Aktuální vydání

celé číslo

02

2021

Systémy pro řízení vodárenských sítí a ČOV

Hladinoměry

celé číslo

Úspěšný vývoj systému pro UV dezinfekci kabin dopravních letadel

Zatímco v historii byly vstupní branou epidemií přístavy, dnes jsou to letiště. Článek popisuje vývoj zařízení GermFalcon, určeného k dezinfikování interiéru letadel ultrafialovým zářením v pásmu C, které eliminuje viry i bakterie na exponovaných površích. V minulosti letecké společnosti nevěnovaly dezinfekci paluby letadel náležitou pozornost, nyní se však jejich přístup mění. 

Některé velmi pokročilé technologie v praxi uspějí teprve během nepředvídatelné, někdy i tragické situace, a taková letos nastala v období celosvětové pandemie covidu-19.

 

Od prvního nápadu k prototypu

V malé kanceláři v Beverly Hills v Kalifornii (USA) navrhli před šesti lety dr. Arthur Kreitenberg a jeho syn Elliot systém pro rychlou dezinfekci kabiny dopravních letadel ultrafialovým zářením UV-C (obr. 1). Přestože letecké společnosti nejsou na palubě vázány hygienickými předpisy ani normami, vycítil dr. Kreitenberg jako lékař příležitost nabídnout řešení prevence infekcí v letecké dopravě tzv. na klíč. Náročný vývoj a komplexní testy vedoucí k mezinárodním patentům byly velmi nákladné a financované z příjmů dr. Kreitenberga, který je mj. úspěšným ortopedickým chirurgem.

Jako zakladatelé společnosti Dimer LLC otec a syn nejdříve využili kontakty dr. Kreitenberga z Irvine School of Medicine (University of California), kde je profesorem, k vybudování projektového a konstrukčního týmu. Další kontakty získali díky Americkému institutu pro letectví a astronautiku (AIAA), kde dr. Kreitenberg pracuje v technickém výboru pro biologické vědy. To, že byl dvakrát jedním z finalistů při výběru budoucích astronautů, také rozšířilo okruh kontaktů mladé společnosti, která si již v roce 2014 základní koncept přístroje patentovala.

Mechanické a elektrické práce prováděla partnerská společnost ADM Works, kalifornský výrobce špičkových technických zařízení. ADM Works úspěšně vyvíjela lékařské přístroje v několika projektech pro Boeing a americkou armádu.

Výzkum optimální konstrukce revolučního produktu nebyl jednoduchý. Při zahájení konstrukčních prací pro GermFalcon, nový stroj, který používá intenzivní ultrafialové světlo k odstranění bakterií a virů (včetně koronavirů) v letadle, se vývojový tým snažil získat co nejvíce informací „v terénu“, tedy na letištích a na palubě letadel.

„Rozhodně na nás mířila spousta pohledů cestujících a vyslechli jsme mnoho dotazů od letušek,“ vzpomíná dr. Kreitenberg. „Dokážete si představit, že naše počínání vzbudilo určitou pozornost, zejména vyjmutí měřicí pásky během letu a měření sedadel a opěradel. Pravda je, že když jsme vysvětlili letuškám, co děláme a co jsme navrhovali, byly z toho opravdu nadšené.“

 

Šíření infekce na palubě letadel

Z lékařského hlediska nebyl vývoj zařízení o nic jednodušší. Pro výrobce dopravních letadel a mnohé aerolinky byly během posledních třiceti let provedeny studie přítomnosti nakažlivých zárodků v kabině letadla, na sedadlech cestujících a v jejich okolí, také na toaletách. Modelování kapénkového šíření infekce mezi cestujícími v kabině dopravních letadel během letu vedlo po roce 2000 k úpravám proudění vzduchu v kabině a k jeho intenzivní filtraci, jestliže se do kabiny částečně vracel.

