Autonome virenzerstörende Roboter im Kampf gegen COVID-19

Der Roboter-Prototyp verwendet die Intel® Movidius™ Vision Processing Unit (VPU) zur Navigation und ultraviolettes Licht zum Desinfizieren.

Auf einen Blick:

  • Akara ist ein irisches Startup-Unternehmen, das sich auf die Entwicklung KI-basierter Helfer für die Gesundheitsbranche spezialisiert hat.

  • Die Ingenieure von Akara reagierten schnell, um den Kampf gegen das Coronavirus zu unterstützen. Sie gingen eine Partnerschaft mit Intel ein, um Krankenhäusern, die eine schnellere, effektivere Sterilisierung benötigten, die grundlegende Technologie eines Roboter-Prototyps bereitzustellen.

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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 zu „Violet“ werden, dem Prototypen eines neuen Roboters mit zwei Superkräften: Verwendung von KI zur Navigation durch Räume und ultraviolettem Licht zur Zerstörung von Bakterien und komplexen Virenstämmen.

Sowohl die keimtötende Violet als auch der gesellige Roboter Stevie sind Produkte von Akara, einem irischen Startup-Unternehmen, das sich auf die Entwicklung von KI-basierten Helfern für das Gesundheitswesen spezialisiert hat. 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.

Auch wenn es bislang keine schlüssigen Forschungsergebnisse zur Wirkung von UV-C-Strahlung auf das SARS-CoV-2-Virus gibt, das die COVID-19-Erkrankung verursacht, haben Studien gezeigt, dass sie gegen andere Coronaviren wie SARS-CoV-1 durchaus effektiv ist.1 UV-C-Strahlung verändert die Struktur des genetischen Materials von Viren oder Bakterien und verhindert so ihre Reproduktion. 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 verlaufen.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 sowie 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.

Manche Krankenhäuser nutzen heute andere berührungsfreie Ansätze mit chemisch basierten Desinfektionsmitteln, die zwar effektiv sind, aber eine längere Evakuierung der Räume voraussetzen.3 So kann es beispielsweise mit Wasserstoffperoxiddampf mehr als fünf Stunden dauern, bis ein Raum vollständig desinfiziert ist und Menschen sicher dorthin zurückkehren 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 Radiologie-Assistenten 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 die Verwendung von Masken (gut oder schlecht) und die Einhaltung der Social-Distancing-Richtlinien erfolgreich überwacht.4

Lichtblicke

In einer Welt, die anfällig für Pandemien ist, forschen Wissenschaftler mit Robotern wie Violet, damit diese eine wichtige Rolle beim Schutz der Bevölkerung übernehmen.5 Zukünftige Anwendungsfälle sind bereits abzusehen: Roboter wie Stevie und Violet können weiter angepasst werden, um Social-Distancing-Regeln zu überwachen, die Einhaltung von Vorschriften für persönliche Schutzausrüstung zu gewährleisten und auch die Kontaktverfolgung zu übernehmen. Diese Fähigkeiten werden derzeit unter Verwendung Open-Source-basierter KI mit dem Intel® Distribution des OpenVINO™ Toolkit untersucht.6

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.

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Produkt- und Leistungsinformationen

4Intel verpflichtet sich zur Achtung der Menschenrechte und Vermeidung der Mittäterschaft bei Menschenrechtsverletzungen. Weitere Informationen finden Sie in Intels globalen Menschenrechtsprinzipien. Die Produkte und Software von Intel sind ausschließlich für die Nutzung in Anwendungen vorgesehen, die keine Verletzung international anerkannter Menschenrechte verursachen oder zu einer Verletzung derselben beitragen.