الروبوتات وكوفيد-19: تسعة مشاريع في الولايات المتحدة تؤتمت المهام في المجالات الحيوية
في صيف عام 2020 كلّفت وزارة الدفاع الأمريكية معهد ARM (Advanced Robotics for Manufacturing) بالبحث عن حلول روبوتية للتخفيف من جائحة فيروس كورونا وإرساء أساس تقني للاستجابة للأزمات المماثلة في المستقبل. وحشد المعهد أكثر من 300 شخص لجمع أفكار المشاريع.
وفي نهاية المطاف، أُطلقت تسعة مشاريع في إطار المسابقة بتمويل من مكتب وزارة الدفاع. وركزت المشاريع على عدة مجالات حيوية، منها تعقيم الأماكن والأسطح، واختبار فيروس كورونا، والتصنيع وإجراءات ضمان الجودة لإنتاج معدات الحماية الشخصية، إضافة إلى استخدام الروبوتات في بناء منشآت مؤقتة يمكن أن تدعم جهود المستشفيات.
«يشرفنا كثيراً أن تأمن لنا وزارة الدفاع خوض معركة مكافحة فيروس كورونا. إن الإنجاز السريع لهذه المشاريع والنتائج الناجحة يدلان على قدرة معهد ARM على الاستجابة بسرعة للاحتياجات الوطنية، بالاعتماد على منظومته المتنوعة من الخبراء»
وشكرت مديرة المحفظة التقنية في المعهد كارا ماتزاريني فرق المشاريع التي أدت دوراً مهماً في جهود دعم وزارة الدفاع. وستُطوَّر جميع التقنيات وتُنفَّذ بطريقة تعزز استجابة الولايات المتحدة للأزمات المقبلة.
إنتاج سريع لمعدات الحماية الشخصية
أدت نتائج هذا المشروع إلى تقليص عدد المشغلين المطلوبين ورفع الكفاءة وتقليص زمن الدورة وزيادة الطاقة الإنتاجية، وتعزيز الموثوقية عبر اكتشاف الأعطال بالاعتماد على الرؤية الحاسوبية، وتنفيذ عمليات روبوتية بمراقبة بصرية، إضافة إلى استخدام وحدة قائمة على Edge AI كخدمة، بما يقلل تكاليف المعدات الأولية.
كشفت الجائحة عن نقاط ضعف حرجة في سلسلة الإمداد العالمية للخدمات الطبية. ففي بداية الجائحة، لم يتمكن المصنعون في الولايات المتحدة من تلبية الطلب الكبير على معدات الحماية الشخصية، ما أدى إلى نقص فيها وإطالة مدد التسليم. ويطوّر المشروع خط إنتاج الكمامات الآلي القائم في الولايات المتحدة، بما يشمل الفحص البصري الآلي بالروبوتات، والتجميع والفرز، إضافة إلى التغليف والتوضيب على منصات في نهاية خط الإنتاج.
فريق المشروع: Siemens Corporate Technologies (الباحث الرئيسي)، Henderson Sewing Machine Company، Yaskawa Motoman، HomTex.
تصنيع الكمامات حسب الطلب
يتيح المشروع إنتاج كمامات مخصصة بواسطة الروبوتات في أي وقت ومن أي مكان. وقد زاد ذلك من استخدام الأتمتة في صناعة ما زالت تعتمد على العمل اليدوي.
حدد مركز مكافحة الأمراض أن الكمامات القماشية تؤدي دوراً حيوياً في إبطاء انتشار فيروس كورونا، لكن المعروض لا يلبي الطلب. ويمثل الخياطة الروبوتية تحدياً تقنياً، إذ تتطلب معالجة مواد مرنة، ومهارة دقيقة في الحركة، وتمييزاً دقيقاً للتفاصيل.
فريق المشروع: Siemens Corporate Technologies (الباحث الرئيسي)، Henderson Sewing Machine Corporation، Sewbo Inc، Bluewater Defense، مركز الخياطة الصناعية والابتكار (ISAIC).
