新型コロナウイルスやその他のウイルスに汚染されている可能性のある表面の消毒を支援するため、新しいロボットが開発されました。
このロボットはUV-C光を使用します。UV-C光は、表面やエアロゾル上のウイルスや細菌を死滅させる効果があることが実証されています。
このロボットは、グレーター・ボストン・フードバンクの倉庫内にある4,000平方フィートの空間を、わずか30分で消毒できる可能性があります。
目に見えず、触れることも感じることもできない飛沫が空気中に拡散するたびに、新型コロナウイルス感染症の拡大の脅威は続きます。重い飛沫が漂い続けることを防ぐことが、特に、人や物が接触しやすい表面において、ますます重要になっています。
幸いなことに、当社の化学洗浄製品は効果的ですが、より広い空間の消毒にこれらを使用するには、費用がかかり、危険で、時間もかかる場合があります。世界中には、清掃作業員がリスクにさらされている倉庫、食料品店、学校、その他の施設が何千も存在します。
こうした状況を踏まえ、MITのコンピュータ科学・人工知能研究所（CSAIL）は、Ava Roboticsおよびグレーター・ボストン・フードバンク（GBFB）と共同で、表面を効果的に消毒し、エアロゾル化したコロナウイルスを無害化する新しいロボットシステムを開発しました。
このアプローチでは、CSAILで設計されたカスタムUV-C光源器具を使用し、これをAva Roboticsの移動式ロボットベースに統合しています。研究者らは、このアプローチが工場、レストラン、スーパーマーケットなど、他の環境における自律的なUV消毒にも有用である可能性があると述べるほど、結果は有望なものでした。
UV-C光は、表面やエアロゾル上のウイルスや細菌を死滅させる効果があることが実証されていますが、人がさらされることは安全ではありません。幸いにも、Avaのテレプレゼンスロボットは、人による監視を一切必要としません。チームは、テレプレゼンス用の上部ユニットの代わりに、表面消毒用のUV-Cアレイを取り付けました。具体的には、このアレイは短波長の紫外線を使用して微生物を死滅させ、そのDNAを破壊します。この工程は紫外線殺菌照射と呼ばれています。
このロボットシステム全体は、本件ではGBFBの倉庫である空間をマッピングし、経由地点やその他の指定エリア間を移動することができます。システムの試験では、チームはUV-C線量計を使用しました。これにより、ロボットがモデルで予測されたとおりのUV-C光量を照射していることが確認されました。
「フードバンクは地域社会に不可欠なサービスを提供しているため、これらの事業の継続を支援することが極めて重要です」と、CSAILの研究科学者でUV-Cランプ組立の技術責任者であるアリッサ・ピアソン氏は述べています。「今回、既存の作業工程により強力な消毒機能を提供し、新型コロナウイルスへの曝露リスクの低減に貢献できる、まとない機会でした。」
フードバンクは、新型コロナウイルス感染症によるストレスのため、特に高い需要にも直面しています。国際連合は、このウイルスの影響により、世界で深刻な食料不安に直面する人々の数が2億6,500万人に倍増する可能性があると予測しました。米国だけでも、5週間の失業者の累計は2,600万人に増加しており、さらに数百万人が食料不安に陥る可能性があります。
GBFBでの試験では、ロボットは時速約0.22マイルの速度で、パレットや保管通路の横を走行することができました。この速度で、ロボットはGBFBの倉庫内にある4,000平方フィートの空間を、わずか30分でカバーできます。この間に照射されるUV-C線量は、表面上のコロナウイルスの約90パーセントを無害化できます。多くの表面では、この線量はさらに高くなり、より多くのウイルスを無害化できます。
通常、この紫外線殺菌法は主に病院や医療施設で使用され、病室を殺菌し、微生物の拡散を止めるために、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌やクロストリジウム・ディフィシルなどの微生物の拡散を防ぎます。さらに、UV-C光は空気中の病原体にも有効です。直接的な「見通し線」上で最も効果を発揮しますが、光が表面から別の表面へと反射することで、隅々にまで届くことがあります。
「当社の築10年の倉庫は、AIB認証を取得し、最先端の清潔さと食品安全基準を備えた、比較的新しい食品流通施設です」と、グレーター・ボストン・フードバンクの社長兼CEOであるキャサリン・ダマト氏は述べています。「新型コロナウイルスは、GBFBや世界の他の地域が対応することを想定していなかった新しい病原体です。MIT CSAILおよびAva Roboticsと協力し、この脅威に打ち勝つために衛生管理手法を革新し、高度化する機会を得られたことを嬉しく思います。」
