BG113228A - Робот за uv-дезинфекция - Google Patents

Abstract

Роботът за UV-дезинфекция съдържа мобилна и автономна кръгла платформа (1), която се придвижва с колела (2), всяко от което е със самостоятелно управление. В платформата (1) има акумулаторна батерия; многофункционална сензорна система, включително мултисензори за ориентация в пространството и за движение на хора; програмируеми процесорни модули, снабдени при необходимост със самообучаващи се алгоритми, изграждащи елементи на изкуствен интелект; блок за безжична комуникация чрез облачна технология за отчет на извършената дезинфекция и възможност за дистанционно управление. Платформата (1) съдържа още панелен ултравиолетов UV-С излъчвател (3), разположен върху долната й страна. Този панел (3) е с форма на квадрат, максимално обхващащ площта на дъното на платформата (1). Линейната скорост на робота (1) е оразмерена така, че времето за придвижване на разстояние колкото дължината на панела (3) да е достатъчно за дезинфекция на площ от пода, колкото тази на UV-С излъчвателя (3). На платформата (1) е разположен и модул (4) за предоставяне на звукова информация.

Description

Сия Вълчева Лозанова Мартин Лъчезаров Ралчев Август Йорданов Иванов Чавдар Станоев Руменин

София

РОБОТ ЗА UV-ДЕЗИНФЕКЦИЯ

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА

Изобретението се отнася до робот за UV-дезинфекция, приложимо за автоматизирано биологично обеззаразяване на инфекциозни болници, включително онкологични клиники и многопрофилни лечебни заведения; приемни за пациенти; изолатори, специализирани за лечението на заразени с многорезистентни бактерии и супербактерии, гъбички, спори и вируси, в това число с Ебола и Covid-19 инфекции; хирургични зали; детски градини, училища, университети, изследователски центрове и научни лаборатории; казарми; хотелски стаи и комплекси; обществени и производствени сгради; летища; салоните на пътнически самолети; офиси; молове; домове за възрастни хора; социални служби и всички други помещения и зони, изискващи високоефективни дезинфекционни процедури в съчетание с екологичен ефект.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА

Известен е робот за UV-дезинфекция, съдържащ самостоятелна мобилна и автономна платформа с цилиндрична форма, която се предвижва с колела, всяко от което е със самостоятелно управление. В платформата има акумулаторна батерия; многофункционална сензорна система, включително мултисензори за ориентация в пространството и за движение на хора; програмируеми процесорни модули, снабдени при необходимост със самообучаващи се алгоритми, изграждащи елементи на изкуствен интелект; блок за безжична комуникация чрез облачна технология за отчет на извършената дезинфекция както и възможност за дистанционно управление на робота. Платформата съдържа още излъчвател на твърда ултравиолетова UV-С радиация, разположен на стойка на определена височина върху горната част на цилиндричната платформа. UV-С излъчвателят включва набор от продълговати лампи в съответния UV спектрален диапазон, които са разположени вертикално и в кръг върху платформата, [1 - 6].

Недостатък на този робот за UV-дезинфекция е необходимостта по време на биологичното обеззаразяване пациентите и медицинският персонал или да напуснат помещението, за да не пострада сериозно очната им ретина от опасното ултравиолетово излъчване, или предварително да се поставят специализирани предпазни маски за плътно закриване на очите и лицето.

Недостатък е също незадоволителната дезинфекция на подовата част на помещенията, където концентрацията на патогените и особено вирусите на Ебола и Covid-19 е най-висока, тъй като UV излъчвателят действа от значително разстояние (около 60 cm и повече) върху пода.

Недостатък е още многократното повтаряне на експозицията с UV лъчи на една и съща част от повърхността на помещенията от робота, поради редуцираната ефективност на облъчване от голямото разстояние между пода и излъчвателя.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ

Задача на изобретението е да се създаде робот за UV-дезинфекция, който да е с повишена ефективност на обеззаразяване на подовите части на помещенията с минимален брой експозиции на облъчване и да се отстрани необходимостта пациентите и медицинският персонал да напускат помещенията или залите по време на UV-дезинфекцията без дискомфорт от предпазни маски на лицата.