Ale z ekonomických důvodů a pro pracovní a časovou náročnost byla v minulosti mnohá dezinfekční opatření v kabinách letadel na relativně nízké úrovni. Ani epidemie SARS a eboly nezvýšily úsilí leteckých dopravců o zdravější prostředí na palubách letadel. Teprve agresivní šíření viru SARS-CoV-2, u něhož dodnes nejsou známy všechny způsoby jeho přenosu, vyzdvihlo potřebu téměř perfektní dezinfekce všech povrchů v kabině letadla do centra pozornosti leteckých společností při jejich snaze o co nejrychlejší obnovení letového provozu. Hlavním cílem je dnes překonání obav potenciálních cestujících z mnohahodinového pobytu v uzavřené kabině s více než stovkou spolucestujících. Mezinárodní asociace pro leteckou dopravu (IATA) v roce 2016 dokumentovala 3,7 miliardy cestujících s očekávaným ročním růstem vyšším než 6 % a zdvojnásobením počtu cestujících během příštích dvaceti let. V letadlech je a bude stále větší počet a hustota cestujících. Také odolnost a virulence mikroorganismů a virů stále rostou a v letadlech se vytváří takřka perfektní prostředí pro jejich šíření.

Vědecké údaje spojující komerční lety s šířením nemocí poukazují na skutečnost, že výletní lodě byly po mnoho let spojovány s šířením norovirové infekce, způsobující akutní gastroenteritidu (tzv. žaludeční chřipku, projevující se zvracením a průjmem). Během dovolené na moři zůstávají pasažéři v inkubačním intervalu 12 až 48 hodin na palubě lodi, takže nemoc se projeví už tam, ale cestující v letecké dopravě jsou rozptýleni po celém světě bez motivace leteckých společností sledovat jejich zdravotní stav po opuštění letadla a přijímat následná opatření. Jediné údaje tedy pocházejí od leteckého personálu. Například v roce 2009 se cestující s norovirem přepravoval komerčním letem. Navzdory používaným protokolům pro čištění a dezinfekci byla téměř polovina letušek do pěti dnů postižena virovou gastroenteritidou.

 

Letecká doprava jako šiřitel epidemií

Harvardova univerzita prokázala pozitivní korelaci mezi počtem cestujících v letecké dopravě a závažností chřipkových epidemií v letech 2000 až 2015 a dospěla k závěru, že mezinárodní letecká doprava významně ovlivňuje tvorbu nových epicenter chřipky, stejně jako má domácí letecká doprava v USA vliv na míru rozšíření chřipky mezi jednotlivými státy. Centra pro kontrolu a prevenci nemocí (Centers for Disease Control and Prevention – CDC) a Národní ústav pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (National Institute for Occupational Safety and Health – NIOSH) hlásily během stejného období míru nemocnosti letového personálu jako čtyřnásobnou oproti skupině administrativních pracovníků odpovídajícího věku a dvojnásobnou oproti skupině učitelů škol.

Univerzita v Auburnu (Alabama) ukázala, že lidské patogeny E. coli a kmeny S. aureus rezistentní proti meticilinu (MRSA – multirezistentní zlatý stafylokok) přežívají na povrchu kabin letadel až jeden týden. Laboratoř EMLab P&K na základě zadání webového portálu Travelmath provedla stěry v komer­čních letadlech a zjistila, že stolky sedadel měly více než osminásobně větší kontaminaci ve srovnání s tlačítkem splachovadla, které bývá považováno za nejznečištěnější místo v letadle. Více mikroorganismů než na tomto „nebezpečeném“ tlačítku bylo dokonce i na ovládání ventilačního systému nad sedadlem (https://www.travelmath.com/feature/airline-hygiene-exposed/).

Vývojovému týmu společnosti Dimer bylo v roce 2014 jasné, že přišel čas použít UV-C k dezinfikování letadel. Realita leteckého průmyslu byla ale trochu jiná a obchodní úspěch na sebe nechal čekat šest let.

 

Princip funkce

Dnes ve své páté generaci GermFalcon používá k ozáření kabiny letadel, toalet a kuchyně ultrafialovým světlem sadu rtuťových výbojek. Na rozdíl od vlnových délek záření UV-A a UV-B se vlnová délka UV-C, tj. 200 až 280 nm, vyzařovaná rtuťovou výbojkou, nedostane ze Slunce na povrch Země, protože je silně absorbována dusíkem v atmosféře. Protože záření UV-C silně poškozuje DNA, působí atmosféra pro život na Zemi jako ochranná bariéra. Zařízení GermFalcon při použití elektrického proudu 100 A z lithium-železo-fosfátové baterie vytváří pomocí rtuťových výbojek tak velký světelný tok, že podle tvrzení společnosti může zlikvidovat viry chřipky z celého vnitřního povrchu dopravní kabiny letadla přibližně za 3 až 5 min: při pohybu uličkou tam a zpět a minutovém pobytu na toaletě a v kuchyňce.

