Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
K zabránění šíření koronaviru SARS-CoV-2, ale i jiných infekcí v nemocnicích je životně důležité udržovat všechny povrchy dezinfikované. Vzhledem k vysoké nakažlivosti virů je tato práce nejen nebezpečná, ale také namáhavá a nudná. Zdá se být proto ideální úlohou pro autonomní roboty.
Úspěšných výrobců specializovaných robotů vhodných i pro boj se současnou pandemií je ve světě překvapivě málo. Příčinou jsou obrovské náklady na vývoj a nepřízeň trhu v posledních třech letech, daná malým zájmem veřejnosti o prevenci infekcí. Opakující se chřipkové epidemie veřejnost pasivně toleruje a poslední hrozba pandemie se naposledy objevila v letech 2002 až 2003, kdy SARS-CoV-1 způsobil závažné onemocnění dýchacích cest pacientů.
Jednou z vedoucích společností vyrábějících roboty, které jsou schopné dezinfikovat pacientské pokoje a operační sály v nemocnicích, je dánská firma UVD Robots, dceřiná společnost Blue Ocean Robotics. V současné době se její roboty používají ve více než čtyřiceti zemích – v Asii, Evropě a v Severní Americe. První roboty společnosti UVD Robots pracují od února 2020 také v Čínské lidové republice a ředitel firmy Per Juul Nielsen uvedl, že do Číny budou dodávat další roboty co nejrychleji. „Cílem je dodat roboty do více než 2 000 nemocnic a zdravotnických zařízení v Číně.“
„S našimi roboty pomáháme řešit jeden z největších problémů současnosti: zamezujeme šíření virů a bakterií a tím zachraňujeme životy,“ sdělil pan Claus Risager, generální ředitel společnosti Blue Ocean Robotics. „Poptávka po našich robotech od počátku pandemie covid-19 prudce stoupla. Naši stávající zákazníci nakupují výrazně více zařízení, ale také nás kontaktuje mnoho nových zákazníků a požaduje roboty UVD.“ Společnost Blue Ocean Robotics očekává roční nárůst tržeb o více než 400 %.
Dezinfekce germicidním UV zářením
Roboty UVD (obr. 1) využívají pro dezinfekci intenzivní ultrafialové světlo. Dezinfekce zářením UV-C (viz text na rastru) je známá už téměř sto let a běžně se používá k dezinfikování pitné vody. Dezinfekce nemocničních prostor, pokojů pacientů nebo hotelových pokojů je mnohem náročnější, protože potřebná intenzita UV záření vyžaduje, aby operátor byl v bezpečné vzdálenosti od jeho zdroje. Doposud se uplatňovaly v provozu dezinfekční systémy s UV lampami na vozících, které se posunovaly z místa na místo a dezinfikovaly konkrétní oblasti, např. v prostorech letadel. Pro rozsáhlá prostředí s desítkami místností, jakými jsou nemocnice, by byl manuální provoz UV systémů nákladný a přitom by výsledky byly nejisté – lidé obsluhující dezinfekční systémy mohou nechtěně určité oblasti minout nebo je nevystavovat ozáření dostatečně dlouho.
Vývoj a komerční využití robotu
V roce 2014 se společnost Blue Ocean Robotics účastnila veřejného inovačního projektu Partnerství s nemocnicí (Sygehuspartnerskabet), během kterého zahájil profesor a hlavní lékař Odense University Hospital Hans Jřrn Kolmos spolupráci na vývoji robotu s Clausem Risagerem, generálním ředitelem společnosti Blue Ocean Robotics, a jeho týmem. Později se k němu se svým týmem připojil také Per Juul Nielsen, protože spolupráce směřovala od vývoje ke komercializaci. Blue Ocean Robotics proto založila v roce 2016 v Odense v Dánsku dceřinou společnost UVD Robots ApS, přičemž cílem bylo globálně komercializovat robotická řešení UV dezinfekce pro nemocnice. (UVD Robots je zkratka pro UV dezinfekční roboty.) UVD Robots ApS během čtyř let vývoj robotického UV dezinfekčního systému úspěšně dokončila a jeho prodej mohl v roce 2018 začít.