Тази задача се решава с робот за UV-дезинфекция, съдържащ самостоятелна мобилна и автономна кръгла платформа, която се предвижва с колела, всяко от което е със самостоятелно управление. В платформата има акумулаторна батерия; многофункционална сензорна система, включително мултисензори за ориентация в пространството и за движение на хора; програмируеми процесорни модули, снабдени при необходимост със самообучаващи се алгоритми, изграждащи елементи на изкуствен интелект; блок за безжична комуникация чрез облачна технология за отчет на извършената дезинфекция както и възможност за дистанционно управление на робота. Платформата съдържа още панелен ултравиолетов UV-С излъчвател, разположен върху долната й страна. Този панел е квадратен и максимално обхваща площта на дъното на платформата. Линейната скорост на преместване на платформата е оразмерена така, че времето за предвижване на робота на разстояние колкото дължината на панела да е достатъчно за ефективна дезинфекция на площ от пода колкото тази на квадратния UV-С излъчвател. На платформата е разположен и модул за предоставяне на звукова информация.

Предимство на изобретението е високоефективното обеззаразяване на подовите части на помещенията, тъй като конструкцията на робота с излъчвателя обезпечават максимална интензивност на твърдото UV-C лъчение директно върху подовата повърхност от достатъчно близко разстояние.

Предимство е също отпадането на необходимостта пациентите и медицинският персонал да напускат помещенията по време на дезинфекция или да използват предизвикващи дискомфорт предпазни маски, тъй като хората не са в обхвата на опасната UV радиация.

Предимство е още минималният брой експозиции, практически сведена до една на съответна част от повърхността на помещенията, поради високата ефективност на облъчване на пода от минимално разстояние.

Предимство е и своевременното предупреждение със звуков сигнал за приближаващия се робот при автономното му маневриране между пациенти и персонал, особено за хора със специфични потребности (незрящи или трудноподвижни).

Предимство е така и намаленият размер на робота за дезинфекция поради отпадане на необходимостта от стойка с продълговати UV-C лампи.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИ

По-подробно изобретението се пояснява с едно негово примерно изпълнение, дадено схематично на Фигура 1, представляваща долната страна на платформата заедно с панелния излъчвател, а на Фигура 2 е показана експерименталната зависимост на въздействието на твърдо UV-C лъчение от панела на робота върху под с висока концентрация на бактерии и патогени.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ

Роботът за UV-дезинфекция съдържа самостоятелна мобилна и автономна кръгла платформа 1, която се предвижва с колела 2, всяко от което е със самостоятелно управление. В платформата има акумулаторна батерия; многофункционална сензорна система, включително мултисензори за ориентация в пространството и за движение на хора; програмируеми процесорни модули, снабдени при необходимост със самообучаващи се алгоритми, изграждащи елементи на изкуствен интелект; блок за безжична комуникация чрез облачна технология за отчет на извършената дезинфекция както и възможност за дистанционно управление на робота. Платформата 1 съдържа още панелен ултравиолетов UV-С излъчвател 3, разположен върху долната страна на платформата 1. Този панел 3 е квадратен и максимално обхваща площта на дъното на платформата 1. Линейната скорост на преместване на платформата 1 е оразмерена така, че времето за предвижване на робота 1 на разстояние колкото дължината на панела 3 да е достатъчно за дезинфекция на площ от пода колкото тази на UV-С излъчвателя 3. На платформата 1 е разположен и модул 4 за предоставяне на звукова информация.

Действието на робота за UV-дезинфекция, съгласно изобретението, е следното. Десетилетия в медицинската практика се използват ултравиолетовите лъчи за дезинфекция на различни замърсявания с биологичен произход - бацили, патогени, вируси и др. Независимо, че вече са налични надеждни гелове и течни дезинфектанти, UV-технологията е най-високоефективното средство за обеззаразяване. Тя функционира без течни химикали, притежавайки съществен екологичен ефект. Най-общо UV лъчите унищожават вирусите и патогените чрез високо енергийни електрони, преминаващи или дифундиращи през протеиновата обвивка в ядрото на рибонуклеиновата им киселина (РНК). Това води до генетично увреждане на вирусната зараза, особено Ебола и Covid-19, [3,7]. Практиката показва, че особено успешна експозиция (облъчване) се осъществява когато UV радиацията е „твърда”, т.е. да е в късовълновия диапазон на спектъра. По тази причина за предпочитане е използването на обхвата UV-С. Неутрализирането на микроорганизмите зависи от времето на облъчване. UV-С лъчите са част от UV-спектъра, заедно с UV-А и UV-B компонентите му. Понеже UV-С лъчението се абсорбира напълно от атмосферата на Земята, микроорганизмите, включително вирусите нямат изградена естествена устойчивост¹ (резистентност) в този късовълнов спектрален диапазон. Другите UV-А и UV-В лъчи проникват на земната повърхност като бактериите са развили определена резистентност към тях.

