Campo da invenção

[001] A presente invenção pertence ao setor tecnológico de equipamentos e sistemas de proteção coletiva (EPC), mais especificamente a técnicas de desinfecção e de segurança sanitária. A invenção refere-se a um dispositivo robótico autónomo para desinfecção por radiação UV-C e geração de ozônio capaz de se locomover de forma autónoma ou teleguiada por aplicativo. O dispositivo possui um conjunto de lâmpadas germicidas com iluminação UV-C, bem como gerador de ozônio com ventilação forçada, câmera de vídeo, sistema de áudio para teleconferência, sensoriamento de distância para evitar colisão e replanejamento de rotas, sensoriamento de presença para detecção de pessoas ou animais, módulos laterais UV para irradiação sobre objetos presentes nos ambientes e cortina de proteção contra UV.

Descrição do problema

[002] O maior problema enfrentado pela humanidade, no limiar do século XXI, é a pandemia em curso ocasionada pelo COVID-19, doença respiratória aguda causada pelo corona vírus da síndrome respiratória aguda grave 2 (SARS-CoV-2). [003] A preocupação atual é grande devido a sua rápida transmissão e contágio mundial e, inclusive, pela inexistência de vacinas ou medicamentos antivirais. Atualmente, a mortalidade é de 2 a 3%.

[004] Estruturalmente, o vírus não é único e, de fato, é similar com outros corona vírus como por exemplo ao Severe acute respiratory syndrome (SARS) e Middle East respiratory syndrome (MERS). O corona vírus ode ser combatido utilizando elementos de limpeza tradicionais, mas com muito cuidado devido a sua fácil contaminação, periculosidade e falta de cura.

[005] O UV germicida (254nm UVC) é capaz de matar e inativar micro-organismos, destruindo ácidos nucleicos e perturbando o DNA ou RNA, deixando-os incapazes de se replicar e recuperar. O uso de UV-C na área de saúde, para matar bactérias e vírus é clinicamente comprovado através de vários estudos científicos, pesquisas e testes já realizados em laboratórios do mundo todo. O UV-C tem a capacidade de erradicar 99,99% dos microrganismos incluindo bactérias, vírus e patógenos. [006] Diversos estudos apontam a dose necessária de energia UV-C a ser depositada na superfície para matar ou neutralizar os vírus. O valor da dose depende do tipo de vírus. A dose é medida em mJ/cm ² , energia por área. O tempo necessário para atingir determinado nível de energia dependerá da irradiância UV- C da lâmpada e da distância.

Restrições de Uso

[007] A Comissão Internacional de Iluminação (CIE) classificou e subdividiu a faixa do espectro eletromagnético referente à radiação ultravioleta em três regiões para finalidades práticas relativas à magnitude do dano à saúde: UV-C (100 a 280 nm); UV-B (280 a 315 nm) e UV-A (315 a 400 nm).

[008] No Brasil, os riscos à saúde ocupacional são determinados pelo Ministério do T rabalho e Emprego (MTE) por meio da NR 15. Dessa forma, os limites máximos de exposição à radiação UV, segundo a ICNIRP, são diferenciados para a pele e para os olhos. Todos os valores são considerados para uma jornada típica de trabalho de oito horas. O limite de exposição radiante efetiva para pele desprotegida, na região do espectro de 180 a 400 nm, não deve exceder 30 J/m ² . Este limite é estabelecido para o tipo de pele mais sensível e não patológico. E, o limite de exposição radiante para os olhos desprotegidos, na região do espectro de 315 a 400 nm, não deve exceder a 10 000 J/m ² .

Dosagem necessária segundo artigos publicados

[009] Lâmpadas especiais com alto rendimento de radiação UV-C, feitas em tubo de quartzo transparente, têm a finalidade principal de esterilização de ambientes, de ar, superfícies, indústrias alimentícias, em locais farmacêuticos e médicos, para tratamento de águas, para caixas estéril e locais onde houver a necessidade de esterilização. Estas lâmpadas especiais emitem radiação UV de onda com um pico em 254 nm (UV-C) com ação germicida UV irradiância de 254 nm medido a uma distância de 1 m ao meio da lâmpada de nível, a 20 °C de temperatura ambiente, sem a queima. Entre 0,3 a 3,5 m, a irradiância é inversamente proporcional ao quadrado da distância.

