Pruebas de laboratorio automatizadas con robots

Un robot especialmente desarrollado para la automatización de laboratorios es el robot de doble brazo Motoman CSDA10F de Yaskawa. (Fuente: Yaskawa)

Un robot especialmente desarrollado para la automatización de laboratorios es el robot de doble brazo Motoman CSDA10F de Yaskawa. (Fuente: Yaskawa)

Para la automatización parcial de tareas de manipulación, se requiere un robot colaborativo que pueda ser utilizado en contacto directo con los humanos. (Fuente: Yaskawa)

Para la automatización parcial de tareas de manipulación, se requiere un robot colaborativo que pueda ser utilizado en contacto directo con las personas. (Fuente: Yaskawa)

En un proyecto de desarrollo actual, con el CSDA10F se llevan a cabo aproximadamente una docena de procesos para la producción totalmente automática de nanopartículas. (Fuente: Goldfuß Engineering GmbH)

En un proyecto de desarrollo actual, con el CSDA10F se ejecutan aproximadamente una docena de procesos para la producción totalmente automática de nanopartículas en sucesión. (Fuente: Goldfuss Engineering GmbH)

Los robots pueden realizar muchas tareas en el laboratorio y acelerar los procesos. (Fuente: Yaskawa)

La situación actual muestra: El sistema de salud se enfrenta rápidamente a sus límites cuando falta capacidad en los laboratorios, o cuando las instalaciones de prueba existentes no son lo suficientemente flexibles para variantes de pruebas o nuevos procedimientos de prueba modificados. En esta situación, los robots de laboratorio ofrecen una alternativa valiosa a la realización manual de pruebas.

En la industria, los robots ya están establecidos desde hace mucho tiempo. Pero también en entornos de laboratorio, la automatización está tomando fuerza. En investigación y desarrollo (farmacéutica, química, ciencias de la vida y medicina nuclear y bioquímica), análisis de sangre o fabricación de cosméticos personalizados, ya hace varios años que se confía con éxito en soluciones robóticas que son tan flexibles y universales que también son adecuadas para pruebas clínicas de infecciones. Además de aliviar al personal de laboratorio, el robot ofrece una excelente estabilidad y calidad en procesos repetitivos y constantes.

En la automatización asistida por robots de un proceso de laboratorio, existen fundamentalmente dos posibilidades:

a) La semi-automatización, en la que el robot realiza tareas recurrentes de manipulación del personal de laboratorio, proporcionando así un alivio. El robot asume tareas de manipulación, mientras que la gestión del proceso queda en manos del personal de laboratorio o del autómata de análisis.
b) La automatización completa del proceso de prueba, incluyendo la preparación de muestras, pipeteo, realización de pruebas, incluyendo la operación de todos los dispositivos de análisis por parte del robot. El robot asume la gestión del proceso y tareas de manipulación. Aquí se intenta construir celdas de trabajo estándar, lo más universales posible, con un robot de dos brazos como elemento central, que pueda ser adaptado y reprogramado de forma flexible para cualquier equipamiento de laboratorio. Una solución así puede realizar procesos de laboratorio de forma autónoma las 24 horas del día, con la máxima precisión y repetibilidad.

¿Qué tan rápido se pueden implementar soluciones de automatización asistida por robots?

En el caso de semi-automatización, es decir, cuando se desea añadir funciones de manipulación a robots colaborativos, esto se puede hacer muy rápidamente. La concepción y la instalación de una celda de robot completamente automatizada, en cambio, requiere algunos meses. Sin embargo, si una celda estándar de robot ya está instalada, y los dispositivos de laboratorio y análisis relevantes están configurados alrededor del robot, y si con el tiempo se ha desarrollado y almacenado una biblioteca de patrones de movimiento, "entonces estas celdas pueden ser reprogramadas rápida y fácilmente para nuevas tareas", según Thomas Goldfuss, director general de Goldfuss Engineering, que ya ha implementado varias celdas de laboratorio con robots de Yaskawa para clientes de renombre.

La solución rápida: semi-automatización de tareas de manipulación con robot colaborativo

Para aliviar rápidamente al personal de laboratorio, puede ser útil una semi-automatización de tareas de manipulación en estaciones de prueba manuales existentes. El robot realiza movimientos recurrentes, aliviando así al personal calificado. Para ello, se recomienda un robot colaborativo que pueda trabajar en contacto directo con las personas y sin necesidad de barreras de protección.

Un robot así es el Motoman HC10DT compatible con MRK de Yaskawa. Para su uso en laboratorio, son especialmente adecuados dos variantes del robot de 6 ejes: el HC10DT IP67, que cumple con la protección IP67 y por tanto es resistente al polvo y al agua, y el HC10DTF, diseñado para cumplir con requisitos higiénicos, cuyos componentes y grasas de transmisión tienen aprobación alimentaria.

