Reinigungskräfte können den XDBOT per Tablet oder Laptop fernsteuern und dadurch den Kontakt mit potenziell kontaminierten Bereichen vermeiden.

Der Roboter läuft mit einer Akkuladung vier Stunden und wurde bereits erfolgreich in öffentlichen Bereichen auf dem NTU-Campus getestet. Bald folgen Tests in örtlichen öffentlichen Krankenhäusern.

Ebenfalls im April enthüllte ein Team der University of Southern California (USC) den Prototyp des “Agile Dexterous Autonomous Mobile Manipulation System-UV” (ADAMMS-UV). Das System verwendet wie der XDBOT einen UR5 auf einer mobilen Plattform. Statt Desinfektionsmittel setzt das ADAMMS-UV jedoch einen UV-Lichtstab mit einer zusätzlichen UV-Lichtquelle ein, die auf dem Sockel montiert ist. Das UV-Licht baut die DNA des SARS-CoV-2-Virus ab.

Ausgestattet mit einem Greifer des UR+-Partners Robotiq kann das ADAMMS-UV beispielsweise Schubladen öffnen und schwer zugängliche Oberflächen reinigen. Wie der XDBOT ist auch das ADAMMS-UV fernsteuerbar, so dass Mitarbeiter den vorgeschriebenen Mindestabstand einhalten und eine Ansteckung vermeiden können. Am Cobot angebrachte Kameras helfen bei der Navigation. Eine TOF-Kamera auf dem Roboterarm scannt die Umgebung und bestimmt die Entfernung mithilfe von Infrarotlicht. Anhand dieser visuellen Informationen erstellt das ADAMMS-UV dann ein 3D-Modell des zu desinfizierenden Bereichs.

„Wir haben die mobile Cobot-Anwendung ursprünglich als Lösung für die Maschinenbeschickung entwickelt”, sagt Satyandra Gupta, Direktor des USC Center for Advanced Manufacturing. „Für den UR5 haben wir uns aufgrund seiner eingebauten Sicherheitsfunktionen entschieden, denn der Roboter kann im Kollaborationsmodus direkt neben dem Menschen arbeiten. Universal Robots ist der führende Anbieter für Cobots, daher war die Entscheidung für uns klar”, so Gupta und erklärt weiter, dass das USC seit der COVID-19-Krise seine Labore selbst reinigen muss.

„Ein Labor ist komplex, man kann nicht einfach alles mit Bleichmittel einsprühen. Wir haben uns daher mit der UV-Desinfektion befasst und festgestellt, dass sie bei uns funktionieren könnte. Die Lösungen auf dem Markt waren jedoch für die großflächigere Desinfektion von Räumen ausgelegt. Es wäre damit nicht möglich, beispielsweise eine Schublade zu öffnen, einen Gegenstand herauszunehmen, ihn abzulegen und den Desinfektionsstab darüber zu führen”, sagt Gupta.

Sein Team arbeitet aktuell daran, einen zweiten UR5-Cobot zu installieren, so dass ADAMMS doppelt so schnell desinfizieren kann: Ein Roboterarm kann z.B. eine Schublade öffnen, während der andere Arm den Stab für die Desinfektion hält.

Das Team hat den Prototypen erfolgreich im Labor getestet. Weitere Tests und Validierungen laufen gerade, damit die Technologie bald auch in Krankenhäusern, Hotels oder Büros eingesetzt werden kann.

COVID-19 hat zu einer beispiellosen Nachfrage nach medizinischen Tests geführt. Esben Østergaard, Mitgründer von Universal Robots, hat als Reaktion darauf den weltweit ersten autonomen Rachenabstrichroboter entwickelt. Auf den Markt gebracht wurde dieser von Lifeline Robotics, einem Unternehmen, das Esben Østergaard zusammen mit dem Maersk Mc-Kinney Moller Institut an der Universität von Süddänemark (SDU) gegründet hat.

Der Rachenabstrichroboter wurde in Zusammenarbeit mit Robotikforschern der SDU entwickelt und nutzt UR3-Cobots, die mit einem kundenspezifischen 3D-gedruckten Endeffektor ausgestattet sind. Das simple Verfahren beginnt damit, dass der Patient seinen Ausweis scannt. Daraufhin bereitet der Roboter zunächst einen Behälter mit einem gedruckten ID-Etikett für die Probe vor und nimmt den Tupfer auf. Im nächsten Schritt identifiziert der Roboter mithilfe seines eingebauten Bildverarbeitungssystems die richtigen Abstrichpunkte im Rachen des Patienten.

Sobald er die Probe entnommen hat, legt der Roboter sie in ein Glas und schraubt den Deckel zu. Der Behälter wird dann zur Analyse an ein Labor geschickt. Der gesamte Vorgang dauert insgesamt etwa sieben Minuten, der Abstrich selbst nur 25 Sekunden. Ende Mai wurde das System offiziell in Dänemark eingeführt.

Unterdessen hat DetectaChem, ein in Texas ansässige Hersteller von tragbaren Detektoren, Ende Mai eine Smartphone-basierte COVID-19-Testlösung vorgestellt. Damit lässt sich ein kostengünstiger COVID-19-Test zu Hause durchführen. Die Ergebnisse erhalten Anwender in nur 15-30 Minuten über das Smartphone. Drei UR10-Cobots entfernen in der Produktionsanlage von Detecta Chem Plastikfolien rund um die Testkits, die auf einem Drehtisch ausgelegt sind. So kann DetectaChem die Produktion seiner COVID-Tests schnell in vollem Umfang hochfahren, sobald die Zulassung der Food and Drug Administration (FDA) erteilt ist.

Unsere Cobots sind sehr flexibel. Das beschleunigt die Entwicklung und Einführung von Automatisierungslösungen, was in Krisenzeiten von entscheidender Bedeutung ist. So beschloss beispielsweise der spanische Autohersteller SEAT im März dieses Jahres, eine seiner Montagelinien auf die Produktion von Beatmungsgeräten umzustellen. Der Automobilriese installierte einen UR10e am Ende der Linie, um eine Qualitätsprüfung des Verriegelungsmechanismus am Schaltkasten der Einheit durchzuführen.

Ebenfalls in Spanien hat der Kunststoffhersteller Pepri seine Produktion auf die Fertigung von Komponenten für Krankenhausbetten umgestellt, die aktuell stark nachgefragt werden – darunter Seitenstützen, Kopf- und Fußteile. Pepri hat seine Produktionslinie dank der hohen Flexibilität des verwendeten Cobots schnell angepasst, da dieser sich problemlos für eine andere Aufgabe programmieren lassen. Der Cobot wird aktuell beim Schneiden der blasgeformten Kunststoffteile eingesetzt.

Der globale Kampf gegen Corona macht es mehr denn je notwendig, neue Wege zu gehen, flexibel zu sein und Produktions-Layouts an die veränderten Bedingungen anzupassen. Cobots können hierzu einen wichtigen Beitrag leisten. Im nächsten Blogpost unserer Reihe „Kollaborierende Roboter gegen COVID-19“ zeigen wir, wie Cobots die Massenproduktion von Gesichtsmasken unterstützt haben, und wir stellen einen ganz besonderen Cobot-Barista vor.