[010] Na seguinte tabela apresenta-se a dosagem estudada para diversos vírus. A dose é medida em mJ/cm ² , energia necessária na superfície para matar ou neutralizar os vírus.

Ozônio

[011] Ozônio pode matar diversos micro-organismos como bactérias, vírus e fungos. Isso ocorre devido ao seu alto poder oxidante. O mecanismo de ação do ozônio contra bactérias e fungos, por exemplo, ocorre “de fora para dentro”. O ozônio destrói a parede celular desses micro-organismos, via reações químicas de oxidação, até penetrar ao interior do micro-organismo, danificando também agentes vitais para sua vida, culminando assim em sua morte.

[012] No caso dos vírus, a ação ocorre da mesma forma. Quando em contato, o ozônio destrói o vírus difundindo-se através do envelope virai e/ou do revestimento proteico (capsídeo virai) em direção ao núcleo de ácido nucleico, resultando em danos ao DNA ou RNA virai. Comparado com a radiação UV-C, o ozônio pode passar através dos tecidos, chegando a vírus e bactérias que a UV-C não atingiria. [013] Dosagens seguras de ozônio em ambientes são indicados pela NR 15 com uma exposição máxima de 0,08ppm (partes por milhão) para jornadas de trabalho de 48 horas por semana e devem ser considerados fatores no ambiente. O ozônio em doses mais altas pode causar tosse, dor no peito, falta de ar e irritações na garganta, além de piorar condições de asma. Os níveis dos sintomas variam de acordo com as pessoas, sendo que, mesmo pessoas saudáveis podem apresentar problemas quando expostas ao ozônio. A norma recomenda o uso de dispositivos sensores que alertem aos usuários os níveis acima de 0,1 ppm.

Estado da técnica [014] Atualmente existe uma infinidade de produtos químicos disponíveis no mercado para aplicação manual durante a limpeza de ambientes. Por serem de aplicação manual, a eficácia da desinfecção depende da sua correta utilização e aplicação em todas as superfícies presentes dentro de uma sala. Este processo de aplicação é demorado e cansativo, o que compromete sua eficiência.

[015] No intuito de melhorar a desinfecção de ambientes, cita-se um dispositivo para desinfecção de superfícies patenteado no documento BR 202014006540-2 U2, que trata basicamente de um bastão que, ligado em uma tomada, utiliza uma lâmpada UV-C. A lâmpada, ao ser aproximada das superfícies, permite a desinfecção das mesmas. O dispositivo possui uma capa protetora para direcionar a luz apenas para a superfície de interesse e não para a pessoa que estiver manuseando.

[016] Podem-se citar outros mecanismos muito mais eficientes como o descrito na patente BR 10 2018 068501 5 A2, intitulada “Sistema automatizado de gerenciar unidade móvel de esterilização UV-C”, que trata de um módulo móvel com lâmpadas UV-C que pode ser transportado manualmente por uma pessoa. O módulo é posicionado no local onde deseja-se desinfectar. No intuito de evitar lesões a pele e olhos do operador, o sistema é acionado remotamente por um controle sem fio. O tempo de desinfecção depende da distância entre as superfícies e as lâmpadas do sistema. O equipamento precisa ser ligado numa tomada de energia (220 - 127 VAC).

[017] Já a patente BR 202018012190-7 trata de um “Aparelho emissor de luz ultravioleta-UV-C para a desinfecção de ar e superfícies hospitalares e similares” que consiste em um módulo móvel que possui 20 lâmpadas UV-C e pode ser posicionado manualmente por um operador. Seu acionamento também é remoto, via tablet com login e senha. O dispositivo possui sensores de presença para desligar as lâmpadas em caso de presença de pessoas nas redondezas. O equipamento precisa ser ligado numa tomada de energia (220 - 127 VAC).