Con el método Direct Teach (DT), simplemente se mueve el brazo del robot de un punto a otro en una secuencia de movimientos. Con ayuda de botones preprogramados en el robot, se determina si un agarrador debe abrirse o cerrarse en una posición determinada. Esta secuencia de movimientos se guarda en una biblioteca, y el robot puede repetirla tantas veces como sea necesario. Incluso un operador sin experiencia en programación de robots puede realizar esta tarea.

Estación de trabajo robotizada totalmente automática – con el robot de laboratorio de dos brazos CSDA10F

Un robot desarrollado específicamente para la automatización de laboratorios es el robot de dos brazos Motoman CSDA10F de Yaskawa. Gracias a su estructura similar a la humana y a sus dos brazos, que pueden realizar movimientos tanto de forma individual como sincronizada, es extremadamente versátil gracias a sus herramientas multifunción y agarradores. Funciona con casi cualquier equipamiento de laboratorio estándar y puede manejar dispositivos comunes, como placas de Petri, pipeteadores manuales, incubadoras o recipientes de reacción. Aunque la automatización con accesorios como pipeteadores con puntas costosas o estaciones de placas de microtítulos puede mejorar el rendimiento, no son imprescindibles.

Los dispositivos de análisis existentes, junto con su integración de software, se mantienen tal cual, incluso si no están optimizados para la automatización clásica. Por ejemplo, sistemas de manejo de líquidos costosos, con su material de consumo caro, no son necesariamente necesarios, ya que el robot puede encargarse directamente de esta tarea. En su estación de trabajo de laboratorio, el robot puede realizar una variedad de tareas que anteriormente estaban reservadas a las personas, como abrir y cerrar recipientes de reacción (que no siempre tienen que ser placas de microtítulos), pipetear, dosificar líquidos o polvos, preparar soluciones nutritivas con espátulas, colocar y retirar muestras, abrir, llenar y cerrar recipientes, así como operar equipos como centrifugadoras, agitadores o incubadoras. El CSDA10F es excelente para procesos de prueba complejos y estandarizados según protocolos establecidos, que originalmente estaban diseñados para ser realizados manualmente. También es una solución interesante en desarrollo de procesos, por ejemplo, para definir, asegurar y optimizar pasos de proceso antes de escalar la producción en una línea de producción posterior. En instalaciones mayores, ya se utiliza en Japón en síntesis biomédica (desarrollo de fármacos contra el cáncer) y en análisis químico (preparación de muestras).
El CSDA10F se basa en un robot que ya ha demostrado su fiabilidad en la automatización industrial. En esta versión, ha sido especialmente diseñado para cumplir con los requisitos de higiene en laboratorios, por ejemplo, mediante un recubrimiento resistente a sustancias, diseño higiénico lavable, esterilización con H2O2 y aptitud para salas limpias según ISO 14644-1.

El rango de aplicaciones del robot innovador es muy amplio gracias a su alta flexibilidad: puede aprender rápidamente nuevos flujos de trabajo completamente nuevos. Muchas movimientos característicos (pipeteo, apertura/cierre de "Eppi", manejo de placas de microtítulos, apertura/cierre de incubadoras, apertura/cierre de tapas de botellas) ya han sido estandarizados y se almacenan como módulos en una biblioteca de movimientos según sea necesario. La interfaz humano/robot, para operación y visualización, puede realizarse a través de un PC o un panel táctil. La interfaz HMI puede personalizarse o integrarse con software de programación de flujos de trabajo existente (por ejemplo, SAMI-EX de Beckman Coulter). Una vez que los programas de movimiento están almacenados en la biblioteca, el operador no necesita ser un experto en robots; simplemente compone y parametriza los pasos del proceso deseado.

Conclusión

Hasta ahora, la automatización clásica en laboratorios se consideraba a menudo demasiado inflexible y demasiado engorrosa. Pero hoy en día, existen modelos de robots fáciles de usar que pueden realizar una gran variedad de tareas de laboratorio. Pueden encargarse de trabajos que son demasiado peligrosos o demasiado monótonos para las personas. Además, el uso de robots garantiza, incluso con un gran número de muestras, una reproducibilidad exacta de los resultados. La automatización de laboratorios no solo ahorra tiempo y costos, especialmente en altos rendimientos. Gracias a su precisión inigualable, crea nuevas condiciones para la investigación de sustancias de partida, cuya producción hasta ahora no era suficientemente segura o reproducible.