الروبوتات لتصنيع الهياكل كبيرة الحجم
ترى Pvilion أن هذه التقنية ستساعد على الاستجابة بشكل أفضل لاحتياجات وزارة الدفاع وإنتاج الخيام. كما أن الروبوتات تخفف العبء عن العمال. وقد أبرز فيروس كورونا الحاجة إلى نشر مساحات الضغط السلبي بسرعة. وتُنشر هذه الهياكل المدعومة بالهواء بسرعة مقارنةً بالخيام التقليدية، وهي مناسبة تماماً للاستخدام كمستشفيات ميدانية ومرافق للحجر الصحي وتطبيقات أخرى للإغاثة في الكوارث أو للأغراض العسكرية.
لكن تصنيع هذه الهياكل يتطلب جهداً كبيراً. ويمكن تسريعه مع تطور الروبوتات التي تساعد عمال الإنتاج على نقل المواد الثقيلة والمرنة ومناولتها. ويهدف المشروع إلى تطوير أسطول من المنصات الروبوتية ذاتية الإدراك والخاضعة لتحكم الإنسان. وستمكّن التقنية Pvilion من إنشاء «مستشفى في حاوية نقل» يمكن تركيبه خلال 72 ساعة بفريق من 8 إلى 10 أشخاص.
فريق المشروع: معهد رينسيلار البوليتقني (الباحث الرئيسي) وPvilion.
أتمتة تقييم الجودة في تصنيع معدات الحماية الشخصية
أنتج المشروع تقنية تتيح التوسع السريع في القاعدة الصناعية الأمريكية لفئة المعدات الطبية للوقاية. ويمكن استخدامها في اختبارات نفاذ السوائل، والقابلية للاشتعال، وعدم النفاذية. كما تُستخدم في أتمتة المختبرات، وتصنيع الأجهزة الطبية والمستحضرات الصيدلانية الحيوية، وحتى الأثاث والملابس.
إجراءات ضمان جودة معدات الحماية مرهقة وتستغرق وقتاً. وأصبح فحص العينات أولوية ليس فقط في المصانع، بل أيضاً في المراكز الطبية. وهدف المشروع إلى تطوير نظام روبوتي لأتمتة اختبارات ضمان الجودة للتحقق من معدات الحماية، ما أتاح رفع الإنتاجية والكفاءة في الولايات المتحدة.
فريق المشروع: جامعة نورث إيسترن (الباحث الرئيسي)، Merrow Manufacturing وBoston Engineering.
الطلاء الروبوتي بالنحاس المضاد للميكروبات
أدى المشروع إلى تطوير روبوت شبه آلي جاهز للتصنيع للرش البارد، يتيح التعقيم الذاتي للأشياء كثيرة الملامسة. والمنظومة جاهزة للاستخدام وسهلة الضبط.
الأسطح المغطاة بالنحاس تقتل الفيروسات بسرعة، بما فيها فيروس كورونا، لكنها لم تنتشر على نطاق واسع بسبب انخفاض الطلب. وكشفت الجائحة الحاجة إلى أسطح ذاتية التعقيم. وسيؤدي ذلك إلى الحد من انتشار فيروس كورونا دون الحاجة إلى التنظيف المتكرر. ويجمع نظام طلاء النحاس المضاد للميكروبات (الرش البارد) بين ماسح وأدوات لإنشاء مسار الطلاء ومراقبة الجودة، لتغطية أشياء مثل مقبض الباب ومقعد المستشفى والعربة والدرابزين وغيرها بطبقة من النحاس.
فريق المشروع: Siemens Corporate Technologies (الباحث الرئيسي)، VRC Metals System.
تشخيص سريع
يسرّع النظام تطوير شرائط الاختبار بمقدار 2 إلى 3 مرات، ويحسّن جودة العملية وموثوقيتها، ويقلل عدد الفنيين المطلوبين. ويمكن تعميم التقنية على أي عملية لتطوير مجموعات الاختبار، وهي قابلة للتوسع بسهولة، وتساعد على الاستجابة السريعة لتفشي الأمراض مثل فيروس كورونا.
