Konsortium

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart ist eines der größten Institute der Fraunhofer-Gesellschaft und beschäftigt annähernd 1.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Methoden, Komponenten und Geräte bis hin zu kompletten Maschinen und Anlagen werden von uns entwickelt, erprobt und exemplarisch eingesetzt. Die Abteilung »Roboter- und Assistenzsysteme« zeichnet sich durch ihre langjährige Kompetenz in allen Themenfeldern aus, die für die Entwicklung von Robotersystemen sowie deren Schlüsseltechnologien benötigt werden. In der Servicerobotik stehen dabei Software-Bibliotheken für die 3D-Erfassung der Umgebung mit verschiedenen Sensoren sowie für die Navigation und Manipulation zur Verfügung. Viele dieser Komponenten werden bereits erfolgreich in der Praxis eingesetzt. Das Fraunhofer IPA ist auch bekannt für die Entwicklung innovativer Hardware-Plattformen, wie z.B. des Haushaltsassistenten Care-O-bot^®, der inzwischen bereits in der vierten Generation zur Verfügung steht.

Aufgaben in MobDi: Das Fraunhofer IPA verantwortete im Projekt neben dessen Koordination den Hardwareaufbau des Roboters für den hygienischen Warentransport. Dieser baut auf den Erfahrungen aus dem Projekt »SeRoDi« auf, in dem bereits ein »intelligenter Pflegewagen« für ähnliche Einsatzfelder entwickelt wurde. Zudem war das IPA für die Integration der neu entwickelten Technologien und Funktionalitäten in den Desinfektionsroboter »DeKonBot« sowie die notwendigen Anpassungen der Roboterhardware zuständig und entwickelte vorhandene Softwarekomponenten zur Navigation, Manipulation und Objekterkennung weiter.

Das Fraunhofer-Zentrum für Internationales Management und Wissensökonomie IMW blickt auf über vierzehn Jahre angewandte Forschung zurück. Über 200 Mitarbeitende aus vierzehn Ländern unterstützen Kunden und Partner aus Wirtschaft, Politik, Forschung und Gesellschaft dabei, komplexe Transformationsprozesse wie die Digitalisierung, die Globalisierung und den Strukturwandel erfolgreich zu nutzen. Die Abteilung »Unternehmensentwicklung im internationalen Wettbewerb« zeichnet sich durch langjährige Kompetenzen der Forscherinnen und Forscher in der Entwicklung digitaler, innovativer Produkte und Dienstleistungen aus. Die Forschenden entwickeln Wertschöpfungsansätze, die ökonomisch, sozial und ökologisch nachhaltig sind.

Aufgaben in MobDi: Die im Vorhaben konzipierten robotischen Lösungen werden sich in der Praxis nur dann durchsetzen, wenn sie entlang der Bedarfe der Nutzerinnen und Nutzer entwickelt werden und zudem ökonomisch nachhaltig sind. Insofern ist eine frühzeitige Verankerung dieser sozioökonomischen Forschungsfragen elementar für den Erfolg des Vorhabens. Das Fraunhofer IMW verantwortete die Markt- und Anforderungsanalyse. Außerdem validierten die Ökonom*innen die entwickelten Lösungen mit Endanwendern und führen Wirtschaftlichkeitsanalysen durch. Dabei baute das Leipziger Fraunhofer-Team auf den Erfahrungen aus einer Reihe an Robotikprojekten auf, wie z. B. dem Projekt »KuKoMo«. Hier wurde die Wirtschaftlichkeit kollaborativer Montagesysteme in KMU analysiert. Des Weiteren »ASARob«, in dem das Fraunhofer IMW das Teilprojekt Nutzerzentrierung leitete. Die Bedürfnisse potenzieller Anwender und durch das Projektvorhaben aufgeworfene ethische, rechtliche und soziale (sogenannte ELSI-) Aspekte wurden erforscht. Gemeinsam mit den Endanwendern konnten Szenarien für einen Lotsen- und Kommunikations- und Aktivierungsroboter für Kliniken und Pflegeeinrichtungen entwickelt werden.

