Zinātnieki prezentē inženiertehniskus risinājumus Covid-19 ierobežošanai

Valsts pētījumu programmas «Covid-19 seku mazināšanai» projektā «Drošu tehnoloģiju integrācija aizsardzībai pret Covid-19 veselības aprūpes un augsta riska zonās» (Nr. VPP-COVID-2020/1-0004) izstrādāti vairāki automatizēti virsmu un gaisa dezinfekcijas aprīkojuma prototipi. To vidū ir mobils uzkopšanas robots, kas spēj atpazīt un automātiski dezinficēt vertikālas virsmas, dezinfekcijas vārti un iekārta gaisa un virsmu dezinfekcijai ar ultravioleto starojumu un ozonu. Zinātnieki izstrādājuši arī prototipus īpašiem pārklājumiem, kas palīdzēs iznīcināt baktērijas un vīrusus uz dažādām virsmām. Lai stiprinātu individuālo un kolektīvo aizsardzību, radīti prototipi jauna veida sejas maskai, ko var lietot arī kā respiratoru, ergonomiskam aizsargtērpam fizioterapeitiem un filtrējošam kompozītmateriālam ar sēņu hīfu piedevu, kā arī roku mazgāšanas monitoringa sistēmai. 

Valsts pētījumu programmā piedalās Rīgas Tehniskā universitāte (RTU), Rēzeknes Tehnoloģiju akadēmija (RTA), Latvijas Universitāte (LU), Elektronikas un datorzinātņu institūts (EDI), Latvijas Organiskās sintēzes institūts (OSI), LU Cietvielu fizikas institūts, Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centrs (BMC), Rīgas Stradiņa universitāte (RSU) un Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūts (KĶI). 

Projekta vadītājs, RTU zinātņu prorektors Tālis Juhna uzsver: «Šis ir unikāls projekts. Tā mērķis ir radīt jaunus tehnoloģiskus risinājumus, kurus varētu ātri nodot tirgum vai ātrā veidā ieviest darbībā. Tāpēc viens no galvenajiem izaicinājumiem bija panākt, lai labās zinātniskās izstrādnes, kas ir zinātniskajos institūtos un universitātēs, sešu mēnešu laikā tiktu novestas līdz prototipam.» 

Lai to panāktu, gatavojot projekta pieteikumu, tika atlasīti risinājumi un zinātniskās izstrādnes, kas ir pietiekami augstā tehnoloģiskās gatavības līmenī. «Tas nozīmē, ka paņēmām labāko, kas mums ir zinātniskajos institūtos. Daži risinājumi bija agrīnā stadijā, tāpēc īsā laikā tiem vajadzēja atrast efektīvus tehniskus risinājumus. Piemēram, gaisa dezinfekcijas ierīces izstrādnes sākotnēji bija minimālas, bet ļoti īsā laikā nonācām līdz prototipam, kas strādā, to kaut rīt var ielikt slimnīcā, skolā, stacijā, transportā,» pauž T. Juhna. 

Bez cilvēku iesaistes

«Izstrādājām robotizētu automatizētu aprīkojumu gaisa un virsmu dezinfekcijai. Projekta partneri bija četras zinātniskās institūcijas – RTU, EDI, LU Atomfizikas un spektroskopijas institūts un RTA. Izstrādājām trīs darbojošos produktus – mobilu robotu virsmu dezinfekcijai, dezinfekcijas vārtus un iekārtu gaisa un virsmu dezinfekcijai ar ultravioleto starojumu un ozonu,» stāsta RTA profesors Andris Martinovs. Iekārta gaisa dezinfekcijai, kurā tiek izmantots ultravioletais starojumu, ir paredzēta lielu telpu dezinfekcijai. Atšķirībā no tirgū esošajām iekārtām tā nav atvērta, līdz ar to ultravioletais starojums nevar nonāk cilvēka acīs un bojāt redzi. Tas nozīmē, ka iekārtu var lietot arī laikā, kad telpā atrodas cilvēki. 

Savukārt vārtos dezinfekcijai tiek izmantota hipohlorskābe. Ar ultraskaņas palīdzību tā tiek pārvērsta tvaikā un ventilatori pa difuzoriem to izpūš. Vārti ir aprīkoti ar distances sensoriem, tāpēc ieslēdzas bez kontakta ar cilvēku. Tas ir īpaši svarīgi vietās, kur joprojām personāla pašdezinfekcija notiek ar pulverizatora palīdzību, satverot pudeli rokās un tādējādi riskējot ar papildu kontamināciju no kolektīvi lietota priekšmeta.