[018] Encontram-se métodos robóticos alternativos de limpeza aplicados a ambientes como a patente estadunidense US7805220B2 intitulada “Robot vacuum with internai mapping system” que consiste em um robô aspirador de pó com sistema de vácuo, vassourinhas e lâmpada UV. Este robô possui um sistema de mapeamento que permite percorrer a sala toda no intuito de aspirar pó presente no piso e ao mesmo tempo desinfectar com a lâmpada UV. A limitação desta solução está na sua aplicação desinfetante apenas no piso, redução de sua eficiência conforme a lâmpada suja pela própria poeira aspirada e o tempo necessário para desinfecção, já que, devido ao seu sistema de mapeamento, não garante que o robô passe mais de uma vez no mesmo ponto.

[019] Existem também patentes como a US20120189491 A2, intitulada “Robotic pool cleaner with internai ultraviolet water sterilization” que utiliza o mesmo conceito do dispositivo da patente anteriormente citada, mas aplicado a piscinas para trabalho submerso no intuito de desinfecção da água.

[020] Outro método alternativo para desinfecção de salas é o descrito na patente estadunidense US20080056933A1 , intitulada “Self-Propelled Sterilization Robot and Method”, a qual se refere a um dispositivo ou módulo que pode ser ou não autónomo. O principal método de desinfecção desta solução são as lâmpadas UV- C utilizadas. Esta solução já possui sensores de presença por infravermelho para detecção de pessoas ou animais, no intuito de impedir a exposição da radiação de UV direta em rosto e pele. Caso for detectada a presença de alguma pessoa, as lâmpadas são desligadas.

[021] Destaca-se também o sistema proposto na patente estadunidense US10500296B2, intitulada “Internai sanitizing and communicating”, pensada na aplicação da radiação UV-C em aeronaves e outros meios de transporte como ônibus e trens devido ao seu tamanho e a asas horizontais que permitem distribuir melhor a radiação sobre os bancos em ambos lados. Este dispositivo destaca-se também por propor um capuz plástico transparente com filtro UV que oferece proteção ao operador enquanto o dispositivo é empurrado ao longo do corredor. [022] Com isso, com base nas soluções do estado da arte descritas acima, observa-se que todas desligam as lâmpadas em caso de presença de pessoas por questão de segurança. Quando for ligada novamente, existirá um tempo de reaquecimento, ocasionando uma irradiação menor até a lâmpada chegar ao ponto de potência nominal. Também se verifica a falta de integração dos dispositivos com um sistema de gestão que facilite a gestão das atividades de desinfecção. Finalmente, e não menos importante, deve-se destacar que a maioria dos sistemas citados apenas utilizam lâmpadas de radiação UV como método de desinfecção, o que impossibilita seu uso na presença de pessoas ou animais na sua proximidade. Novidades e objetivos da invenção

[023] Com o objetivo de sanar as limitações do estado atual das técnicas e sistemas destacados acima, a presente invenção visa:

- propor uma solução robótica para eliminar ou reduzir vírus e bactérias presentes nos ambientes, mesmo com a presença de pessoas ou animais próximas ao dispositivo;

- aumentar a eficiência das lâmpadas para evitar o reaquecimento das mesmas;

- utilizar fluxo de ar forçado com ozônio em conjunto com a radiação ultravioleta;

- monitorar/gerenciar as atividades desenvolvidas pelo dispositivo, tanto na forma teleguiada, quanto na autónoma; e

- oferecer a possibilidade de comunicação remota com pessoas ou pacientes presentes na sala no modo de teleconferência.

Acrescenta-se também que, quando o presente robô operar no modo autónomo, sua rota poderá ser pré-programada mediante a criação de mapas virtuais, mas também poderá se locomover escaneando o ambiente e utilizando tags RFID (identificação por radiofrequência) que, previamente adesivados, indicam os pontos críticos de um determinado ambiente, onde o dispositivo deverá aumentar o tempo de exposição dada sua relevância.

[024] O sistema proposto foi ideado para um uso contínuo de desinfecção em ambientes como:

Hospitais;

Indústrias;

Escolas;

Aeroportos (incluindo aviões);

Rodoviárias (incluindo ônibus);

Estações de trem (incluindo trens);

Supermercados e tentros comerciais.

Entre outros.