Původní inspirací pro zkonstruování zařízení GermFalcon byla snaha o prevenci šíření chřipky prostřednictvím letecké dopravy. Dr. Kreitenberg jako ortopedický chirurg se zkušenostmi ve strojním inženýrství byl seznámen s UV-C sterilizací na operačních sálech. „Naší motivací bylo vzít UV-C systém dezinfekce mimo nemocnici do jiných oblastí, kde jsou lidé ohroženi viry,“ uvádí. „U SARS, MERS a sezonní chřipky se zdálo jasné, že letadla jsou hlavním způsobem přenosu. Bylo také zřejmé, že letadla nikdo účinně nedezinfikoval.“

„Mnohé chemikálie, které byste mohli použít v nemocnici, není možné použít v letadle,“ zdůrazňuje dr. Kreitenberg. „A některé z nich nejsou zdaleka tak efektivní nebo praktické, jak se předpokládá. Zastavte se na minutu a podívejte se na pokyny pro dezinfekci povrchu pomocí ubrousků Lysol Wipe, pak si zkuste představit, jak to udělat v letadle.“ (Pokyny pro použití dezinfekčních ubrousků Lysol Wipe lze najít např. na https://www.lysol.com/products/disinfecting-wipes/lysol-disinfecting-wipes-brighter-horizon/.)

Vytvořit koncept, jak vtěsnat celé zařízení do mnoha typů komerčních letadel, nebylo vůbec jednoduché. Klíčovými konstruk­čními omezeními zavedení sterilizace UV-C do letecké dopravy byla prostorová geometrie, čas a potřebné úsilí operátora. Dr. Kreitenberg potřeboval vědět, kolik prostoru má jejich systém k dispozici, aby se mohl pohybovat uličkami, aniž by narazil na sedadla, opěradla, dveře toalety nebo horní úložné prostory. Potřeboval také znát, jaké povrchy kabiny jsou nejnebezpečnější, a jak se dalo očekávat, jsou to horní části opěradla sedadla. Tento údaj byl potvrzen tím, že byly otřeny povrchy kabiny a analyzovány stěry z asi dvanácti letů. Podle těchto údajů byla navržena potřebná intenzita a poloha UV výbojek, které by zajistily sterilizaci letadla během několika minut.

„Čas je velkým omezením. Letecké společnosti chtějí, aby pracovní čety letadlo uklidily mezi lety co nejrychleji,“ říká dr. Kreitenberg. „Přál bych si, abych mohl říci, že jsme to všechno vyřešili matematicky,“ dodává. „Pravda je, že jsme šli na vrakoviště letadel na okraji letiště Mojave v Kalifornii a koupili jsme několik řad sedadel a stropních přihrádek, ušpinili je bakteriemi, položili na ně měřidla UV záření a pak jsme je ozařovali, stírali a pěstovali kultury pro hodnocení účinku výbojek.“

„Aby bylo dosaženo správného výsledku, museli jsme použít čtyři až pět iterací. Ukázalo se, že existuje mnoho různých konfigurací letadel,“ vysvětluje dr. Kreitenberg.

Zpočátku si vývojový tým představoval GermFalcon jako nezávislý robot, ale toto řešení vedlo k mnohonásobným konstrukčním komplikacím. „O robotice se snáze mluví, než se uplatňuje v praxi, i když zařízení jede jen sem a tam letadlem,“ konstatuje dr. Kreitenberg. Senzory nebyly dostatečně odolné a potřebovaly častou rekalibraci, motorové pohony byly náročné na energii a zvyšovaly hmotnost baterií. Robotika vyčerpala asi rok vývoje, než se odborníci týmu rozhodli opustit tuto slepou vývojovou cestu ve prospěch člověka chráněného štítem.

Výsledné řešení přístroje se podobá vozíku, na kterém letušky rozvážejí obědy, ale je vybaveno dvěma stavitelnými „křídly“, která obsahují rtuťové výbojky UV-C namířené několika směry (obr. 2) tak, aby bylo v komplexním prostoru kabiny letadla ozářeno co nejvíce stěn, ploch a štěrbin (obr. 3).

