Robot intelligenti in laboratorio per la gestione automatizzata dei campioni

I laboratori medici si trovano ad affrontare una significativa carenza di lavoratori qualificati.

Questa situazione è resa ancor più grave dal cambiamento demografico in atto: in Germania, oltre i due terzi dei medici specializzati in medicina di laboratorio ha più di 50 anni. Negli ospedali, un quarto degli assistenti tecnici medici (MTA) rientra in questa fascia d’età, mentre circa la metà ha oltre 45 anni. Nel prossimo futuro, quindi, buona parte del personale andrà in pensione. Parallelamente, tuttavia, con il progressivo invecchiamento della popolazione aumenta anche il fabbisogno di accertamenti medici e quindi di capacità di verifica. Già ora, per la gestione di 4.500 campioni sono necessarie di norma 8 persone per turno. Ad oggi, l’87% dei laboratori tedeschi dispone di un numero di collaboratori insufficiente. Chi si occuperà del trattamento dei campioni di laboratorio in futuro?

Occorre intervenire con urgenza per trovare risposte adeguate a questa sfida. È qui che entra in gioco la cella robot intelligente ASR600, sviluppata dall’azienda robominds di Monaco di Baviera. Il fulcro della cella è rappresentato dalla tecnologia robobrain®, basata sull’intelligenza artificiale, che insieme agli speciali componenti dei partner tecnologici Universal Robots, item, Zimmer Group e SICK, da vita a una soluzione a 360 gradi. Grazie a tale tecnologia, il riconoscimento e lo smistamento dei campioni vengono automatizzati in modo flessibile e intelligente senza alcuna necessità di programmazione e quindi senza gli ostacoli iniziali a essa connessi.

Intelligenza, vista e abilità: ai cobot non manca nulla

La mission dell’azienda fondata nel 2016, che oggi impiega circa 30 collaboratori, recita “Every robot needs a brain”, ossia: “Dotiamo i robot di un cervello e della capacità di vedere per rendere la robotica accessibile a tutti. Non è necessario saper programmare per utilizzare i robot”, afferma Christian Fenk, Chief Sales Officer di robominds. In tale ottica, il team di robominds conia una nuova concezione di innovazione secondo cui una tecnologia è innovativa non solo quando in linea di principio è possibile, ma anche quando può essere utilizzata senza conoscenze particolari. Proprio come nel caso della tecnologia di robominds: al centro si colloca robobrain®, una piattaforma di comando basata sull’IA che conferisce al robot un “cervello”, ossia l’intelligenza. Gli stimoli ottici vengono trasmessi dall’“occhio” del robot, la telecamera industriale 2D/3D robobrain.eye. Mentre il coordinamento mano-occhio ha rappresentato per lungo tempo un ostacolo considerevole per i robot, le applicazioni di robominds conferiscono ai cobot la capacità di percepire gli oggetti, di riconoscerli e afferrarli. E se è vero che questo presuppone l’uso dei giusti effettori finali, è anche vero che i prodotti di robominds sono indipendenti dal produttore, ossia possono essere combinati con qualsiasi hardware.

Un’altra particolarità è che i cobot non hanno bisogno di essere addestrati in anticipo, poiché le abilità dell’IA sono già pre-addestrate e quindi pronte per l’uso immediato.

Il trio di componenti per la robotica intelligente è completato da robobrain.skills, ossia singole abilità che consentono ai robot di svolgere determinati compiti. Tra queste si annoverano la Smart Item Detection Skill (riconoscimento generico di oggetti di dimensioni da piccole a mediograndi), la Smart Parallel Picking Skill (riconoscimento di pezzi da piccoli a mediograndi e loro manipolazione con pinze a due dita) e la Sample Tube Detection Skill (riconoscimento e smistamento di campioni all’interno di una griglia in base alle dimensioni e al colore). Quest’ultima è stata sviluppata per la cella robot ASR600. Le abilità possono essere adattate in modo flessibile e personalizzato. Grazie a questa interazione, le operazioni da svolgere possono essere automatizzate pressoché senza nozioni di programmazione. Un’ulteriore particolarità risiede nel fatto che non è necessario alcun addestramento precedente dei cobot perché le abilità di IA sono preaddestrate e subito utilizzabili.

In laboratorio, i robot intelligenti e flessibili mostrano tutti i loro punti di forza

Per dare vita a una soluzione completa efficiente e affidabile è necessario combinare correttamente i singoli componenti e farli interagire. Oltre a robobrain® come base di controllo, nei prodotti ASR600 sono stati utilizzati la serie XMS di item per l’involucro, due cobot UR5e di Universal Robots, i sistemi di sicurezza di SICK e le pinze di Zimmer Group. “Il nostro contributo principale è stata una rete addestrata espressamente e ottimizzata per smistare e separare i campioni di sangue, urina, feci e tessuti“, aggiunge Fenk. La “separazione” implica il riconoscimento e lo smistamento di differenti tipi di campioni con tappi di colore diverso. La presenza di numerose tipologie di provette, tutte standardizzate, genera un elevato grado di complessità. Di norma, i laboratori trattano 34 diversi tipi di campioni. In passato, questo rendeva impossibile un’automatizzazione standardizzata.