Descrição da invenção [025] A solução proposta consiste em um dispositivo robótico que utiliza iluminação UV-C e gerador de ozônio forçado. O gerador de ozônio emite constantemente para o ambiente, mediante ventilação forçada, levando ozônio para todos os locais por onde for passar com o equipamento. Na ausência de pessoas, os locais podem ser desinfectados em poucos minutos utilizando a luz UV-C num raio de cobertura de 3,5 m. Durante o tempo em que as lâmpadas UV- C estão ligadas, o gerador de ozônio fica desligado. Está comprovado, no mundo todo, que a eficiência da luz UV-C e do ozônio é altíssima comparada com os métodos de limpeza tradicionais. A descontaminação com UV-C é um método limpo e eficaz comparado com o convencional porque é capaz de descontaminar locais onde não é possível alcançar normalmente. Porém, as reações da pele humana à exposição à radiação UV podem ser classificadas como agudas (imediatas) ou crónicas (a longo prazo), desta forma o equipamento possui sensores de movimento para prevenir a exposição acidental de pessoas.

[026] O acionamento da luz UV-C no dispositivo ora proposto é remoto, permitindo que o operador se encontre a uma distância segura. Caso alguém entre no local quando o equipamento estiver operando, sensores de movimento desligam automaticamente as lâmpadas.

[027] Levando em conta que o sistema proposto utiliza UV-C como principal princípio de desinfecção, mas também ozônio como método complementar, a solução proposta torna o processo mais rápido e eficiente comparado com as soluções analisadas, já que pode ser usado de forma contínua, mesmo com a presença de pessoas ou animais próximas ao dispositivo.

[028] A presente invenção, assim, consiste em um dispositivo robótico constituído por uma base móvel motorizada por atuadores elétricos, conjunto de baterias, estação para carregamento das baterias, conjunto de lâmpadas UV-C montadas sobre uma torre vertical retrátil, um segundo conjunto de lâmpadas UV-C montadas sobre um suporte horizontal retrátil, gerador de ozônio com sistema de ar forçado, sensoriamento para monitoramento da presença de pessoas ou animais nas proximidades do dispositivo, sensoriamento para mapeamento do ambiente e planejamento das rotas, sistema de comunicação sem fio para comunicação com um dispositivo móvel e com uma plataforma Online para controle, supervisão e gestão das atividades. [029] A base móbil constitui-se por rodas com atuadores elétricos e sensores de distância para o mapeamento do ambiente e processador embarcado com software de inteligência artificial (IA) que permite traçar rotas e trajetórias eficientes. Conforme as decisões são tomadas, o processador guia a base mediante os atuadores elétricos. Os sensores são utilizados constantemente pelo software para um constante planejamento da rota e para evitar colisão com os objetos ou pessoas presentes no ambiente. A base possui também o hardware de comunicação sem fio para conectar o robô com a plataforma online. Lâmpadas UV-C fixas na parte inferior do chassi e apontando para o piso permitem a desinfeção do mesmo enquanto a base se movimenta.

[030] A velocidade de movimentação do dispositivo robótico está limitada ao tempo necessário para atingir a dose de energia certa sobre as superfícies presentes. Esta velocidade depende da irradiação presente nas lâmpadas, mas também da distância entre o robô e as superfícies. Quanto mais distantes as superfícies, menor a velocidade. Isto se deve a variação da irradiância por área conforme a distância com a fonte de UV-C. Esta variação é inversamente proporcional ao quadrado desta distância. Da mesma forma, a velocidade de avanço do robô será afetada. Por este motivo, as trajetórias traçadas pelo software visam reduzir estas distâncias para aumentar a velocidade e minimizar o tempo necessário para desinfectar a ambiente. O controle da velocidade em função da trajetória traçada e mapeamento dos objetos presentes na sala garantem a correta dose de energia em todas as superfícies.

[031] O gerador de ozônio encontra-se no interior da base. Este dispositivo, controlado pelo software de IA, é acionado a todo momento quando não for possível utilizar as lâmpadas de UV-C. Um sistema de ar sem hélices força o ozônio para o ambiente. O gerador é regulado de forma a manter o nível de ozônio abaixo do percentual permitido.