Das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB besitzt ein durchgängiges Kompetenzspektrum von der Physik der Signalentstehung über die Bild-/Videoauswertung bis zur strukturierten Aufbereitung und Nutzung der enthaltenen Informationen durch autonome Robotersysteme. In seinem Geschäftsfeld »Künstliche Intelligenz und Autonome Systeme« erforscht und entwickelt das IOSB Algorithmen für autonome mobile Roboter unterschiedlichster Größe – vom Saugroboter bis hin zu autonomen Baggern.

Aufgaben in MobDi: Das Fraunhofer IOSB verantwortete mit seinem Standort Karlsruhe im Projekt die Konzeption und Erstellung eines ganzheitlichen Umgebungsmodells, in welchem sämtliche Informationen über die Umgebung zusammenfließen. Es beinhaltet sowohl geometrische Informationen für die Navigation der Roboter als auch Informationen über die Beschaffenheit von Oberflächen und über vermutete Kontaminationsgrade. Für die Erstellung des geometrischen Umgebungsmodells entwickelte das IOSB leistungsfähige Perzeptionsalgorithmen, welche den Robotern ein sicheres Navigieren in ihrer Einsatzumgebung ermöglichen. Am Institutsteil »Angewandte Systemtechnik« IOSB-AST in Ilmenau wurde im Projekt ein neuartiger UV-C-LED-Flächenstrahler entwickelt, mit welchem zielgerichtet haptische Benutzerschnittstellen, wie beispielsweise Türklinken oder Aufzugtaster, desinfiziert werden können.

Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM ist nicht nur eine der europaweit bedeutendsten unabhängigen Forschungseinrichtungen auf den Gebieten »Klebtechnik, Oberflächen«, »Formgebung und Funktionswerkstoffe«, sondern auch eines der größten Institute der Fraunhofer-Gesellschaft, das an fünf deutschen Standorten aktiv ist.

Am Standort Bremen befassen sich Forscherinnen und Forscher u.a. mit der physikalischen und chemischen Reinigung, Aktivierung und Modifizierung von Oberflächen sowie deren Beschichtung. Ein Aspekt im Forschungs- und Entwicklungsportfolio der Abteilungen »Lacktechnik« sowie »Klebstoffe und Polymerchemie« sind Oberflächenfunktionalisierungen, z.B. zur Ausrüstung von Materialien mit antimikrobiellen Eigenschaften. Ein wesentliches Element bei der Entwicklung neuer Technologien ist die Überprüfung der Wirksamkeit durch aussagekräftige, z.T. eigens optimierte Testmethoden, etwa zur Bewertung der Überlebensfähigkeit von Bakterien, Viren und Pilzen auf unterschiedlichen Materialien.

Am Standort Stade stehen der Abteilung »Automatisierung und Produktionstechnik« etwa 4000 m² Hallenfläche für die Erforschung der automatisierungsbedingt effizienzgesteigerten Produktion und der digitalisierten Fertigung zur Verfügung. Dafür setzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler durch Linearachsen oder Bodenfahrzeuge mobilisierte autonome Robotereinheiten ein, die nicht nur untereinander, sondern auch mit aktiv formerfassenden und formgebenden Bauteilaufnahmen kooperieren. Es stehen eigens realisierte modulare Technologiebausteine zur Verfügung, die von den Expertinnen und Experten je nach Anforderungen flexibel miteinander kombiniert werden können, um z.B. höchste Präzision, maximale Flexibilität oder optimale Ressourcennutzung zu ermöglichen.

Aufgaben in MobDi: Das Fraunhofer IFAM in Bremen brachte seine Expertise bei der Entwicklung der Desinfektionsmethoden durch die Untersuchung sowie Bewertung der Bakterien- bzw. Virenlast auf den unbehandelten und behandelten Oberflächen ein und erbrachte so den Nachweis über den Desinfektionserfolg. Die Hardware- und Software-Entwicklung eines Reinigungs- und Desinfektionsroboters für den Einsatz in Verkehrsmitteln des öffentlichen Personenverkehrs war Aufgabe des Fraunhofer IFAM in Stade. Im Fokus standen die Konstruktion einer modularen Antriebseinheit zur Überwindung von Spalten und Absätzen sowie die Entwicklung eines Reinigungsendeffektors.

