Nicht nur in Corona-Zeiten 06.07.2020, 07:00 Uhr

Roboter verbessern Hygiene in der Fertigung

Ohne Hygiene geht nichts in der Lebensmittel- und in der Medizintechnik-Branche. Viele Routineaufgaben können Roboter übernehmen. Sie reinigen Anlagen mit Chemikalien und desinfizieren Oberflächen mit UV-Strahlung.

Der neue, mobile Reinigungsroboter im Einsatz.
Foto: Fraunhofer IVV

Der neue, mobile Reinigungsroboter im Einsatz.

Foto: Fraunhofer IVV

In sensiblen Bereichen ist Hygiene nicht erst seit der SARS-CoV-2-Pandemie ein zentrales Thema. Produktionsanlagen und Räume müssen regelmäßig gereinigt, aber auch desinfiziert werden. Viele Schritte sind manuell durchzuführen. Solche Prozesse sind kaum standardisiert, was zu Fehlern führen kann. Außerdem kosten die Arbeiten viel Zeit – und verschlingen personelle Ressourcen.

Deshalb haben Ingenieure am Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Dresden einen Reinigungsroboter für industrielle Anwendungen entwickelt. Vom Gerät existieren zwei Varianten. Ein Roboter reinigt Böden beziehungsweise Oberflächen, ein anderer säubert das Innere von Maschinen.

Mit künstlicher Intelligenz gegen Verschmutzungen 

Beide Roboter beziehen ihre Energie aus Akkus. Sie bewegen sich autonom durch ihre Umgebung, sind aber über einen Schlauch mit der Basisstation verbunden. Von dort beziehen die Geräte Chemikalien zur Reinigung und zur Desinfektion.

Gesteuert werden sie per WLAN. Mehrere Sensoren steuern wichtige Funktionalitäten. Sie ermitteln beim Navigieren ihren jeweiligen Aufenthaltsort in der Halle. Ein Radarsensor ist mit an Bord, falls Sprühnebel oder Feuchtigkeit die optische Positionierung erschweren. Und ein optischer Fluoreszenzsensor erfasst sowohl das zu reinigende Objekt als auch seinen Verschmutzungsgrad.

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Basierend auf der Fluoreszenzmethode scannt und berechnet die installierte Sensorik den Verschmutzungsgrad und passt die Reinigungsparameter wie beispielsweise den Druck und die Menge des Reingungsschaums entsprechend adaptiv an. Ein Detektor erkennt fluoreszierende Schmutzpartikel wie Fette, Öle und Eiweiße via UV-Licht. Er dosiert den Reiniger und das Wasser passgenau anhand der ermittelten Werte.

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Diese Parameter werden engmaschig erfasst und mit einem Tool der künstlichen Intelligenz ausgewertet. Schon während der Reinigung erkennt der Roboter, ob alles nach Plan läuft. Per WLAN gelangen die Daten an einen virtuellen Zwilling. Dort werden Teilschritte weiter optimiert. Das System ist selbstlernend und optimiert seine Leistung weiter.

Effizienter Einsatz von Ressourcen

Die jetzt vorgestellten Roboter unterscheiden sich nicht in grundlegenden Funktionalitäten, haben aber verschiedenen Einsatzbereiche. Eine Variante kann sich beispielsweise über das Förderband ins Innere von Produktionsanlagen bewegen, um diesen Bereich zu reinigen. Das andere Modell wurde für Außenbereiche konzipiert. Es hat einen ausfahrbaren Arm mit Zielstrahlreiniger, um auch höher gelegene Regionen zu erreichen.

Sowohl im Inneren als auch im Äußeren von Anlagen schwankt der Verschmutzungsgrad stark. Sensoren scannen regelmäßig den Reinigungsfortschritt. Die Signale werden analysiert und ermöglichen es, Chemikalien gezielter zu dosieren.

„Unsere Tests haben gezeigt, dass man auf diesem Weg bis zu 50% an Reinigungsmitteln sparen kann, da nur die tatsächlich benötigte Menge an Reinigungsmittel auf die Oberflächen aufgebracht wird“, berichtet Max Hesse vom IVV. „Beispielsweise kann man das System trainieren, in einem vorgegebenen Zeitraum, zum Beispiel in einer freien Nachtschicht im Zweischichtsystem, möglichst ressourceneffizient zu reinigen.“ Als weiteren Pluspunkt sieht der Forscher, dass alle Schritte protokolliert und dokumentiert werden.

Reinigung von sensiblen Bereichen der Industrie 

Hesse und seine Kollegen sehen für die smarten Reinigungsroboter perspektivisch nicht nur Einsatzmöglichkeiten in der Lebensmittelindustrie. Auch Firmen in sensiblen Bereichen wie der Medizintechnik oder der pharmazeutischen Industrie könnten davon profitieren.

Speziell in Krisenzeiten, Stichwort Corona-Pandemie, helfen intelligente Systeme, Ressourcen einzusparen. „Gerade bei Personalknappheit kann unser automatisiertes System seine Vorteile ausspielen“, sagt Hesse. Je nach Branche seien bis zu 10% der Mitarbeiter allein für die Reinigung erforderlich. Hier entlasten automatisierte Systeme das ganze Team.

Chemikalienfreie Reinigung mit UV-Licht 

Als Einschränkung bleibt, dass sich nicht alle Bereiche feucht säubern lassen. Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology in Cambridge (MIT) haben auch für solche Szenarien eine Lösung entwickelt.

Schon lange ist bekannt, dass UV-C-Licht Viren und Bakterien auf Oberflächen wirksam abtötet. Die Strahlung kann Menschen jedoch schaden. Deshalb entwickelten sie ein autonom navigierendes Robotersystem und testeten es in einem Lebensmittellager. Die erforderliche UV-Dosis wurde erreicht, um Keime wirksam zu vernichten. Ihr System eigne sich perspektivisch auch für Kindergärten, Schulen oder Krankenhäuser, schreiben die Entwickler.

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Ein Beitrag von:

  • Michael van den Heuvel

    Michael van den Heuvel hat Chemie studiert. Unter anderem arbeitet er für Medscape, DocCheck, für die Universität München und für pharmazeutische Fachmagazine. Seit 2017 ist er selbstständiger Journalist und Gesellschafter von Content Qualitäten. Seine Themen: Chemie/physikalische Chemie, Energie, Umwelt, KI, Medizin/Medizintechnik.

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