Autonome virenabtötende Roboter sind beim Kampf gegen COVID-19 vielversprechend

Der Roboter-Prototyp verwendet die Intel® Movidius™ Vision Processing Unit (VPU), um Menschen auszuweichen, während er Krankenhäuser mit ultraviolettem Licht desinfiziert.

Ein durch KI gesteuerter Roboter wird darauf getestet, verunreinigte Oberflächen mithilfe von UV-Licht zu desinfizieren. Sein Ziel: Überlasteten Krankenhäusern bei der Bekämpfung von COVID-19 zu helfen.

Stevie verbringt seine Tage meist damit, ein Altenheim zu unterhalten. Oft singt er, führt eine Tanzgruppe an, fragt Bewohner, wie ihr Tag war oder erzählt furchtbar alberne Witze – was auch immer nötig ist, um die Stimmung zu heben.

Wie andere Beschäftigte im Gesundheitswesen musste auch Stevie während der globalen Pandemie neue Fähigkeiten erlernen, um helfen zu können. Aber im Gegensatz zu seinen Kollegen konnte er seine einen Meter vierzig große humanoide Gestalt verändern und „Violet“ werden, der Prototyp eines neuen Roboters mit zwei Superkräften: die Verwendung von KI zur Navigation durch Räume und ultraviolettes Licht zur Zerstörung von Bakterien und komplexen Virus-Stämmen.

Die keimtötende Violet und der gesellige Roboter Stevie sind beide Produkte von Akara, einer irischen Startup-Firma, die sich auf die Entwicklung von KI-Helfern für das Gesundheitswesen spezialisiert. Die Ingenieure von Akara reagierten schnell, um den Kampf gegen das Coronavirus zu unterstützen. Sie gingen eine Partnerschaft mit Intel ein, um die grundlegende Technologie von Stevie Krankenhäusern bereitzustellen, die eine schnellere, effektivere Sterilisierung benötigten.

KI auf einer neuen Wellenlänge

Es wurde klinisch nachgewiesen, dass ein bestimmter, als UV-C bezeichneter Bereich des ultravioletten Lichts komplexe Viren und Bakterien abtötet. Deshalb wurde diese Technologie seit einem Jahrzehnt in Krankenhäusern zur Desinfektion eingesetzt.

Obwohl es noch keine schlüssigen Forschungsergebnisse über die Auswirkungen von UV-C auf das SARS-CoV-2 Virus gibt, das die Krankheit COVID-19 auslösen kann, zeigen Studien, dass es gegen andere Coronaviren wie SARS-CoV-1 einsetzbar ist.1 Die UV-C-Strahlung deformiert die Struktur des Virus oder das genetische Material des Bakteriums und verhindert die Reproduktion viraler Partikel. Frühe Ergebnisse aus der Untersuchung der Wirksamkeit von UV-C gegen SARS-CoV-2 am Center for Disease and Immunity der Columbia University sind vielversprechend.2

Die kompakte Größe von Violet und die Fähigkeit, sicher zwischen Menschen zu arbeiten, macht diesen Roboter auch für Aufgaben außerhalb des Krankenhauses geeignet.

UV-C-Roboter wurden zur Sterilisierung von Krankenhäusern eingesetzt, aber die meisten sind nicht dafür konzipiert, gemeinsam mit Menschen im Zimmer zu arbeiten. Ihre sperrige Größe macht es schwierig, in engen Räumen zu navigieren und Schattenbereiche zu erreichen. Sie strahlen ein Licht aus, das für Menschen in hohen Dosen gefährlich ist, wodurch die Räume zur Sicherheit des Krankenpersonals oder der Patienten geräumt werden müssen, da die Bestrahlung schädlich wäre und Sonnenbrand, Augenschäden und sogar Hautkrebs hervorrufen könnte.

Um Menschen im Raum zu erkennen und zu vermeiden, verwendet der Violet-Prototyp Bewegungssensoren, eine Intel® Movidius™ Vision Processing Unit (VPU) und die Luxonis DepthAI Plattform für KI, Tiefen- und Merkmalsverfolgung. Dies ermöglicht es dem schlanken und wendigen Violet-Roboter, sich um die Leute im Raum zu bewegen, im Schatten liegende Ecken zu durchqueren, Oberflächen zu reinigen und sich automatisch abzuschalten, bevor jemand in den begrenzten Bereich ultravioletter Strahlen eintritt.

Stevie benötigte das maschinelle Sehen, um sich durch den Raum zu bewegen und die Person anzusehen, die mit ihm sprach, was wichtig ist, um sozial interaktiv zu wirken und sich mit jemandem zu beschäftigen. Das Team von Akara schloss sich im Januar 2020 einem von Intel geförderten Gründerzentrum an, wo es in Zusammenarbeit mit Movidius und Luxonis fortgeschrittene Wahrnehmungsfähigkeiten für Stevie entwickelte.

Als die COVID-19-Pandemie ausbrach, wollte das gesamte Team irgendwie helfen. Nach Diskussionen im Gründerzentrum gelang es den Ingenieuren von Akara, einen Violet-Prototyp in nur 24 Stunden zu bauen. Dabei wurden Stevies maschinelles Sehen so angepasst, dass Violet der Interaktion mit Menschen ausweichen konnte.