Etwa 120 Mitarbeiter erarbeiten am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST gemeinsam mit Kunden aus Industrie und Forschung maßgeschneiderte und nachhaltige Lösungen – vom Prototyp über wirtschaftliche Produktionsszenarien bis hin zur Skalierung auf industrielle Maßstäbe, und dies auch unter der Maßgabe geschlossener Material- und Stoffkreisläufe. Die Abteilung »Atmosphärendruckverfahren« zeichnet sich durch über 20 Jahre Erfahrung in der Prozess- und Quellenentwicklung für Atmosphärendruckplasmaverfahren und der dazugehörigen Oberflächenanalytik aus. Die Abteilung bietet maßgeschneiderte Beschichtungs- und Funktionalisierungsprozesse zur Optimierung der Reinigung und Steuerung der Haftung für komplexe Oberflächen an. Angepasst an die Prozesse werden prototypische Quellen optimiert und entwickelt und zu markttauglichen Produkten aufgebaut. Die Effekte der Funktionalisierung und Reinigung an den Oberflächen können durch verschiedene spektroskopische (IR/RAMAN) und oberflächenanalytische Verfahren (SIMS, XPS, EPMA, REM, AFM, OFE) verifiziert werden

Aufgaben in MobDi: Das Fraunhofer IST entwickelte in diesem Projekt, aufbauend auf den langjährigen Erfahrungen im Bereich »Atmosphärendruckplasmaverfahren«, ein modulares Plasmasystem, das in mobile Desinfektionsroboter integriert werden kann. Weitere Schwerpunkte waren die Optimierung des Desinfektionsprozesses über trockene Plasmatechnologie und die Bewertung der Schädigung der Oberflächen durch die unterschiedlichen Reinigungsverfahren, um die Reinigung möglichst effektiv und gleichzeitig materialschonend zu gestalten.

Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP arbeitet an innovativen Lösungen auf den Arbeitsgebieten der Vakuumbeschichtung, der Oberflächenbehandlung und der organischen Halbleiter. Grundlage dieser Arbeiten sind die Kernkompetenzen Elektronenstrahltechnologie, Plasmagestützte Großflächen- und Präzisionsbeschichtung, Rolle-zu-Rolle Technologien, Entwicklung technologischer Schlüsselkomponenten sowie Technologien für organische Elektronik und IC-/Systemdesign. Mit den Kernkompetenzen insbesondere in der Elektronenstrahltechnologie können viele unterschiedliche Substrate behandelt, Oberflächen modifiziert oder biofunktionale Beschichtungen aufgebracht werden. Darüber hinaus forschen wir an der Nutzung und Entwicklung unserer Kerntechnologien als effektive Werkzeuge zur Keimminderung, Sterilisation und gezielten Anpassung von Oberflächeneigenschaften.

Aufgaben in MobDi: Der Bereich »Medizinische und Biotechnologische Applikationen« des Fraunhofer FEP untersuchte im Projekt die Wirksamkeit der verwendeten Desinfektionsquellen auf dem Roboter für einen optimalen Desinfektionsprozess. Dabei lag das Interesse der Forscher besonders auf den potenziellen Synergie-Effekten während der kombinierten Anwendung verschiedener Desinfektionstechnologien. Gleichzeitig wurden Möglichkeiten entwickelt, den Grad der Kontamination auf den verschiedenen Oberflächen in situ zu bewerten. Dadurch kann der Roboter die Desinfektion zielgerichtet und so materialschonend wie möglich durchführen, da nicht alle Oberflächen im öffentlichen Raum häufigen Desinfektionen standhalten.

Mit rund 570 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern und mehr als 19 500 m² Nettogrundfläche zählt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT weltweit zu den bedeutendsten Auftragsforschungs- und Entwicklungsinstituten im Bereich Laserentwicklung und Laseranwendung. Die Kernkompetenzen umfassen die Entwicklung neuer Laserstrahlquellen und -komponenten, Lasermess- und Prüftechnik sowie Laserfertigungstechnik. Hierzu zählt beispielsweise das Schneiden, Abtragen, Bohren, Schweißen und Löten sowie das Oberflächenvergüten, die Mikrofertigung und das Additive Manufacturing. Übergreifend befasst sich das Fraunhofer ILT mit Laseranlagentechnik, Prozessüberwachung und -regelung, Modellierung sowie der gesamten Systemtechnik. Das Leistungsspektrum reicht von Machbarkeitsstudien über Verfahrensqualifizierungen bis hin zur kundenspezifischen Integration von Laserprozessen in die jeweilige Fertigungslinie. Die Gruppe »EUV- und Plasmatechnologie« des Fraunhofer ILT ist im Bereich der industriellen Forschung und Entwicklung von Plasmasystemen als kurzwellige Lichtquellen (extremes Ultraviolett) sowie im Bereich der Atmosphärendruckplasmen für die Behandlung von Oberflächen oder zur Abgasreinigung tätig.