سيساهم تطوير اختبارات سريعة لتحليل الفيروسات بشكل كبير في جهود الولايات المتحدة للفحص الواسع النطاق خلال الجائحة الحالية والجوائح المقبلة. ويتطلب تقييم شرائط الاختبار هذه اختصاصيين اثنين على الأقل: أحدهما يجري التحليل، والآخر يفسر النتائج باستخدام أجهزة التحليل. وفي إطار المشروع، طُوِّر حل يستخدم أنظمة رؤية حاسوبية متقدمة وروبوتات مرنة لتسريع تطوير الاختبارات عبر الأتمتة.
فريق المشروع: Siemens Corporate Technologies (الباحث الرئيسي)، Maxim BioMedical Inc وSiemens Healthineers.
الرش الروبوتي المستقل والتعقيم في المستودعات
يقلل النظام الوقت والجهد المطلوبين للإعداد من خلال الرسم الذاتي لخريطة المكان، وواجهة مستخدم بديهية، وملف تشغيل محمول يمكن الوصول إليه من أي متصفح. وتوفر التقنية بيئة عمل آمنة وصحية مع حد أدنى من التأثير على العمليات، عبر إجراءات تعقيم آلية باستخدام الملاحة الذاتية والإدراك البصري الموثوق.
لعبت عمليات الخدمات اللوجستية والدعم دوراً حيوياً في دعم البلاد عبر توريد المستلزمات الطبية والسلع الأساسية لملايين الأمريكيين. ولاحتواء انتشار فيروس كورونا، يلزم تعقيم أكثر تكراراً وموثوقية. وفي إطار المشروع، طُوِّر نظام ذاتي لتعقيم المستودعات قادر على التحرك تلقائياً، وتحديد موقعه، وتعقيم الأسطح الأكثر تأثراً والمناطق الملوثة محتملاً.
فريق المشروع: Siemens Corporate Technologies (الباحث الرئيسي)، FedEx Corporation، Yaskawa Motoman.
جهاز تعقيم صناعي متنقل ذاتي التشغيل
يُتوقع أن تكلّف المنظومة المنشورة تجارياً أقل من 100 000 دولار. ويستغرق تعقيم 929 متراً مربعاً ثماني ساعات، بسرعة عمل تبلغ 0.2 متر مربع في الثانية. ونظراً للتحول السريع لفيروس كورونا، يلزم تعقيم الأسطح بشكل متكرر لضمان سلامة عمل المنشآت وأماكن العمل. ولا يُعد التنظيف اليدوي مثالياً، لأن الإنسان قد يصاب بالمرض أو ينقل الفيروس.
في إطار المشروع، طُوِّر روبوت متنقل ذاتي التشغيل مزود بذراع روبوتية متعددة المحاور، قادرة على تشغيل نظام التعقيم ومجموعة من أجهزة الاستشعار معاً. وتحدد التقنية المناطق التي تحتاج إلى التعقيم، وتنفذ العملية، وتسجل المهام التي أُنجزت من التنظيف.
فريق المشروع: Lockheed Martin Advanced Technology Laboratories، GrayMatter Robotics، Southwest Research Institute (SwRI)، Lockheed Martin Rotary Mission Systems.
روبوت تعقيم متنقل متعدد الغرف
تحتاج المدارس والمكاتب والقواعد العسكرية وأماكن الإنتاج إلى التعقيم بين الورديات للحد من انتشار الفيروس. ولا يتمتع نظام التعقيم Decon–X (DX1) بالقدر الكافي من التنقل والاستقلالية لتعقيم الغرف دون مشغّل.
أضاف المشروع إمكانات التنقل الذاتي إلى النظام DX1 لأتمتة المعالجة المتتالية لعدة غرف ومساحات في أماكن العمل. ويتيح إضافة التنقل والملاحة الذاتية للروبوت الانتقال من غرفة إلى أخرى وتنفيذ سلسلة من الإجراءات دون تدخل بشري تقريباً.
فريق المشروع: QinetiQ North America (الباحث الرئيسي)، MassRobotics.