第一段階として、チームはロボットを遠隔操作し、倉庫内の経路を学習させました。これは、チームが遠隔から操作する必要なく、ロボットが自律的に移動できる機能を備えていることを意味します。
ロボットは、マップ上で定義された経由地点に移動できます。例えば、積み込みドック、次に倉庫の出荷フロア、そして拠点への帰還といった経路です。これらの経由地点は、遠隔操作モードで熟練したユーザーが定義し、必要に応じてマップに新しい経由地点を追加できます。
GBFB内で、チームは倉庫の出荷フロアを、ロボットが消毒すべき「重要度の高いエリア」として特定しました。毎日、作業員は製品の通路を準備し、翌日にパートナーや配送トラックによる最大50件の集荷に備えて配置します。出荷エリアに焦点を当てることで、新型コロナウイルスが地域社会に拡散することを抑えるため、倉庫から出荷される商品の消毒を優先します。
現在、チームは搭載センサーを活用して環境の変化に適応する方法を検討しています。これにより、新しい領域においてロボットは速度を調整し、新しい物体や表面に対して推奨線量が確実に適用されるようにすることが可能になります。
特有の課題は、出荷エリアが常に変化しているため、毎晩ロボットが僅かに新しい環境に直面することです。ロボットが稼働する際、どの準備通路が使用中であるか、また各通路がどの程度混雑しているかは必ずしも把握できません。そのため、チームは占有されている通路と空いている通路を区別するようロボットに学習させる必要があり、それによって経路を適宜変更できるようにする必要があると述べています。
製造に関しては、今回のプロトタイプとチームにとって、「社内製造」は全く新しい意味を持つものとなりました。UV-Cランプはピアソン氏の自宅の地下室で組み立てられ、CSAILの博士課程学生であるジョナサン・ロマニシン氏は、電子基板の組み立てのために自身のアパートに簡易的な作業場を設けました。
「ロボットをフードバンク内で動かしながら、環境の変化に適応し、すべての区域が適切な推定線量を確実に受けられるようにする新しい制御方式の研究も進めています」と、ピアソン氏は述べています。「当システムの運用中は、人による監視を最小限に抑え、それによって新型コロナウイルス拡散の追加リスクを減らすため、遠隔操作に重点を置いています。」
直近の次のステップとして、チームはGBFBにおけるロボットの機能向上と、将来的な設計のアップグレードの実装に注力しています。さらに広い目標として、これらのシステムが私たちの世界により適応できるようにすることに重点を置いています。すなわち、推定UV-C線量に基づいてロボットが動的に計画を変更する方法、新しい環境で作業できる方法、そして複数のUV-Cロボットチームが協調する方法です。
「この困難な時期において、UV-C消毒ロボットが地域社会を支援する姿を見られることを嬉しく思います」と、CSAILのディレクターでプロジェクトリーダーのダニエラ・ラス氏は述べています。「GBFBでの取り組みを通じて得られた知見は、いくつかのアルゴリズム上の課題を浮き彫りにしました。寮、学校、航空機、食料品店など、複雑な空間における自律的なUV消毒の適用範囲を拡大するため、これらの課題に取り組む予定です。」
現在、チームの焦点はGBFBにありますが、開発中のアルゴリズムとシステムは、将来的には倉庫、食料品店、学校など、他の用途にも転用できる可能性があります。
「MITは素晴らしいパートナーであり、彼らが当社に来られた際、チームは統合作業を開始することに意欲的でした。統合作業は、稼働させるまでわずか4週間しかかかりませんでした」と、Ava RoboticsのCEOであるユーセフ・サレh氏は述べています。「職場の課題を解決するロボットの可能性はかつてないほど大きくなっており、フードバンクで影響力を生み出すためにMITと協業できたことは素晴らしい経験でした。」
ピアソン氏とロマニシン氏は、ハンター・ハンセン氏（ソフトウェア機能担当）、MITリンカーン研究所のブライアン・ティーグ氏（UV-Cランプ組立を支援）、イゴール・ギリチェンスキー氏とシャオ・リー氏（将来の自律性研究を支援）、MITの教授であるダニエラ・ラス氏とサマン・アマラシンゲ氏、そしてAvaのリーダーであるマルシオ・マセド氏とユーセフ・サレh氏と共に取り組みました。
