コロナ禍のロボット：重要分野で作業を自動化する米国の9つのプロジェクト

2021年9月30日, 10:00

2020年夏、米国防総省はARMインスティテュート（Advanced Robotics for Manufacturing）に、新型コロナウイルスのパンデミックを緩和するためのロボットによる解決策を見つけ、将来の同様の危機に対応するための技術基盤を構築するよう依頼した。同研究所は、プロジェクトのアイデアを集めるために300名以上を動員した。

最終的にコンテストの枠組みで、国防総省の事務局が提供する資金により9つのプロジェクトが始動した。プロジェクトは、室内および表面の消毒、コロナウイルス検査、個人防護具（PPE）の製造と品質保証手順、そして病院の取り組みを支援できる仮設施設の建設におけるロボットの活用など、いくつかの重要分野に焦点を当てた。

「国防総省が私たちに新型コロナウイルスとの闘いを任せてくださったことは、大変光栄なことです。これらのプロジェクトの迅速な遂行と成功した成果は、当研究所の多様な専門家のエコシステムを活用し、国家的なニーズに迅速に対応する能力を示しています」
アイラ・モスコウィッツARMインスティテュート CEO

研究所の技術ポートフォリオマネージャーであるカラ・マッツァリーニは、国防総省の支援取り組みで重要な役割を果たした各プロジェクトチームに感謝を述べた。すべての技術は、米国の将来の危機への対応を強化するように改良・実装される予定だ。

個人防護具の迅速な製造

本プロジェクトの成果により、必要なオペレーター数が削減され、効率が向上し、サイクルタイムが短縮され、生産能力が増強された。さらに、ビジョンベースの故障検出と視覚検査を伴うロボット作業によって信頼性が高まり、初期設備投資を抑えるためにEdge AIモジュールをサービスとして利用できるようになった。

パンデミックは、世界の医療サプライチェーンにおける重大な脆弱性を明らかにした。パンデミック初期には、米国のメーカーは大きな需要に応えることができず、個人防護具が不足し、納期も長期化した。本プロジェクトは、既存の米国内における自動マスク製造を改善するもので、ロボットによる自動外観検査、収集と選別、さらに生産ラインの最終工程での梱包とパレタイズを含む。

プロジェクトチーム：Siemens Corporate Technologies（主任研究者）、Henderson Sewing Machine Company、Yaskawa Motoman、HomTex。

カスタムマスクの製造

本プロジェクトにより、ロボットを使ってカスタムマスクをいつでもどこでも製造できるようになった。これにより、依然として手作業に頼っている業界での自動化の利用が進んだ。

米国疾病対策センターは、布製マスクが新型コロナウイルスの拡散抑制に不可欠な役割を果たすと判断したが、供給は需要を満たせなかった。ロボットによる縫製は、柔軟な素材の操作、細かな手の動き、精密な部品認識を必要とするため、技術的な課題となっている。

プロジェクトチーム：Siemens Corporate Technologies（主任研究者）、Henderson Sewing Machine Corporation、Sewbo Inc、Bluewater Defense、産業用縫製・イノベーションセンター（ISAIC）。

大型構造物製造のロボティクス

Pvilionは、この技術により国防総省のニーズにより良く対応し、テントを製造できると考えている。ロボットは作業員の負担も軽減する。新型コロナウイルスは、陰圧空間を迅速に展開する必要性を浮き彫りにした。これらの空気膜構造物は、従来のテントに比べて素早く設営でき、野戦病院、検疫施設、その他の災害救援や軍事目的の用途に最適である。

しかし、このような構造物の製造は手間がかかる。ロボティクスの発展により、重く柔軟な素材を製造作業員が移動・操作するのを支援することで、製造を加速できる。本プロジェクトは、自己認識能力を持ち人が操作する一群のロボットプラットフォームの開発を目指す。この技術により、Pvilionは8〜10名のチームで72時間以内に設営できる「輸送コンテナ型病院」を作ることができるようになる。

プロジェクトチーム：レンセラー工科大学（主任研究者）、Pvilion。

PPEの品質評価の自動化

本プロジェクトでは、医療用PPE分野で米国の産業基盤を迅速に拡大することを可能にする技術が開発された。この技術は、液体浸透、燃えやすさ、不透過性の試験に使用できる。また、実験室の自動化、医療機器、バイオ医薬品、さらには家具や衣料品の製造にも応用されている。