Americké a zahraniční patentové úřady uznaly novost a užitečnost zařízení GermFalcon. Již bylo vydáno několik patentů a několik dalších čeká na vyřízení. GermFalcon byl úspěšně předveden v různých konfiguracích komerčních letadel a na pozemních maketách. Byly splněny všechny požadované certifikace pro použití na palubě letadla.

GermFalcon pracuje uvnitř komerčního letadla ve třech režimech a konfiguracích pro optimalizaci expozice ozáření sedadlové části, toalet a kuchyně s využitím 22 rtuťových výbojek UV-C. Vysokotlaký ventilátor současně odfukuje prach z podlahy, aby cirkuloval v efektivní zóně UV-C, což zajišťuje kompletní dezinfekci kabiny, ale zároveň vyžaduje, aby obsluha použila ochranné prostředky dýchacích cest.

 

Komerční využití

Během několika posledních let společnost Dimer LLC prosazovala svou nabídku GermFalcon jako rychlé, efektivní a levné řešení pro sanitaci letadel. Ale jít na trh bylo pro malou společnost náročné. Ačkoliv v roce 2018 design GermFalcon obdržel vrcholové ocenění Crystal Cabin Award (cena představuje závěr nezávislého hodnocení, které propaguje přínosné inovace v letectví po celém světě), ani toto ocenění nepřivedlo nové zákazníky.

Teprve celosvětová pandemie probudila náhlý zájem leteckých společností a nedávno, 20. června letošního roku, firma Dimer LLC uzavřela exkluzivní partnerskou dohodu se společností Honeywell, dodavatelem mnoha systémů leteckým společnostem. Nyní – s názvem Honeywell UV Cabin System (obr. 5) – může dezinfekční vozík ošetřit kabinu letadla za méně než 10 min s cenovou nabídkou pouhých pár dolarů za jedno ošetření pro středně velké a velké letecké flotily.

Honeywell je v leteckém a kosmickém průmyslu dlouho známý jako dodavatel leteckých komunikačních systémů a výrobce komponent. Firma se v současnosti více zaměřila na bezpečnost cestujících: nabídla bezpečnostní balíčky pro cestující a posádku uprostřed krize způsobené covidem-19 a také zahájila neformální studie o popandemických preferencích cestujících. Nyní, prostřednictvím partnerství se společností Dimer LLC, může společnost Honeywell nabídnout zařízení pro UV-C dezinfekci kabin letadel.

„Počínající spolupráce je velkou výhrou pro naše zákazníky v letecké dopravě, kteří hledají cenově dostupné způsoby, jak efektivně a rychle vyčistit kabiny mezi lety. Společnost Honeywell pracuje na mnoha řešeních, která cestujícím usnadní létání,“ vysvětlil Mike Madsen, prezident a generální ředitel Honeywell Aerospace. „Vždy vyhodnocujeme způsoby, jak zlepšit leteckou dopravu, a to včetně spolupráce s partnery. Cestovní ruch je právě v bezprecedentně nepříznivé situaci a my se snažíme pomáhat lidem znovu se odvážit v pohodě létat. Naše nové partnerství se společností Dimer je toho dobrým příkladem, protože věříme, že kabinové UV zařízení Honeywell je přesně to, co letecké společnosti hledají, aby odstranily obavy cestujících.“

Firma Dimer LLC v současnosti podporuje Honeywell při rozběhu sériové výroby. Během přípravy partnerské dohody připravil Honeywell podrobný obchodní koncept. Podle něj je zákazníkem letecká společnost. Letecké společnosti, které zaměstnávají vlastní uklízecí čety, budou skutečným kupujícím. Letecké společnosti, které uzavírají smlouvy s místními úklidovými společnostmi, nasměrují svého dodavatele na nákup zařízení GermFalcon. Zařízení se budou vyrábět v USA. Předpokládaná prodejní cena pro letecké společnosti je 50 000 amerických dolarů plus roční smlouva o údržbě 5 000 dolarů se zárukou opravy nebo výměny do 24 h. Při amortizaci za deset let života zařízení a při dezinfekci pouze tří letadel s jednou uličkou denně je náklad méně než osm centů na sedadlo. Byla vypracována dohoda s leasingovou společností, jestliže tomu letecká společnost dává přednost, s podobnými náklady na sedadlo. Předpokládá se jedno zařízení GermFalcon u letištní brány, v některých případech jedno na dvě brány. IATA hlásí 265 000 bran na 17 500 letištích po celém světě. Při prodejním úspěchu u pouhých 10 % leteckých společností jsou potenciální tržby odhadovány na jednu miliardu dolarů.