Bez cilvēka iesaistes telpu dezinfekciju piedāvā veikt arī mobils robots. «Mēs izmantojām jau izstrādātu robotizētu sistēmu, kas ir pielāgota, papildinot to ar sprauslām un automātisku virsmas atpazīšanas sistēmu. Viss kopā tiek integrēts jaunā tehnoloģiskā risinājumā. Robots pārvietojas un automātiski izsmidzina dezinfekcijas šķidrumu, kur tas visvairāk nepieciešams, piemēram, uz rokturiem, durvīm, pogām, gaismas slēdžiem, kur cilvēks pieskaras visbiežāk,» uzsver RTU Datorzinātnes un informācijas tehnoloģijas fakultātes dekāns Agris Ņikitenko.

Pateicoties sprauslu mehānismam, robots spēj apstrādāt vertikālas virsmas. Turklāt to ir iespējams papildināt ar citām sprauslām un citiem izpildes mehānismiem, pievēršot uzmanību kādiem īpašiem elementiem, piemēram, gaiteņos, industriālās telpās vai citur. Pats robots ir izstrādāts citos projektos un, kā uzsver A. Ņikitenko, tā bija liela priekšrocība. Proti, šādas iekārtas tiek izstrādātas gadiem, VPP atvēlētajā laikā tas nebūtu bijis iespējams. 

Robotu un tā vadības sistēmu izstrādāja RTU, sprauslu automatizācijas risinājumu – RTA, bet tēlu atpazīšanas sistēmu – EDI. «EDI iesaistījās projektā, izstrādājot mašīnredzes sistēmu, lai atpazītu dažādus objektus, kam cilvēki bieži pieskaras, un tos dezinficētu. Tehnoloģiju var izmantot ne tikai, lai noteiktu objektus, ko nepieciešams dezinficēt, bet arī lai atpazītu objektus, ko nedrīkst dezinficēt. Tas ir ļoti svarīgi ražošanas telpās, kur, piemēram, ir ļoti jutīgas virsmas, elektronika.  Sistēmā izmantojam tā saucamo mākslīgo neironu tīklu,» stāsta EDI pētnieks Aleksandrs Ļevinskis. Viņš arī norāda, ka neironu tīkla un bērnu apmācībā velkamas paralēles. Līdzīgi kā vecāki bērniem rāda bildes un stāsta, kas tas ir, zinātnieki apmāca arī neironu tīklu. «Neapmācīts neironu tīkls ir kā bērns, kurš neko nezina par ārējo pasauli,» viņš saka. 

Jauns lietojums

Jau esošas izstrādnes izmanto arī zinātnieki RTU Materiālzinātnes un lietišķās ķīmijas fakultātes (MLĶF) pētnieka Andra Šutkas vadībā, lai izveidotu antimikrobiālu virsmu pārklājumu uz līmlentes. Ar to varētu aplīmēt dažādas virsmas, lai veidotu aizsardzību ne tikai pret Covid-19, bet arī citām infekciju slimībām. «Aktīvā komponente jau bija radīta iepriekš, projekta laikā tika radīta metode, kā to uznest uz līmlentes tā, lai iedarbība ir noturīga un uzrāda antimikrobiālu aktivitāti,» skaidro zinātnieks. Aktīvā komponente ir pulverveida pārklājums, ko izmanto notekūdeņu dezinfekcijai. 

«Ūdenī tas ir ļoti efektīgs mikroorganismu iznīcinātājs,» saka A. Šutka. Ar Latvijas Investīciju attīstības aģentūras (LIAA) atbalstu jau vairākus gadus tiek īsteno projekts materiāla komercializācijai. Līdz ar Covid-19 pandēmiju zinātniekiem radās ideja par jaunu iespējamu lietojumu. 

Droši un ērti aizsarglīdzekļi

Savukārt RTU Elektrotehnikas un vides inženierzinātņu fakultātes (EVIF) Industriālās elektronikas un elektrotehnikas institūta Ergonomikas elektrotehnoloģiju zinātniskās laboratorijas vadītājas Ingas Dāboliņas vadībā top vairāki risinājumi individuālai un kolektīvai aizsardzībai. Sadarbībā ar RSU un KĶI izstrādāts prototips jauna veida sejas aizsargmaskai, kas kalpo arī kā respirators, un aizsargapģērbam fizioterapeitiem, bet sadarbībā ar RSU un EDI – prototips roku mazgāšanas monitoringa sistēmai. Maskas testētas sertificētā laboratorijā Dānijā un saņēmušas atzinumu, ka tām ir izcili rezultāti vairākos parametros:  piekļāvīgums, izelpotā CO₂ neuzkrāšanās, atbilstība sejas reljefam un redzamības lauka neaizsegšana. Tas nozīmē, ka maskas ir ergonomiskas, tāpēc ārsti un citi īpašajās riska zonās strādājošie tās varētu valkāt ilgi. 