Koncepce robotů UVD je zaměřena na integraci osvědčených průmyslových germicidních metod využívajících UV záření s novou, pokročilou robotickou technikou. Vytvořená zařízení pomáhají zdravotnickému průmyslu v boji se škodlivými patogeny, viry a bakteriemi, včetně těch, které jsou rezistentní proti antibiotikům (super-bugs). Tím zvyšují bezpečnost prostředí a zlepšují kvalitu péče v nemocnicích a zdravotnických institucích v celém světě. „Robot UVD podporuje úklidový personál v jejich práci,“ řekl Claus Risager. Roboty lze rovněž využít v kancelářích, nákupních centrech, školách, na letištích a ve výrobních halách.
Úspěšný vývoj robotů UVD je z evropského a nyní i z celosvětového hlediska natolik významný, že společnost Blue Ocean Robotics získala společně s dceřinou společností UVD Robots a nemocnicí Odense University Hospital dne 5. března 2020 prestižní evropské ocenění euRobotics Technology Transfer Award 2020 (obr. 3). Ocenění je každoročně udělováno evropskému konsorciu, které je absolutně nejlepší v přenosu výzkumu do podnikání v robotickém průmyslu. euRobotics je nezisková organizace se sídlem v Bruselu. Jejím cílem je podpořit robotizaci v zemích Evropské unie. S více než 250 členskými organizacemi je euRobotics právní subjekt, který se zapojuje do partnerství ve veřejném a soukromém sektoru ve spolupráci s Evropskou komisí v rámci programu SPARC, který od roku 2014 podporuje vývoj robotiky částkou 700 milionů eur. Dánské konsorcium získalo cenu za vývoj mobilního dezinfekčního robotu, který se zabývá závažným globálním úkolem prevence infekcí.
„Jde o robot, který řeší aktuálně velmi důležitou otázku (boje s koronavirem), a dánské konsorcium bylo zároveň velmi úspěšné v komercializaci robotu,“ zdůvodnila porota své rozhodnutí.
Technické provedení
Robot UVD se skládá z mobilní základny s koly poháněnými elektrickými motory, lithiové baterie, řídicího počítače a UV zářiče vybaveného osmi zářivkovými trubicemi ze speciálního skla, které propouští UV-C záření. Základna robotu je vybavena několika lidary (Light Detection And Ranging) pro navigaci v chodbách a místnostech. Před použitím robotu proběhne „trénování“ jeho pohybu ve všech prostorech. Robot je při něm dálkově řízen, skenuje okolí pomocí vestavěných lidarů a ukládá do paměti digitální mapu jednotlivých prostor. V mapě jsou označeny všechny místnosti a body, ve kterých se má robot zastavit, včetně doby nutné pro provádění dezinfekčních úkonů.
Během provozu se robot při navigaci spoléhá na souběžnou lokalizaci a mapování (SLAM – Simultaneous Localization and Mapping) a pracuje zcela samostatně. Pohybuje se chodbami a jednotlivými místnostmi a dezinfikuje je bez zásahu člověka, poté se vrátí ke své dobíjecí stanici. Z bezpečnostních důvodů pracuje pouze v případě, kdy v okolí nejsou přítomni lidé. Vstoupí-li do ozařované oblasti osoba, robot prostřednictvím senzorů detekuje pohyb a vypne zdroj UV záření. Před plánovanou pracovní akcí je nutná i koordinace s personálem, např. otevření dveří v chodbách a pokojích tak, aby se robot nesetkal s nepředvídanými překážkami.
Průběh dezinfekce
Dezinfikování typické místnosti trvá mezi 10 a 15 min, přičemž robot v místnosti stráví 1 až 2 min v pěti nebo šesti různých pozicích, čímž se docílí maximalizace počtu povrchů, které dezinfikuje. Pole UV záření ve vzdálenosti 1 m od robotu má při vlnové délce 254 nm intenzitu 20 J·m–2·s–1. Takové pole za 2 min zničí 99,99 % choroboplodných zárodků.