S dosaženou spoluprací může být vedení společnosti Dimer LLC více než spokojeno.

„Spolupráce s firmou Honeywell vkládá tuto techniku do rukou přední světové firmy v oblasti letectví, která může rychle dodávat leteckým společnostem a jiným provozovatelům letadel,“ řekl Elliot M. Kreitenberg, spoluzakladatel a prezident společnosti Dimer LLC. „Když se cestovní ruch začíná zotavovat, víme, že metoda dezinfekce, jejíž účinnost je prokázána v nemocnicích, zmírní obavy cestujících, a to je to, co chceme použitím našeho systému zajistit.“

A jaké jsou výhody zařízení GermFalcon pro letecké společnosti? V první řadě je to dezinfikování interiéru letounu pro ochranu zdraví cestujících a posádky, podobně jako se staly přínosem před lety dobrovolné palubní defibrilátory. V posledních několika letech jsou letecké společnosti z hlediska komfortu a čistoty letadel hodnoceny cestujícími stále hůře a v současné době by program intenzivní sanitace prostorů letadel jistě získal ocenění cestující veřejnosti. Osmdesát procent cestujících je ochotno připlatit si za „dezinfikovaný“ let navíc dva dolary nebo více. Za méně než osm centů na sedadlo se GermFalcon zaplatí do 150 letů. I když nebudou účtovány žádné další poplatky, letecké společnosti, které zareagují jako první, získají výhodu oproti konkurentům, protože 93 % cestujících si vybere dezinfikovaný let oproti tomu, jenž není dezinfikován. Když letecká společnost prodá jednu letenku za 200 dolarů, kterou by jinak vůbec neprodala, návratnost investice je za tento let desetinásobná.

Epidemie jsou pro letecké společnosti mimořádně nákladné. Například při epidemii SARS v roce 2003 odhadovala IATA celkové způsobené ztráty na 33 miliard dolarů. Jen ztráty severoamerických leteckých společností byly odhadnuty na 1 miliardu dolarů, zatímco v Asii a Tichomoří letecké společnosti ztratily dohromady odhadem 18 miliard dolarů. MERS, ebola, horečka zika a chřipka H1N1 měly podobný dopad. Prevence nebo zmírňování šíření nemocí ušetří peníze. Změna vnímání letadel jako čistých a bezpečných dopravních prostředků zvýší zájem cestujících o létání.

Generální ředitel firmy Airbus Guillaume Faury označil pandemii covidu-19 za „nejvážnější krizi, kterou letecký průmysl kdy poznal“. Podobné pocity vyjádřila Mezinárodní asociace pro leteckou dopravu. Obchodní skupina, která zastupuje téměř 300 leteckých společností, uvádí, že toto odvětví je „teprve na začátku dlouhého a obtížného zotavení“ a přetrvává „obrovská nejistota ohledně toho, jaký dopad by mohlo mít obnovené šíření covidu-19 na klíčových trzích“.

Doufejme, že ve světě je mnoho podobných malých společností s životně nebo zdravotně významnou technikou, které se doposud na trhu neprosadily, a že během současné krizové doby najdou finanční podporu a obchodní cestu, jak své inovace přivést úspěšně na trh.

Petr V. Liška

Obr. 1. Vývojáři zařízení GermFalcon: dr. Arthur Kreitenberg a jeho syn Elliot Kreitenberg

Obr. 2. Vývojáři otec a syn Kreitenbergerovi při prvních zkouškách zařízení GermFalcon

Obr. 3. GermFalcon v kabině letadla

Obr. 4. Schéma funkcí zařízení GermFalcon

Obr. 5. Zařízení pod novým názvem Honeywell UV Cabin System na palubě letadla