PPEの品質保証手順は手間がかかり、時間を要する。サンプル検査は、製造工場だけでなく医療機関でも優先課題となった。本プロジェクトは、PPEを検証するための品質保証試験を自動化するロボットシステムの開発を目指し、米国における生産性と効率の向上を実現した。

プロジェクトチーム：ノースイースタン大学（主任研究者）、Merrow Manufacturing、Boston Engineering。

抗菌銅コーティングのロボット塗布

本プロジェクトにより、高接触表面を自己消毒する、製造可能な半自動コールドスプレーロボットが完成した。装置はすぐに使用でき、簡単に設定できる。

銅で覆われた表面はコロナウイルスを含むウイルスを素早く死滅させるが、需要が低いため広く普及していなかった。パンデミックにより、自己消毒型の表面の必要性が明らかになった。これにより、頻繁な清掃を必要とせずにコロナウイルスの拡散を抑えることができる。抗菌銅のロボット塗布システム（コールドスプレー）は、スキャナーと経路作成・品質管理ツールを組み合わせ、ドアノブ、病院のベンチ、カート、手すりなどの対象物に銅コーティングを施す。

プロジェクトチーム：Siemens Corporate Technologies（主任研究者）、VRC Metals System。

迅速診断

本システムにより、検査ストリップの開発速度が2〜3倍に向上し、プロセスの品質と信頼性が改善され、必要な技術専門家の数も減る。この技術は、あらゆる検査キットの開発プロセスに適用でき、容易に拡張可能で、コロナウイルスなどの感染症の流行に迅速に対応するのに役立つ。

ウイルス検査用の検査キットを迅速に開発できれば、現在および将来のパンデミック時に、米国の大規模検査の取り組みに大きく貢献する。このような検査ストリップの評価には、少なくとも2名の専門家が必要で、1名は検査を実施し、もう1名は分析装置を使って結果を解釈する。本プロジェクトでは、先進的なビジョンシステムと柔軟なロボットを用いた解決策を開発し、自動化によって検査開発を加速させた。

プロジェクトチーム：Siemens Corporate Technologies（主任研究者）、Maxim BioMedical Inc、Siemens Healthineers。

倉庫における自律型ロボット噴霧と消毒

本システムは、自律的な場所のマッピング、直感的なユーザーインターフェース、そして任意のブラウザからアクセスできるポータブルな作業プロファイルにより、設定に要する時間と手間を削減する。自律ナビゲーションと信頼性の高い視覚認識を用いた自動消毒手順により、運用への影響を最小限に抑えつつ、安全で衛生的な作業環境を実現する。

物流・支援業務は、医療用品や生活必需品を数百万人の米国人に届けることで、国を支える重要な役割を果たした。コロナウイルスの拡散を抑えるには、より頻繁で信頼性の高い消毒が必要である。本プロジェクトでは、自律的に移動し、位置を特定し、感染リスクの高い表面や汚染の可能性がある区域を消毒できる自律型倉庫消毒システムを開発した。

プロジェクトチーム：Siemens Corporate Technologies（主任研究者）、FedEx Corporation、Yaskawa Motoman。

移動式自律型産業用消毒装置

商業展開されるソリューションは10万ドル未満になると見込まれている。929平方メートルの消毒には8時間かかり、作業速度は毎秒0.2平方メートルである。新型コロナウイルスは急速に変異しているため、事業所や職場を安全に運営するには、表面の頻繁な消毒が必要だ。手作業による清掃は、作業者が感染したり、ウイルスを広めたりする可能性があるため理想的ではない。

本プロジェクトでは、多軸ロボットアームを搭載した自律移動ロボットが開発された。このロボットは、消毒システムとセンサー群の両方を制御できる。この技術は消毒が必要な区域を特定し、作業を実行し、完了した清掃作業を記録する。

プロジェクトチーム：Lockheed Martin Advanced Technology Laboratories、GrayMatter Robotics、Southwest Research Institute（SwRI）、Lockheed Martin Rotary Mission Systems。