[032] O corpo do robô consiste em uma torre telescópica que possui um conjunto de lâmpadas posicionadas no sentido vertical e distribuídas 360 graus ao redor do robô. As lâmpadas se encontram sempre ligadas para manter sua potência de irradiação nominal e são expostas ao meio quando o sistema de sensoriamento verifica a ausência de pessoas ou animais no ambiente. [033] A torre telescópica esconde no seu interior parte do conjunto de lâmpadas, enquanto outras são ocultas mediante cortinas plásticas com filtro UV. Na presença de pessoas ou animais, as lâmpadas são instantaneamente desligadas e escondidas, seja mediante a contração da torre, seja pela cortina UV. Uma vez contidas, as lâmpadas são novamente ligadas para manter seu aquecimento nominal. Durante este tempo, o gerador de ozônio é ligado, auxiliando na desinfecção do ambiente. Quando o robô identifica a ausência de pessoas ou animais mediante seu sensoriamento, as lâmpadas são novamente expostas ao ambiente. [034] O suporte lateral encontra-se fixo ao corpo em ambos os lados do robô (esquerdo e direito) e possuem servo atuadores que regulam sua altura e retrair, dependendo do espaço disponível no ambiente. Lâmpadas UV-C são fixas sobre este suporte, tanto na parte superior quanto na inferior, direcionando a radiação UV-C para cima e para baixo. Sensores de distância distribuídos ao longo do suporte permitem não somente medir a distância do dispositivo aos objetos presentes, regulando sua altura de modo de aproximar as lâmpadas da superfície evitando colisão, mas também regular a velocidade de avanço do robô, garantindo a correta dose de energia em todas as superfícies presentes.

[035] O planejamento da trajetória dependerá também do nível da bateria, fazendo com que o robô possa atender a maior quantidade de espaço até a estação de carga. Estas estações de carga podem ser mais de uma e deverão estar mapeadas na plataforma de gerenciamento.

[036] Sensores RFID poderão ser utilizados para indicar setores e inclusive pontos críticos onde seja necessário maior concentração de UV-C ou ozônio devido a periculosidade. O robô poderá ser configurado para que, quando detectado tal ponto pelo robô, sua velocidade ou distância seja alterada para intensificar seu poder de desinfecção. Desta forma, dispositivos ou objetos portáteis ou móveis, presentes no ambiente, que precisem de atenção na sua desinfecção, conforme normas de higiene, poderão ser tagueados para que, quando detectados pelo robô, recebam maiores doces de UV-C ou ozônio.

[037] Sensores de presença e detectores de movimento óticos encontram-se presentes no topo da torre e são utilizados por um circuito de segurança eletrónico, independente do sistema de IA do robô, para controlar o acionamento das lâmpadas no correto momento.

[038] Uma câmera e um sistema de áudio, alocados no topo da torre, permitem teleguiar o robô quando um operador deseja controlar o dispositivo de forma remota. Seu acesso é feito via web, acessando a plataforma através de um aplicativo. O mesmo sistema de áudio em conjunto com a câmera serve ao operador para se comunicar com as pessoas presentes na sala de forma remota. Em ambientes de alto risco de contaminação, esta comunicação permite estabelecer um diálogo com pacientes ou pessoas infectadas, evitando a exposição do operador.

[039] Um botão de emergência encontra-se visível na base do robô. Em caso de segurança, quando acionado o botão, o robô completo é desligado.

[040] Todas as informações, como imagens, áudios e vídeos, posição, rotas traçadas, trajetórias percorridas, históricos de desinfecção, tempo de operação, vida útil das lâmpadas e previsão para conclusão do serviço, podem ser acessadas no aplicativo e na plataforma de forma remota pelos responsáveis do serviço e por toda pessoa autorizada para acompanhar o processo Online.

[041] Considerando o descritivo aqui exposto, pode-se destacar a presente invenção como a única solução a combater a proliferação de vírus e bactérias presentes em ambientes, combinando UV-C e ozônio para desinfecção de todo tipo de superfície, mesmo na presença de pessoas ou animais nas proximidades de forma autónoma, eficiente e com a possibilidade de monitorar e gerenciar o processo mediante a conectividade.