Това е основната причина за ефекта на ултравиолетовото UV-С лъчение като дезинфектант. Например, при дължина на вълната 254 nm и четири включени UV-С лампи, всяка генерираща по 5 джаула енергия за секунда за биологичното почистване на една стандартна стая са необходими около 10-15 min, [7].

Описаният принцип на въздействие на ултравиолетовите UV-С лъчи върху вирусите се използва и в новото решение. За високоефективно биологично дезинфектиране на подови повърхности, където концентрацията на бацили е максимална, е използван излъчвател 3 с иновативна форма. Той е изграден от диодни UV-С мини-излъчватели, обединени в панелен блок 3. В нашия случай панелът 3 е разположен на долната страна на кръглата платформа 1, Фигура 1. Така панелът 3 е ориентиран да облъчва директно пода от максимално близко разстояние. Това гарантира високата ефективност на UV-С дезинфекцията на пода. Друг нестандартен компонент на решението, използвано в новия робот за UV-С дезинфекция е квадратната форма на излъчвателя 3. Размерът (страната L) на квадрата така е подбран, че да обхваща максимално площта на дъното на платформата 1, Фигура 1. Квадратната форма създава равнопоставеност в предвижването наляво или надясто на робота 1. Освен това се осигурява и висока проходимост на робота между евентуални препятствия в помещението без преустановяване процеса на дезинфекция.

Съществена част в новото решение е линейната скорост v на преместване на платформата 1. Ако предвижването е с относително висока скорост г, UV-С въздействието е неефективно и се налага многократна експозиция на една и съща част на подовата повърхност. Обратно, ако преместването на платформата 1 е твърде бавно, обеззаразяването са проточва във времето г прекалено дълго. Следователно линейната скорост у на преместване следва да е оразмерена така, че времето t за предвижване на робота 1 на разстояние колкото дължината L на панела 3 да е достатъчно за дезинфекция на площ S от пода колкото тази на излъчвателя 3. Очевидно в сила е изразът за равномерно и праволинейно движение L = v . t. Фактически времето t следва да е напълно достатъчно, за да се премести квадратният панел 3 от единия до другия си край със скорост v за пълно ликвидиране на патогените на площ S = L . L = L . Понеже излъчвателят 3 е квадратен е без значение посоката на предвижване на платформата 1 - наляво или надясно. На Фигура 2 е показана експериментално получената зависимост на действието на UV-С панела 3 върху естествено заразена с бацили подова повърхност като е използван общоприет за целта биологичен метод. Графиката на Фигура 2 съдържа резултатите на колония бацили, измервана чрез формиращи единици (Colony Forming Units, CFU) във функция от времето t на облъчване, CFU(i). Използваният в прототипа на UV-робота панел Зее размер L ~ 10 cm и площ S ~ 100 cm². При фиксираната скорост v = const на предвижване на платформата 1, пълното унищожаване на патогените с UV-С лъчи се осъществява за време t ~ 3 s. Времето t и скоростта v се определят и от интензитета на панелния излъчвател 3. С увеличаване на интензитета на UV-С радиацията времето t на експозиция на квадратния панел 3 намалява, и обратно.

Модулът 4, разположен подходящо на робота 1, предоставя звукова информация от приближаването на системата 1 до хора, например със специфични потребности, по време на дезинфектирането. Също така чрез модула 4 може да се дава разнообразна информация на пациентите или да служи за развлечение на деца. Също отпада необходимостта да се напуска дезинфектиращото се помещение или да се използват предпазни средства, тъй като конструкцията на робота 1 е такава, че отсъства опасно UV-C лъчение в зоната на присъствие на хора. Отпадането на Стойката, на която се разполагат UV лампите в известното решение води до редуциране на размерите на новия робот. При необходимост от продължителна дезинфекция на зали, роботизираната система 1 може да се захранва и от електрическата мрежа.

Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение е в оригиналната конструкция на излъчвателя 3 и нестандартното му разполагането върху долната страна на платформата 1, което гарантира въздействие на UV-С лъчите директно от малко разстояние върху биологично замърсените подови повърхности. Оптималната скорост v на предвижване на робота гарантира унищожаването на бактериите практически само с една експозиция без повторение на процедурата. Решението обезпечава пациенти и медици да не се подлагат на опасното ултравиолетово лъчение.

Квадратната форма на UV-С панела 3 при необходимост може да се замени и с кръгла. При всички случаи обаче изискването е площта на долната страна на платформата 1 максимално да е покрита с излъчващия панел 3, което повишава ефективността на системата.

Процесът за дезинфекция на болнична среда с помощта на новия робот минимизира риска от заразяване на медицинския персонал от първа линия с двата понастоящем най-опасни вирусоносители с пандемичен характер Covid-19 и Ебола. С новия робот също се постига силно ограничаване на хирургичните и вътреболничните инфекции. До известна степен чрез действието на излъчвателя 3 може да се обеззаразява и въздухът в кабинетите. Системата от Фигура 1 е с универсална приложимост за всички видове помещения и сгради, особено салоните на пътническите самолети поради малките си размери, който транспорт в условията на Covid-19 е сериозно предизвикателство в туризма. Действието на новия робот гарантира екологичен ефект в сравнение с използване на гелове или спрейове. Те са крайно неблагоприятни за хора с белодробни проблеми - например астма, и не на последно място домашните любимци. Новото решение е напълно безопасно за експлоатация в детски градини и училища.

ПРИЛОЖЕНИЕ: две фигури

ЛИТЕРАТУРА

[1] Р. Todd, Ultraviolet disinfection device and method, World Patent, WO2015116876/06.08.2015.

[2] N. Harmon, R. Douglas, Mobile disinfectant device and method, US Patent, US822688B2/24.07.2012.

[3] Z. Liang, Z. Jiaxin, Disinfection robot, China Patent Appl., CN110089980A/06.08.2019.

[4] B. Hoaqiang, C. Qike, Z. Pengbo, Intelligent comprehensive sterilization robot, China Patent Appl., CN106362173A/28.09.2006.

[5] B.H. Moore, M.J. Botos, Self-propelled sterilization robot and method, US Patent Appl., US20080056933A1/29.08.2006.

[6] Z. Heshend, Robot for ultraviolet sterilization, China Patent Appl., CN105963730A/09.05.2006.

[7] F. Vatansever, W. Melo, A. Veccio, D. Sadasivam, M. Gupta et al., Antimicrobial strategies centered around reactive oxygen-species-bactericidal antibiotics, photodynamic therapy, and beyond, FEMS Microbiol. Rev., 37(6) (2013) pp. 955-989.

Claims (1)

1. Робот за UV-дезинфекция, съдържащ самостоятелна мобилна и автономна кръгла платформа, която се предвижва с колела, всяко от което е със самостоятелно управление, в платформата има акумулаторна батерия; многофункционална сензорна система, включително мултисензори за ориентация в пространството и за движение на хора; програмируеми процесорни модули, снабдени при необходимост със самообучаващи се алгоритми, изграждащи елементи на изкуствен интелект; блок за безжична комуникация чрез облачна технология за отчет на извършената дезинфекция както и възможност за дистанционно управление на робота, платформата съдържа още и ултравиолетов UV-C излъчвател, ХАРАКТЕРИЗИРАЩ СЕ с това, че излъчвателят (3) е панелен, разположен е върху долната страна на платформата (1) и е квадратен, максимално обхващащ площта на дъното на платформата (1), линейната скорост на робота (1) е оразмерена така, че времето за предвижването му на разстояние колкото дължината на панела (3) да е достатъчно за дезинфекция на площ от пода колкото тази на UV-С излъчвателя (3), на конфигурацията (1) е разположен и модул (4) за предоставяне на звукова информация.