Serviceroboter sind eine mögliche Lösung, um dem zunehmenden Personalmangel in Krankenhäusern zu begegnen. Vor ihrem Einsatz müssen sie sich umfassenden Tests unterziehen. Zu diesem Zweck hat das Korean Testing Laboratory eine Simulationsumgebung mit dSPACE Werkzeugen entwickelt.
Relevanz von Servicerobotern in Krankenhäusern
Serviceroboter können eine Vielzahl von Aufgaben in der medizinischen Versorgung übernehmen und so das Fachpersonal entlasten. Zu diesen Aufgaben gehören das Reinigen und Vorbereiten von Patientenzimmern, das Verteilen von Medikamenten, unterstützende Aufgaben bei Operationen oder der Transport von medizinischen Geräten oder Arzneimitteln. Der Weltmarkt für Medizinroboter, der auch Serviceroboter umfasst, wird sich voraussichtlich von sechs Milliarden US-Dollar im Jahr 2020 auf 13 Milliarden US-Dollar im Jahr 2025 mehr als verdoppeln. 1)
Kurzporträt KTL
Das Korean Testing Laboratory (KTL) ist ein akkreditiertes Prüf- und Zertifizierungszentrum, das auch KC- und KC-EMC-Zertifizierungen für elektronische Geräte ausstellt, die in der Republik Korea vermarktet werden. Die Organisation führt verschiedene Tests durch, um einen sicheren und effektiven Einsatz der Roboter zu gewährleisten. Die Tests dienen dazu, potenzielle Risiken zu ermitteln und sicherzustellen, dass die Serviceroboter die erforderlichen Qualitäts- und Leistungsstandards erfüllen.
Voraussetzungen für die Zulassung
Für den Einsatz in so sensiblen Bereichen wie einem Krankenhaus benötigen Serviceroboter eine Zertifizierung, die international unterschiedlich geregelt ist. In Korea sind die KC-Zertifizierung (KC Mark Korea Certification)
und die KC-EMC-Zertifizierung (Elektromagnetische Verträglichkeit) für die Roboterzulassung erforderlich. Diese Zertifizierung gewährleistet, dass die Roboter die koreanischen Sicherheitsstandards einhalten.
beispielsweise die elektromagnetische Verträglichkeit. Das bedeutet, dass die Roboter keine empfindlichen elektronischen Geräte stören, von denen es vor allem in Krankenhäusern sehr viele gibt.
Vom realen Gebäudeplan zur virtuellen Krankenhausumgebung
Die Entwicklung und Programmierung von Servicerobotern für den Einsatz in Krankenhäusern und anderen Einrichtungen des Gesundheitswesens ist eine komplexe Aufgabe, die bei
Entwicklung und Test Herausforderungen mit sich bringt. Unter anderem muss sichergestellt werden, dass sich die selbstfahrenden Roboter zuverlässig und sicher bewegen. Das bedeutet, dass sie Hindernisse erkennen und auf sie reagieren müssen.
Der Roboter darf bei seinen Bewegungen weder Menschen gefährden noch Gegenstände beschädigen.
Gleichzeitig muss er aber auch effizient arbeiten. Dies setzt voraus, dass der Roboter mit den typischen Arbeitsabläufen und Prozessen eines Krankenhauses vertraut ist. Simulationen in einer 3D-Welt sind daher ideal, um das Verhalten des Roboters in verschiedenen Szenarien umfassend und frühzeitig zu testen.
KTL beauftragte dSPACE mit der Entwicklung einer entsprechenden Simulationsumgebung, in der die Software für Serviceroboter getestet werden kann. Konkret wollte das KTL die Regelalgorithmen und Funktionen des autonomen Fahrens in der künstlichen Umgebung testen.
Modellierung der Krankenhausumgebung mit ModelDesk und AURELION
Um die virtuelle Welt zum Leben zu erwecken, wurden reale Videoaufnahmen und ein Gebäudeplan zur Modellierung der Krankenhausumgebung mit der dSPACE Software ModelDesk und AURELION verwendet.
ModelDesk ist eine grafische Benutzeroberfläche zur Simulationssteuerung, intuitiven Modellparametrierung und Parametersatzverwaltung. Darüber hinaus bietet die Software auch Projektmanagement und ermöglicht das Herunterladen von Parametersätzen für Offline- und Online-Simulationen. AURELION ist eine umfassende Software-Lösung für die Simulation und Visualisierung von Sensoren. AURELION ermöglicht es, realitätsnahe Sensordaten in Prozesse zur Entwicklung, zum Test und zur Validierung von Perzeptions- und Fahrfunktionen zu integrieren. Bei der Simulation der Serviceroboter kam die umfangreiche dSPACE ASM (Automotive Simulation Models)-Bibliothek zum Einsatz.
Die modellierte Krankenhausumgebung besteht aus vier Stockwerken, was bedeutet, dass neben der Fortbewegung auf den Fluren auch die unabhängige Benutzung von Aufzügen eine zusätzliche Herausforderung darstellt. Die Flure in jedem Stockwerk wurden mit dem Straßeneditor in ModelDesk als Routen definiert. Das Umgebungsmodell wurde erweitert, um die Fahrt im Aufzug zu visualisieren und die notwendigen Routenänderungen zur Laufzeit zu generieren. So haben KTL und dSPACE in enger Zusammenarbeit ein voll ausgestattetes virtuelles Krankenhaus mit hochwertigen 3D-Objekten wie Krankenhausbetten und Infusionsständern erstellt. Diese Objekte stehen dem Endkunden zur individuellen Nutzung in einer Bibliothek zur Verfügung.
In der Simulation muss der Roboter sie mit seinen Sensoren erfassen und entsprechend reagieren, d. h. ihnen ausweichen oder in einer Position bleiben. Darüber hinaus müssen die Sensoren des Roboters auch Schrift erkennen, zum Beispiel Verbotsschilder für bestimmte Räume. Der Endkunde kann die simulierte Umgebung nach seinen Bedürfnissen anpassen. Auf diese Weise können Roboter umfassend für eine breite Palette von Anwendungen validiert werden.
Steigende Anzahl von Aufgaben für Serviceroboter
Mit der besonders realitätsnahen Simulationslösung von dSPACE ist das KTL in der Lage, Serviceroboter verschiedener koreanischer Hersteller in einer individuell anpassbaren virtuellen Krankenhausumgebung zu testen und zu zertifizieren. Diese Zertifizierung stärkt das Vertrauen in die Qualität und Sicherheit der Roboter und erhöht deren Akzeptanz bei Anwendern und Kunden. Auf diese Weise werden die Hindernisse für den Einsatz von Servicerobotern in Krankenhäusern und anderen Gesundheitseinrichtungen abgebaut.