„In gewisser Hinsicht war es einfacher, Violets Personendetektor zu aktivieren“, sagte Jonathan Byrne, ein leitender Softwareentwickler bei Movidius, der eng mit Akara an der Entwicklung des Roboters zusammenarbeitete. „Stevie musste 10-15 Dinge erledigen, während Violet viel weniger tun muss: reinigen und Leuten ausweichen."

Reinigungszeiten kürzen, ohne Abstriche zu machen

Violet stellt nicht den ersten Versuch dar, traditionelle, manuelle Desinfektionstechniken zu ersetzen.

Heutzutage verwenden manche Krankenhäuser berührungsfreie Methoden mit chemischen Desinfektionsmitteln, die wirksam sind, aber erfordern, dass die Räume den Großteil des Tages evakuiert werden.3 Beispielsweise dauert es mit Wasserstoffperoxiddämpfen manchmal über fünf Stunden, um einen Raum voll zu desinfizieren, bevor Menschen wieder sicher in dem Bereich arbeiten können.  Und in manchen Räumen des Krankenhauses kann das einfach nicht eingesetzt werden.

Gesundheitssysteme weltweit haben bereits lange Wartelisten für medizinische Aufnahmen, und diese Verzögerung verschärft den Kostendruck auf Krankenhäuser nur noch weiter. So stellt z. B. die Radiologie eine besondere Herausforderung dar: In vielen Fällen können High-Tech-Geräte wie Computertomografen nicht mit aggressiven Chemikalien behandelt werden und müssen von Hand gereinigt werden. Diese Reinigung wird oft von den Radiologieassistenten durchgeführt und erfordert bis zu 1,5 Stunden für jede 15-minütige Prozedur.

Violet dürfte Mitte 2020 für den Einsatz in Krankenhäusern bereit sein und wurde kürzlich in Irland bei der Desinfizierung von Computertomografen und Isolierzimmern getestet, um lange Ausfallzeiten durch das Desinfektionsverfahren zu reduzieren. Akara stellte fest, dass der Roboter das Verfahren beschleunigen und dem Krankenhauspersonal die potenziell gefährliche Aufgabe der manuellen Desinfizierung von Räumen ersparen konnte.

Die kompakte Größe von Violet und die Fähigkeit, sicher zwischen Menschen zu arbeiten, macht diesen Roboter auch für Aufgaben außerhalb des Krankenhauses geeignet. Der Prototyp wird momentan im ÖPNV-System von Dublin getestet, und er könnte auch zur Desinfizierung anderer Bereiche mit hohem Publikumsverkehr, sowie schwer zu reinigenden Räumen wie Toiletten, Flughäfen, Hotels, Kreuzfahrtschiffen und Wartezimmern eingesetzt werden.

„Was die COVID-19-Pandemie betrifft, löschen wir immer noch das Feuer. Wir konzentrieren uns momentan auf Krankenhäuser und Pflegeheime, wo Leute tagtäglich ein und aus gehen“, sagte Niamh Donnelly, Mitbegründer von Akara und Director of AI and Machine Learning.

Aber sie erkennt an, dass Violet vielleicht bald anderswo benötigt wird.

„Sobald Menschen wieder zur Arbeit gehen, Urlaub machen und ihr normales Leben leben wollen, werden sich die Gebiete ändern, in denen Violet benötigt wird. Wir erhalten mehr als 10–20 E-Mails täglich aus verschiedenen Branchen, die nach einem Roboter wie Violet fragen.“

Ingenieure erforschen bereits andere Anwendungen des maschinellen Sehens, um die Ausbreitung von COVID-19 zu kontrollieren. Unter Verwendung des Intel® Distribution of OpenVINO™ Toolkit haben Ingenieure erfolgreich die Verwendung von Masken und Einhaltung der Richtlinien für die soziale Distanz überwacht.

Lichtblicke

In einer Welt, die durch Pandemien stärker gefährdet ist, wollen Forscher Roboter wie Violet eine wichtige Rolle beim Schutz der Bevölkerung spielen lassen.4 Zukünftige Einsatzbereiche sind bereits klar: Roboter wie Stevie und Violet könnten weiter modifiziert werden, damit sie durch maschinelles Sehen die Wahrung der sozialen Distanz überwachen, die Nutzung der vorgeschriebenen Schutzausrüstung sicherstellen und sogar bei der Ermittlung von Kontaktpersonen eingesetzt werden können. Diese Fähigkeiten werden derzeit mithilfe der Open-Source-KI im Intel® Distribution of OpenVINO™ Toolkit untersucht.5

In den frühen Phasen der Krisenreaktion lag der Schwerpunkt auf der Entwicklung schnell auswertbarer Tests und eines Impfmittels. Diese Arbeit ist extrem wichtig, aber inzwischen werden andere Innovationen benötigt. Dieses Erlebnis hat uns gezeigt, wie dringend wir jedes Krankenhaus auf Pandemien vorbereiten müssen, sowohl der Patienten wegen als auch wegen des Krankenhauspersonals an vorderster Front. Wir brauchen jeden nur möglichen Helfer, ob das ein Mensch ist oder nicht.

Um mehr darüber zu erfahren, wie Akara und Violet Krankenhäusern helfen, gehen Sie bitte hierher.

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