Tento proces je důslednější než manuální dezinfekce, protože robot se vždy pohybuje po stejné, předem naplánované trase. V době jeho činnosti může být úklidový personál uvolněn k jiným činnostem. Kompletní dezinfekce pokojů vyžaduje dodatečnou dezinfekci ploch, které není možné ozářit. Takové plochy je nutné identifikovat a dodatečně dezinfikovat manuálně. „Náš robot používá pokročilé algoritmy a speciální senzory k pokrytí všech povrchů správným množstvím záření. Z datového záznamu uživatelé zjistí, které místnosti byly vyčištěny,“ vysvětlil Nielsen.
Roboty zabraňují nemocničním infekcím, ale i šíření infekcí ve veřejných prostorech
Původně byly roboty UVD vyvinuty k eliminaci infekcí, které se opakovaně objevují v nemocnicích (např. Staphylococcus aureus – zlatý stafylokok a Staphylococcus epidermidis – kožní stafylokok) a které jsou celosvětovým problémem. Podle Nielsena získá 5 až 10 % nemocničních pacientů na celém světě nemocniční infekci a každoročně na tyto infekce umírají desítky tisíc lidí.
O ceně Nielsen řekl: „Publikovaná cena robotu je 60 000 eur, což vypadá draze, ale léčení osoby, která je v nemocnici infikována některou z patogenních bakterií, stojí v průměru 3 000 eur. Z toho důvodu hodnotíme návratnost investice do robotu UDV v průměrné nemocnici na čtyři a půl měsíce.“
Roboty jsou tedy pro nemocnice relativně cenově dostupné, a jak bylo možné očekávat, současný zájem o ně je značný. „Jakmile nemocnice pochopí výhody, rozhodne se bez váhání,“ konstatoval Nielsen. „Chtějí-li tento typ dezinfekce, je jeho aplikace s pomocí robotu mnohem jednodušší a nákladově efektivnější než jiná řešení, která jsou na trhu k dispozici.“ Stovky těchto robotů pracují ve více než 40 zemích. Nedávno např. dokončily nemocniční testy na Floridě v USA. Během několika příštích týdnů budou testovány v dalších zdravotnických zařízeních v USA a Nielsen zdůrazňuje, že by mohly být užitečné i ve školách, na výletních lodích nebo v jiných strukturovaných prostorech.
[Materiály firmy Blue Ocean Robotics, Foto: Blue Ocean Robotics]
Petr V. Liška
Obr. 1. Robot UVD dezinfikuje nemocniční pokoj
Obr. 2. Robot UVD se svými tvůrci z firmy UVD Robots
Obr. 3. Firma UVD Robots získala prestižní ocenění euRobotics Technology Transfer Award 2020
Obr. 4. Spektrum UV germicidního záření
Vlastnosti ultrafialového germicidního záření
Ultrafialové (UV) záření je v elektromagnetickém spektru mezi viditelným světlem a rentgenovým zářením. Spektrum UV záření se dělí na UV-A, UV-B a UV-C. Část UV-C představuje vlnové délky od 100 do 280 nm, což je vlnová délka používaná roboty UVD (obr. 3).
UV-C světlo je germicidní – tj. fotony s těmito vlnovými délkami pronikají buněčnou membránou a deaktivují DNA (RNA) bakterií, virů a dalších patogenů a tak ničí jejich schopnost množit se a způsobovat onemocnění. Konkrétně UV-C fotony způsobují poškození nukleové kyseliny mikroorganismů vytvářením kovalentních vazeb mezi určitými sousedními bázemi v DNA. Tvorba takových vazeb brání tomu, aby DNA byla replikována, a organismus tedy není schopen se rozmnožovat a při pokusu o replikování zemře. Podobně poškozuje i RNA virů, které DNA nemají (mezi RNA viry patří i koronaviry). Tento proces probíhá i v přírodě; Slunce emituje široké spektrum fotonů od infračervených přes viditelné a UV záření, které je částečně filtrované vrstvou ozonu ve vyšší atmosféře. Přesto je nutné se před ním chránit při pobytu ve volné přírodě nebo při opalování; naopak viry může sluneční záření poškozovat.