Wielozadaniowe ruchome roboty - idealne rozwiązanie dla placówek medycznych
Choć nikogo nie dziwi widok robotów pracujących w magazynach oraz przy liniach produkcyjnych w zakładach wytwórczych, ich dotychczasowa popularność w nieuporządkowanych i bardziej chaotycznych środowiskach była stosunkowo niewielka. Wkrótce ten stan rzeczy może ulec zmianie. „Roboty już wkrótce będą musiały współistnieć i współpracować z ludźmi i innymi maszynami - w tym dronami - zarówno w pomieszczeniach, jak i na zewnątrz”, wyjaśnia Nacim Ramdani, koordynator finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu ENDORSE. Koncentrując się na zastosowaniach medycznych, badacze skupieni wokół projektu ENDORSE zamierzali zapewnić bezpieczeństwo poruszania się wielozadaniowych robotów w cyberfizycznym świecie. Zespół opracował algorytmy na potrzeby autonomicznych systemów nawigacji i zarządzania flotą robotów, które pozwalają im na wykrywanie ludzi, co umożliwia współpracę w celu realizacji wspólnego celu, a także na realizację indywidualnych zadań.
Wielozadaniowe roboty mobilne bez infrastruktury
Celem badaczy skupionych wokół projektu ENDORSE był rozwój systemów nawigacji stosowanych w konstrukcji robotów, aby rozwinąć dotychczasowe koncepcje oparte na czujnikach LIDAR wyposażonych w systemy zatrzymujące ruch w przypadku wykrycia obiektów znajdujących się na ich drodze i oczekujące, aż przeszkoda zostanie usunięta. „Nasze roboty są wyposażone w algorytmy rozwiązujące ten problem. Dzięki wykorzystanym technikom obrazowania wykrywają ludzi i przewidują ich ruchy, co pozwala robotom na skuteczne manewrowanie w celu wykonywania postawionych im zadań”, wyjaśnia Ramdani. Zespół zaprojektował rozwiązanie, które można wdrożyć bez konieczności dokonywania szeroko zakrojonych inwestycji oraz rozbudowy infrastruktury, co przekłada się na krótki czas rozruchu oraz obniżenie kosztów rozwiązania do minimum. Dostęp do systemu zarządzania flotą ENDORSE FMS odbywa się dzięki oprogramowaniu działającemu w chmurze, co pozwala uniknąć konieczności instalacji rozwiązań sprzętowych na terenie zakładu. Co więcej, dzięki temu system jest dostępny w dowolnym miejscu, z którego można połączyć się z internetem. Ze względu na to, że badacze obrali za cel placówki medyczne, w pierwszej kolejności w ramach projektu powstało przyłóżkowe narzędzie diagnostyczne. Narzędzie obejmowało dostępne na rynku czujniki diagnostyczne, w tym opracowany przez badaczy elektrokardiograf. Komunikację ze światem zapewniała brama sieciowa oraz zaawansowane oprogramowanie opracowane w ramach projektu, które umożliwiało powiązanie pomiarów gromadzonych przy pomocy czujników z elektroniczną dokumentacją pacjentów. Zespół opracował również szereg różnych narzędzi, które mogą być montowane do korpusów robotów, aby umożliwić im wykonywanie różnych zadań mechanicznych, takich jak transport wózka.
Czas próby
W celu symulacji ruchu wielu robotów w pomieszczeniach badacze wykorzystali symulator robotów Gazebo pozwalający na odwzorowywanie trójwymiarowych środowisk. W ten sposób dokonali oceny zarówno efektywności systemu FMS, jak i poszczególnych modułów autonomicznej nawigacji, w tym zasad rozwiązywania impasów i sposobów lokalizacji robotów. Sam system FMS był przedmiotem wielu doświadczeń oraz symulacji opartych zarówno na strategiach metaheurystycznych, jak i na algorytmach optymalizacyjnych. Ich celem było znalezienie najlepszych konfiguracji i parametrów przydzielania zadań poszczególnym robotom. Badacze przeprowadzili również szereg symulacji dotyczących przesyłania danych symulowanych pacjentów gromadzonych przez czujniki do znajdującej się w chmurze elektronicznej dokumentacji medycznej, aby zweryfikować współdziałanie i integrację tych modułów medycznych. Zespół przetestował również prototypy robotów w rzeczywistych warunkach. „Flota złożona z dwóch robotów z powodzeniem wykonała zadania przydzielone przez system; co więcej, roboty poruszały się autonomicznie w przestrzeni biurowej dzielonej z ludźmi”, wyjaśnia Ramdani. „W ramach przeprowadzonych doświadczeń odkryliśmy szereg nowych problemów. Jednym z nich są szklane przegrody, które często występują w biurach - mogą załamywać sygnały z czujników, co utrudnia robotom prawidłową pracę”.
Szeroki zakres zastosowań
Od lat 80. XX wieku roboty pomagają chirurgom. Na sale operacyjne trafiły dzięki wyjątkowej precyzji i temu, że nie czują zmęczenia. Nowatorskie rozwiązania, takie jak algorytmy rozpoznawania obrazów, sztuczna inteligencja czy analityka dużych zbiorów danych znacznie zwiększyły ich możliwości. Rośnie zainteresowanie robotami opiekuńczymi i rehabilitacyjnymi, które mają pomagać pacjentom z chorobami, zaburzeniami poznawczymi i niepełnosprawnościami. W 2020 roku Międzynarodowa Federacja Robotyki oszacowała, że w 2022 roku wartość rynku robotów medycznych wyniesie aż 9,1 miliarda dolarów amerykańskich. „Roboty mogą zmniejszyć nakład pracy ponoszonej przez pracowników opieki zdrowotnej, co pozwoli im przeznaczać więcej czasu na specjalistyczne zadania. Takie rozwiązanie przyczyni się do poprawy ogólnej jakości opieki przy jednoczesnym obniżeniu kosztów”, zauważa Ramdani. Partnerzy skupiają się teraz na analizie możliwości wdrożenia rozwiązań projektu ENDORSE do sektora opieki zdrowotnej, a w szczególności do domów spokojnej starości, ośrodków klinicznych i szpitali. Ze względu na to, że projekt był realizowany w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”, jednym z głównych celów był transfer wiedzy dzięki interdyscyplinarnym wymianom personelu. Dzięki temu powstał siostrzany projekt RESPECT, którego zespół pracuje nad znalezieniem rozwiązań wszystkich problemów związanych z bezpieczeństwem i prywatnością odkrytych w ramach realizacji projektu ENDORSE.
Słowa kluczowe
ENDORSE, robot, zarządzanie flotą, autonomiczny, nawigacja, bezpieczny, algorytmy, sztuczna inteligencja, medyczny, szpital, zdrowie