«Izstrādājot aizsargtērpa prototipu mediķiem, īpaši mērķējām uz fizioterapeitiem, kuriem ir grūti kustēties tērpā, kas domāts lietošanai statiski, proti, lai paņemtu un nodotu analīzes, izietu cauri bīstamai telpai un citām atbildīgām, taču mazākas kustību amplitūdas darbībām. Fizioterapeitiem ir jākustas, jāpieskaras pacientam, ir jāvingrina, jo ar Covid-19 slimo gan tie, kuriem ir bijis insults, gan tie, kuriem fizioterapija ir vajadzīga ikdienā. Fizioterapeitiem ir jāstrādā ar šādiem pacientiem arī laikā, kad ir pandēmija. Tāpēc viņi drīzāk izvēlas strādāt savā apģērbā, riskējot ar veselību, nekā strādāt aizsargtērpā,» problemātiku iezīmē I. Dāboliņa. 

Tika nomērīti vairāki fizioterapeiti, lai iegūtu antropometriskos datus. Viņiem bija jāveic raksturīgās kustības, lai noskaidrotu vietas tērpos, kas traucē un būtu jāpilnveido vai jāmaina. Iteratīvā procesā tika iegūts ergonomiska tērpa prototips. Paralēli tika meklēts arī jauns filtrējošs kompozītmateriāls, kas aizsargātu pret vīrusiem. Sadarbībā ar KĶI institūtu vadošās pētnieces Ineses Fiļipovas vadībā ir izstrādāts materiāls ar sēņu hīfu piedevu. Pirmie paraugi uzrāda labas filtrācijas un sorbcijas spējas un zinātnieki cer, ka nākotnē to varētu izmantot kā filtra materiālu sejas aizsargmaskās un, iespējams, to attīstīt arī aizsargtērpu izgatavošanai. 

Tikmēr kolektīvo aizsardzību varētu paaugstināt pareiza roku mazgāšana. «Jo kvalitatīvāk tiek mazgātas rokas, jo mazāks risks saslimt ar dažādām infekciju slimībām. Mēs izveidojām rīku, lai varētu veikt roku mazgāšanas kvalitātes kontroli, kas būtībā balstās Pasaules Veselības organizācijas rekomendācijās,» stāsta RSU Medicīnas izglītības tehnoloģiju centra inženieris un pētnieks Mārtiņš Ļuļļa. Ilgāku laiku filmējot, kā rokas mazgā medicīnas darbinieki, RSU un EDI zinātnieki ieguva datus par kustībām. Tos viņi izmanto, lai apmācītu neironu tīklu atpazīt kvalitatīvi veiktas kustības. «Produktu veido vairāki posmi, viens rāda, kā būtu jāmazgā rokas – rekomendētās kustības. Otrs – roku mazgāšanas laikā lietotāja saskarnē parādās, kuras kustības jau ir veiktas un kuras vēl nav vai ir jāatkārto, jo nav izdarītas pareizi. Medicīnas iestādes ir ieinteresētas. Esam noslēguši sadarbības līgumus, ka varam slimnīcu telpā izvietot un testēt produktu un reizē iegūt datus, kas nepieciešami neironu tīkla apmācībai,» viņš stāsta.

Vēlas aprobēt veselības iestādēs

Projekta «Drošu tehnoloģiju integrācija aizsardzībai pret Covid-19 veselības aprūpes un augsta riska zonās» īstenošanas laikā veikta tirgus analīze, iesaistīti biznesa inkubatori un dažādi eksperti. Novērtējot tehnoloģijas, secināts, ka tās ir piemērotas Latvijas vajadzībām, vairākas ir gatavas komercializācijai. Zinātnieki plāno sadarboties ar uzņēmumiem, to organizācijām un potenciālajiem lietotājiem, lai turpinātu pilnveidot un attīstīt risinājumus.

«Tehnoloģiskos risinājumus, kas radušies projektā, nevajadzētu atstāt demonstrācijas stadijā. Risinājumus varētu iestrādāt kādā no nākotnes finansējuma modeļiem, lai tos aprobētu slimnīcās ilgākā laika periodā,» vērtē T. Juhna. Tas ļautu pilnvērtīgi novērtēt risinājumu pievienoto vērtību cīņā ar Covid-19 un citām saslimšanām.  

Par zinātnieku devumu cīņai ar Covid-19 7. janvārī ziņo LTV7.