Aufgaben in MobDi: Im Projekt entwickelte und testete das Fraunhofer ILT ein Verfahren zur Desinfektion mit kombinierter Plasma- und UV-Behandlung. Durch die simultane Beaufschlagung der zur behandelnden Oberfläche mit den Wirkreagenzien aus dem Plasma und dem UV-Licht wurden synergetische Effekte erwartet, die eine effiziente und damit ressourcenschonende Behandlung ermöglichen. Eine Energieeinsparung im Vergleich zum Stand der Technik für die Entkeimung von Oberflächen konnte bereits in vorangehenden Projekten demonstriert werden.

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF mit Sitz in Jena forscht an der Weiterentwicklung von Licht als Mittel zur Lösung unterschiedlichster Fragestellungen und Anwendungsszenarien. Die Arbeit des 1992 gegründeten Forschungsinstituts konzentriert sich daher auf die anwendungsorientierte Forschung an der Lichtentstehung, Lichtführung und Lichtmessung. Die Abteilung »Bildgebung und Sensorik« entwickelt optische Messverfahren und -systeme nach kundenspezifischen Anforderungen. Schwerpunkte sind die Entwicklung von optischen Messtechniken und Algorithmen zur Bildverarbeitung für den Einsatz in vielfältigen Anwendungsbereichen. Dazu zählen Systeme zur Qualitätskontrolle in Produktionsanlagen, die dreidimensionale und multispektrale Erfassung verschiedenster Messszenarien, die echtzeitfähige Datenauswertung sowie die Integration von künstlicher Intelligenz in Mess- und Auswerteprozesse oder auch Computertomographie-Untersuchungen.

Aufgaben in MobDi: Das Fraunhofer IOF entwickelte im Projekt die multimodale Echtzeit-3D-Sensorik, mit deren Hilfe die Roboter die zu reinigenden Objekte erkennen und deren Lage im Raum bestimmen können. Die Verwendung unterschiedlicher Lichtspektren sollte die Identifikation von Materialien gewährleisten, um eine zielgerichtete und ressourcenschonende Desinfektion zu ermöglichen.

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden steht für Innovationen in der Laser- und Oberflächentechnik. Das Fraunhofer IWS bietet Lösungen aus einer Hand – von der Entwicklung neuer Verfahren über die Integration in die Fertigung bis hin zur anwendungsorientierten Unterstützung. Die Felder Systemtechnik und Prozesssimulation ergänzen die Kernkompetenzen. Zu den Technologiefeldern des Fraunhofer IWS gehören PVD- und Nanotechnik, Chemische Oberflächen- und Reaktionstechnik, Thermische Oberflächentechnik, Generieren und Drucken, Fügen, Laserabtragen und -trennen sowie Mikrotechnik. Das Kompetenzfeld Werkstoffcharakterisierung und -prüfung unterstützt die Forschungsaktivitäten. Am Projekt »MobDi« ist die Arbeitsgruppe »Gas- und Partikelfiltration« des Technologiefeldes Chemische Oberflächentechnik beteiligt.

Aufgaben in MobDi: Im Projekt »MobDi« kamen verschiedene Reinigungsverfahren an unterschiedlichen Oberflächen und Materialien zur Anwendung. Das Ziel der Arbeitsgruppe Gas- und Partikelfiltration des Fraunhofer IWS war es zu bewerten, welche Emissionen und chemischen Verbindungen entstehen, wenn nass-chemische Verfahren, UV-Licht oder Plasmaquellen zur Reinigung eingesetzt werden. Die auftretenden Emissionen wurden messtechnisch erfasst und analysiert. Aus den Ergebnissen entwickelte das Fraunhofer IWS zugehörige Konzepte zur zukünftigen Luftreinigung und leitete notwendige Maßnahmen für deren Anwendung ab.