Inoltre, i cobot sono dotati ciascuno di uno scanner di codici a barre. Ciò garantisce che, da un lato, i dati dei pazienti vengono assegnati correttamente e, dall’altro, viene controllata la qualità del codice.

Con la cella robot per lo smistamento automatizzato dei campioni in laboratorio è diverso: grazie alle abilità di IA di cui sono dotati, i cobot sono in grado di eseguire la separazione autonomamente e di reagire in modo flessibile. Così è possibile trattare fino a 600 campioni all’ora. Sono supportati campioni con diametro compreso tra 5 e 80 mm. Inoltre, i cobot sono provvisti di un lettore di codici a barre che offre una duplice garanzia: la corretta attribuzione dei dati dei pazienti e la verifica della qualità del codice. Questo assicura in tempo reale che l’impianto di test separato del laboratorio, anch’esso automatizzato, sarà in grado di elaborare il codice a barre. In quest’ottica, quindi, la cella funge anche da Quality Gate, ossia decide se consentire o meno il passaggio alla fase di processo successiva. Grazie all’interfaccia utente intuitiva, l’uso da parte dei collaboratori del laboratorio è così semplice che tutti possono utilizzare l’ASR600, non servono conoscenze pregresse in materia di robotica.

La filosofia modulare item è l’ideale per soddisfare tutti i requisiti

Quando si opta per una cella robot chiusa sotto forma di cabina macchina, lo si fa soprattutto per ragioni di sicurezza e di igiene. In questo ambito la serie XMS ha evidenziato tutti i suoi vantaggi, come le canaline portacavi integrate e le superfici semplici da pulire, che fanno dei profilati XMS la base perfetta per cabine macchina per camere bianche. A questi si aggiunge la struttura modulare che contraddistingue tutti i profilati item. Christian Fenk è affascinato dalle sue qualità: “il componenti modulari item sono straordinari. Posso rendere la mia struttura più grande, più piccola, più spessa o più sottile, e adattarla al singolo processo. Così posso portare la meccanica là dove il laboratorio cliente la richiede, esattamente nella modalità richiesta, in maniera semplice e veloce. È molto comodo”. Grazie alla modularità, la cella robot può essere adattata senza difficoltà ai requisiti specifici del laboratorio, come la dimensione di passaggio delle porte e la portata. Apportare modifiche è sempre possibile e oltremodo semplice. Se, ad esempio, è necessario un cobot solo, bastano pochi passaggi per rimuoverne uno e riposizionare quello richiesto. L’IA si adatta automaticamente ai cambiamenti: questo esempio mostra in maniera esemplare l’armonia tra le soluzioni di robominds e item.

Il bello di item è che anche le richieste speciali arrivano con precisione. Avvitando semplicemente sul posto, la cella è stata allestita in pochissimo tempo.

robominds ricorre ai componenti modulari item per la robotica anche per altri progetti. Per farlo spesso si avvale delle aziende della rete di pluspartner item: “per ciascun progetto posso contare sullo stesso livello di qualità. Sviluppiamo l’intelligenza del robot, quindi la integriamo insieme ai partner e scaliamo l’intera soluzione. Al tempo stesso, i clienti possono contare su partner e assistenza a livello locale. Del resto, con l’hardware dei robot facciamo lo stesso”, conclude Christian Fenk. Nel caso della cella robot per i laboratori, dopo aver creato un progetto preliminare con l’ausilio di item Engineeringtool, la collaborazione diretta con item ha permesso di dare alla cella il tocco finale. “La cosa fantastica di item è che anche le richieste speciali vengono realizzate con precisione. La realizzazione della cella, quindi, è stata portata a termine rapidamente. A questa si sono aggiunti i robot e le piastre di montaggio per il loro adattamento al profilato standard”, spiega Fenk.

La nuova automatizzazione del laboratorio in anteprima ad anaytica

In occasione di analytica, la fiera di riferimento a livello mondiale per la tecnica di laboratorio, l’analitica e la biotecnologia che si è svolta dal 21 al 24 giugno 2022, robominds ha presentato la cella robot agli operatori del settore. La fiera ha messo in luce un considerevole fabbisogno di automatizzazione non solo nei laboratori medici, ma anche in quelli di tanti altri settori collegati. Le aziende, che avevano reperito informazioni dettagliate prima della fiera, si sono presentate presso lo stand con richieste concrete. Così, durante la fiera è stato possibile avviare alcuni primi progetti relativi a campioni di acque reflue, test su alimenti e analisi di colture di lievito per un birrificio. Christian Fenk sottolinea l’importanza del tema: “Le intense discussioni hanno evidenziato il forte fabbisogno dei diversi settori. L’aspetto decisivo è che l’IA abbia compreso cosa sia un campione e che cosa farne. Non importa che si tratti di un campione di sangue o di acqua. Non serve riprogrammare nulla”. Una cosa è certa, in questo campo vedranno la luce tante nuove applicazioni robotiche.

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