Se ha diseñado un nuevo robot para ayudar a desinfectar superficies que pueden estar contaminadas por COVID-19 y otros virus.
Utiliza luz UV-C, cuya eficacia para eliminar virus y bacterias en superficies y aerosoles está demostrada.
Podría cubrir un espacio de 4000 pies cuadrados en el almacén del Greater Boston Food Bank en solo media hora.
Con cada gota que no podemos ver, tocar ni sentir dispersándose en el aire, persiste la amenaza de propagación de la Covid-19. Cada vez es más importante evitar que estas gotas pesadas permanezcan en el ambiente, especialmente en las superficies, que son anfitrionas acogedoras y generosas.
Afortunadamente, nuestros productos de limpieza químicos son eficaces, pero usarlos para desinfectar espacios más grandes puede resultar caro, peligroso y lento. En todo el mundo existen miles de almacenes, supermercados, escuelas y otros espacios donde los trabajadores de limpieza corren riesgos.
Con esto en mente, un equipo del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL), en colaboración con Ava Robotics y el Greater Boston Food Bank (GBFB), ha diseñado un nuevo sistema robótico que desinfecta de forma eficaz las superficies y neutraliza las formas en aerosol del coronavirus.
El enfoque utiliza un accesorio personalizado de luz UV-C diseñado en CSAIL e integrado con la base móvil robótica de Ava Robotics. Los resultados fueron tan alentadores que los investigadores afirman que el enfoque podría ser útil para la desinfección UV autónoma en otros entornos, como fábricas, restaurantes y supermercados.
Se ha demostrado que la luz UV-C es eficaz para eliminar virus y bacterias en superficies y aerosoles, pero es insegura para la exposición humana. Afortunadamente, el robot de telepresencia de Ava no requiere ninguna supervisión humana. En lugar de la parte superior de telepresencia, el equipo instaló una matriz de UV-C para desinfectar superficies. Concretamente, la matriz utiliza luz ultravioleta de longitud de onda corta para eliminar microorganismos y alterar su ADN en un proceso denominado irradiación germicida ultravioleta.
El sistema robótico completo es capaz de cartografiar el espacio —en este caso, el almacén del GBFB— y de desplazarse entre puntos de referencia y otras zonas especificadas. Al probar el sistema, el equipo utilizó un dosímetro UV-C, que confirmó que el robot administraba la dosis prevista de luz UV-C calculada por el modelo.
“Los bancos de alimentos prestan un servicio esencial a nuestras comunidades, por lo que es fundamental ayudar a mantener estas operaciones en marcha”, afirma Alyssa Pierson, científica investigadora de CSAIL y responsable técnica del montaje de la lámpara UV-C. “Aquí se presentó una oportunidad única de aportar un poder desinfectante adicional a su flujo de trabajo actual y ayudar a reducir los riesgos de exposición a la Covid-19”.
Los bancos de alimentos también enfrentan una demanda particular debido al estrés provocado por la Covid-19. Las Naciones Unidas proyectaron que, a causa del virus, el número de personas que sufren inseguridad alimentaria grave en el mundo podría duplicarse hasta 265 millones. En Estados Unidos, solo en las cinco semanas, el total de pérdidas de empleo ha aumentado a 26 millones, lo que podría empujar a millones de personas más a la inseguridad alimentaria.
Durante las pruebas en el GBFB, el robot pudo recorrer las paletas y los pasillos de almacenamiento a una velocidad aproximada de 0,22 millas por hora. A esta velocidad, el robot podría cubrir un espacio de 4000 pies cuadrados en el almacén del GBFB en solo media hora. La dosis de UV-C administrada durante este tiempo puede neutralizar aproximadamente el 90 por ciento de los coronavirus en las superficies. En muchas superficies, esta dosis será mayor, lo que neutralizará más virus.
Normalmente, este método de irradiación germicida ultravioleta se utiliza principalmente en hospitales y entornos médicos para esterilizar las habitaciones de los pacientes y detener la propagación de microorganismos como el Staphylococcus aureus resistente a la meticilina staphylococcus aureus y Clostridium difficile, y la luz UV-C también actúa contra patógenos transmitidos por el aire. Aunque es más eficaz en la “línea de visión” directa, puede llegar a rincones y recovecos a medida que la luz rebota en las superficies y sobre otras superficies.
“Nuestro almacén, de 10 años de antigüedad, es una instalación de distribución de alimentos relativamente nueva, con estándares de limpieza y seguridad alimentaria de vanguardia certificados por AIB”, afirma Catherine D’Amato, presidenta y directora ejecutiva del Greater Boston Food Bank. “La Covid-19 es un nuevo patógeno para el que el GBFB, y el resto del mundo, no estaba preparado. Nos complace contar con esta oportunidad para trabajar con el CSAIL del MIT y Ava Robotics a fin de innovar y mejorar nuestras técnicas de saneamiento para vencer esta amenaza”.