Das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM entwickelt maßgeschneiderte Messtechniken und Systeme, die industrielle Prozesse effizienter gestalten, Energie- und Ressourceneinsatz minimieren und gleichzeitig Qualität und Zuverlässigkeit maximieren. Die leistungsfähigen Systeme basieren auf einer optimalen Kombination von Optik, Mechanik, Elektronik, Datenverarbeitung und komplexer Systemtechnik. Am Institut arbeiten rund 240 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Im Bereich der »Objekt- und Formerfassung« entstehen Systeme zur 3D-Erfassung der Geometrie und Lage von Objekten. Die Erfassung erfolgt zumeist von bewegten Plattformen aus und erstreckt sich über einen weiten Größenbereich – von zehntel Millimetern bis in den 100-Meter-Bereich. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Erforschung und Entwicklung sehr schneller und robuster Messsysteme basierend auf Lichtlaufzeitmesstechnik oder Kamerasystemen. Für eine effiziente Datenauswertung nutzen wir Techniken aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz (KI) wie beispielsweise »Deep Learning«.

Aufgaben in MobDi: Das Fraunhofer IPM leitete die Entwicklung in der Form- und Materialerkennung. Mittels Verfahren, die auf Deep Learning basieren, werden Objekte frühzeitig erkannt, die als Ansteckungsherde dienen. Dadurch ist nicht nur eine gezielte Reinigung möglich, sondern die Desinfektion kann auch ressourcen- und materialschonend durchgeführt werden.

Das Team »Hygienegerechte Produktion« des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Dresden liegt der Schwerpunkt in der effizienten Gestaltung von Verarbeitungs- und Reinigungsprozessen für die Lebensmittel-, Pharma- und Verpackungsindustrie. Mit modernen Datenanalysemethoden werden Schwachstellen und Potenziale in industriellen Verarbeitungsprozessen ermittelt und mit Bediener-Assistenzsystemen innovative Ansätze für Mensch-Maschine Interaktionen im Sinne der Industrie 4.0 geschaffen. Neben der Entwicklung von Reinigungssystemen und der reinigungsgerechten Prozessgestaltung (Hygienic Design) gehört die mikrobiologische Validierung von Anlagen zum Leistungsangebot.

Aufgaben in MobDi: Das Fraunhofer IVV in Dresden unterstützte die anderen Institute bei der Ausführung ihrer Systemkomponenten in Hygienic Design sowie der Erarbeitung eines effizienten Selbstreinigungskonzepts, das verhindert, dass die Roboter selbst zum Kontaminationsrisiko werden.

Wissenschaft und Wirtschaft verbinden und durch angewandte Forschung Innovation schaffen: Das ist das Ziel von Fraunhofer Italia, einer unabhängigen Auslandsgesellschaft der Fraunhofer-Gesellschaft. Seit 2009 unterstützt das Bozner Innovation Engineering Center lokale KMU bei ihren Forschungs- und Entwicklungsprojekten durch maßgeschneiderte Dienstleistungen im Bereich Digitalisierung und Automation für die Industrie, das Handwerk und den Bausektor. In Zusammenarbeit zwischen den Abteilungen »Process Engineering in Construction« und »Robotics and Intelligent Systems Engineering« werden Konzepte zur Einführung von Robotik im Bausektor erforscht sowie Hardware- und Softwaresysteme entwickelt. Im Forschungsprojekt BALTO, gefördert im Rahmen der internen Programme der Fraunhofer-Gesellschaft, Fördernummer Anti-Corona 840241, entwickelt Fraunhofer Italia in Bozen gemeinsam mit dem Fraunhofer IAO in Stuttgart eine neue Generation von Desinfektionsrobotern. Wesentliches Unterscheidungsmerkmal zu existierenden Lösungen ist eine direkte Integration von Daten aus dem Building Information Modeling (BIM) in die Steuerung der autonomen mobilen Roboterplattformen.

Aufgaben in MobDi: Basierend auf den Ergebnissen von BALTO sorgte Fraunhofer Italia für die Integration von digitalen Gebäudedaten in die Steuerungssoftware des Robotersystems. Eine wesentliche Neuheit von BALTO liegt in der Kombination von Identifizierung, Kartierung und Routenplanung für die Desinfektion wichtiger Gebäudekomponenten auf der Grundlage des Building Information Models (BIM).