Descrição dos desenhos anexos [042] A fim de que a presente invenção seja plenamente compreendida e levada à prática por qualquer técnico deste setor tecnológico, a mesma será descrita de forma clara, concisa e suficiente, com base os desenhos anexos, que a ilustram e subsidiam, estando abaixo listados:

Figura 1 - vista frontal do dispositivo robótico, no modo expandido (a) e retraído (b), com os módulos laterais fechados.

Figura 2 - vista frontal do dispositivo robótico, no modo expandido (a) e retraído (b), e os módulos laterais (7) abertos. Figura 3 - vista lateral do dispositivo robótico, no modo expandido (a) e retraído (b)„ com os módulos laterais (7) fechados.

Figura 4 - vista superior do dispositivo robótico, com os módulos laterais (7) abertos.

Figura 5 - vista em perspectiva do dispositivo robótico sem a carenagem. Descrição detalhada da invenção [043] A Figura 1 representa de forma esquemática o dispositivo robótico numa vista frontal, com a torre expandida (a) e retraída (b). Destacam a base (1 ) e as rodas (2), o primeiro andar de lâmpadas UV-C (3), fixas na base (1 ) e nos módulos laterais (7), o segundo andar de lâmpadas UVC (4), o terceiro andar de lâmpadas UVC (5) e módulo de telecomunicação com sensores de presença (6).

[044] Na Figura 2 , há a representação do dispositivo robótico com os módulos laterais (7) abertos, tanto com a torre expandida (a) quanto com a torre retraída (b). Lâmpadas UV são fixas tanto na torre quanto nos módulos laterais (7). A altura da torre é regulável, permitindo regular a altura dos módulos laterais (7) também.

[045] Na Figura 3 destaca-se o dispositivo robótico em uma vista lateral com os módulos laterais (7) fechados. Também se destaca nesta figura o suporte (9) para mobilizar de forma manual, caso for necessário, e a saída de ar forçado com ozônio (10) nas laterais do dispositivo.

[046] Na Figura 4 observa-se uma vista superior do dispositivo robótico, onde se observa com mais detalhes o módulo de teleconferência (6) que possui câmera e sistema de áudio integrado, assim como tela tacto.

[047] Na Figura 5 aprecia-se com mais detalhes os componentes principais do robô sem a carenagem. Nesta figura, destacam-se as rodas motorizadas (2), o gerador de ozônio (11), as saídas de ar forçado com ozônio (10), baterias (12), carregador (13), hardware de controle (14) e hardware de comunicação (15).

[048] A configuração acima descrita ilustra a maneira com que serão resolvidos os problemas existentes atualmente no que diz respeito à existência de um robô tele operado ou autónomo que poderá percorrer ambientes aproximando as lâmpadas de UV-C as superfícies presentes e aplicando ozônio de forma controlada sempre que for possível, com uma relação custo-benefício excelente comparado com as soluções presentes, já que reduz consideravelmente o tempo de desinfecção e exposição ao risco de das pessoas. A solução descrita também reduz erros humanos durante o processo, garantindo doce de irradiação UV e ozônio correta no ambiente.

[049] Salienta-se que as figuras e descrição realizadas não possuem o condão de limitar as formas de execução do conceito inventivo ora proposto, mas sim de ilustrar e tornar compreensíveis as inovações conceituais reveladas nesta invenção. Desse modo, as descrições e imagens devem ser interpretadas de forma ilustrativa e não limitativa, podendo existir outras formas equivalentes ou análogas de implementação do conceito inventivo ora revelado e que não fujam do espectro de proteção delineado na solução proposta. [050] Tratou-se no presente relatório descritivo de um dispositivo para desinfecção via radiação ultravioleta e ozônio, capaz de eliminar vírus e bactérias presentes no ambiente de maneira eficaz e versátil, com aplicação hospitalar, comercial, espaços comunitários e industrial. A invenção resulta em efeito técnico novo em relação ao estado da técnica, comprovando assim a sua novidade, atividade inventiva, suficiência descritiva e aplicação industrial, atendendo todos os requisitos à concessão de uma patente de invenção.