Como primer paso, el equipo controló a distancia el robot para enseñarle el recorrido por el almacén, lo que significa que está equipado con autonomía para desplazarse sin que el equipo necesite dirigirlo a distancia.
Puede dirigirse a puntos de referencia definidos en su mapa, como la zona de carga, luego la planta de expedición del almacén y después regresar a la base. Estos puntos de referencia se definen por el usuario experto en el modo de teleoperación, y luego pueden añadirse nuevos puntos de referencia al mapa según sea necesario.
Dentro del GBFB, el equipo identificó la planta de expedición del almacén como una “zona de alta importancia” para que el robot la desinfecte. Cada día, los trabajadores preparan pasillos de productos y los organizan para hasta 50 recogidas por parte de socios y camiones de distribución al día siguiente. Al centrarse en la zona de expedición, se da prioridad a la desinfección de los artículos que salen del almacén para reducir la propagación de la Covid-19 hacia la comunidad.
Actualmente, el equipo está explorando cómo utilizar sus sensores integrados para adaptarse a los cambios en el entorno, de modo que, en un nuevo territorio, el robot ajuste su velocidad para garantizar que la dosis recomendada se aplique a nuevos objetos y superficies.
Un desafío particular es que la zona de expedición cambia constantemente, por lo que cada noche el robot se encuentra con un entorno ligeramente nuevo. Cuando el robot se despliega, no necesariamente sabe qué pasillos de preparación estarán ocupados ni cuán llenos podría estar cada uno. Por ello, el equipo señala que debe enseñar al robot a diferenciar entre los pasillos ocupados y los desocupados, para que pueda cambiar su trayectoria planificada en consecuencia.
En cuanto a la producción, la “fabricación interna” adquirió un significado completamente nuevo para este prototipo y para el equipo. Las lámparas UV-C se ensamblaron en el sótano de Pierson, y el estudiante de doctorado de CSAIL Jonathan Romanishin improvisó un taller en su apartamento para el ensamblaje de la placa electrónica.
“Mientras conducimos el robot por el banco de alimentos, también investigamos nuevas políticas de control que permitirán al robot adaptarse a los cambios en el entorno y garantizar que todas las áreas reciban la dosis estimada adecuada”, afirma Pierson. “Nos centramos en la operación remota para reducir al mínimo la supervisión humana y, por tanto, el riesgo adicional de propagación de la Covid-19, mientras ejecutamos nuestro sistema”.
Para los próximos pasos inmediatos, el equipo se centra en aumentar las capacidades del robot en el GBFB, así como en implementar, con el tiempo, mejoras de diseño. Su intención más amplia se centra en cómo hacer que estos sistemas sean más capaces de adaptarse a nuestro mundo: cómo un robot puede cambiar dinámicamente su plan con base en las dosis estimadas de UV-C, cómo puede trabajar en nuevos entornos y cómo coordinar equipos de robots UV-C para que trabajen juntos.
“Nos entusiasma ver que el robot desinfectante UV-C apoye a nuestra comunidad en este momento de necesidad”, afirma Daniela Rus, directora de CSAIL y responsable del proyecto. “Las ideas que obtuvimos del trabajo en el GBFB han puesto de relieve varios desafíos algorítmicos. Planeamos abordarlos para ampliar el alcance de la desinfección UV autónoma en espacios complejos, como residencias estudiantiles, escuelas, aviones y supermercados”.
Actualmente, el enfoque del equipo está en el GBFB, aunque los algoritmos y sistemas que están desarrollando podrían transferirse en el futuro a otros casos de uso, como almacenes, supermercados y escuelas.
“El MIT ha sido un gran socio, y cuando se acercaron a nosotros, el equipo estaba deseoso de iniciar la integración, que tardó solo cuatro semanas en ponerse en funcionamiento”, afirma Youssef Saleh, director ejecutivo de Ava Robotics. “La oportunidad de que los robots resuelvan desafíos laborales es mayor que nunca, y colaborar con el MIT para generar impacto en el banco de alimentos ha sido una gran experiencia”.
Pierson y Romanishin trabajaron junto con Hunter Hansen (capacidades de software), Bryan Teague del Laboratorio Lincoln del MIT (quien colaboró en el montaje de la lámpara UV-C), Igor Gilitschenski y Xiao Li (colaboradores en la investigación de autonomía futura), los profesores del MIT Daniela Rus y Saman Amarasinghe, y los responsables de Ava Marcio Macedo y Youssef Saleh.
