Con la robotica e la produzione automatizzata contro la pandemia di COVID-19

BoKa Automatisierung ha sviluppato una cella robotica con un robot Fanuc per rendere più rapido e sicuro il processo di testing per il coronavirus in modalità drive-through. (Fanuc)

Robotec Solutions sta attualmente costruendo diverse sistemi robotici per aziende globali nel settore sanitario e della diagnostica. (Robotec Solutions PlasticMate)

L'ospedale universitario di Aalborg si affida a soluzioni automatizzate affinché i robot alleggeriscano il personale nel trattamento dei campioni di sangue. (Kuka) / L'ospedale universitario di Aalborg solleva il personale di laboratorio dal peso della gestione dei campioni di sangue mediante soluzioni automatizzate. (Kuka)

Teamtechnik mette in funzione un impianto complesso di montaggio e collaudo per un prodotto di diagnostica del coronavirus. (Teamtechnik)

PIA Automation offre linee di montaggio completamente automatiche per la produzione ad alta velocità di mascherine facciali. (PIA) / PIA Automation provides fully automatic assembly lines for high-speed production of face masks. (PIA)

Con approcci innovativi, gli specialisti di robotica e automazione supportano la lotta contro la pandemia di Corona. Così, i robot aiutano a eseguire i test per il COVID-19 e la loro analisi in laboratorio, automatizzano la produzione di apparecchiature mediche o di dispositivi di protezione. E sulle linee di montaggio automatizzate si producono quotidianamente centinaia di migliaia di mascherine di protezione indispensabili. Uno sguardo alla pratica.

Sebbene alcune produzioni siano state ferme o lo siano ancora durante la pandemia di COVID-19, ci sono anche aziende che devono aumentare urgentemente la propria capacità produttiva – ad esempio perché producono materiali per test COVID-19 o dispositivi di protezione come mascherine. Qui, le tecnologie di produzione automatizzata e l’automazione aiutano a raggiungere quantità di pezzi che con la produzione manuale sarebbero impossibili – specialmente con le attuali regole di distanziamento e restrizioni di contatto.

E anche nell’esecuzione dei test COVID-19 o nelle attività successive in laboratorio, le soluzioni automatizzate possono alleggerire e proteggere le persone, perché la tecnologia, e non l’uomo, entra in contatto diretto con possibili infetti da COVID-19. Gli specialisti dell’automazione hanno ideato molte soluzioni, cosa molto apprezzata da Patrick Schwarzkopf, amministratore delegato del VDMA-Fachverband Robotik + Automation: «La disponibilità e la creatività delle aziende ci hanno conquistato»», si entusiasma Schwarzkopf. «Da ogni parte arrivano iniziative e nuove idee per impiegare la tecnologia di automazione per affrontare la crisi del COVID-19. Le aziende mostrano una velocità sbalorditiva: ci sta passando una forte brezza di spirito imprenditoriale.»

Drive-through robotizzato per i test di massa COVID

Una di queste idee, che dimostra come, oltre al “social distancing”, anche un “approccio industriale” possa contribuire a contenere il virus COVID-19, viene da Dorfprozelten in Baviera. Qui, BoKa Automatisierung ha sviluppato una cella robotizzata per rendere più rapida e sicura l’automatizzazione dei test COVID-19 in modalità drive-through. Al posto del personale medico, vengono utilizzati un sistema video e un robot Fanuc per guidare i test e raccogliere i campioni.

Attraverso un tablet, l’automobilista si identifica tramite il finestrino laterale del veicolo e un robot Fanuc LR-Mate gli consegna un tubicino per il test. Una guida video indica come effettuare il prelievo. «Per garantire che ogni test sia utilizzabile, il prelievo con tampone può essere monitorato tramite trasmissione video da una persona con formazione medica», spiega Severin Bobon, co-proprietario di BoKa Automatisierung. Alla fine, il robot prende il tubicino usato – e lo conserva fino al trasporto in laboratorio.

La gestione dei test avviene tramite codici a barre sui singoli tubicini. Ogni persona deve prima scansionare la propria carta d’identità, in modo che il robot possa associare i dati al test corrispondente. Poiché il sistema è progettato per due persone contemporaneamente, si potrebbero raccogliere circa 500 campioni al giorno e per impianto – e tutto in modalità senza contatto e automatizzata, 24 ore su 24. Per confronto: le stazioni di test drive-in, gestite da personale medico, arrivano (anche a causa di orari di apertura limitati) a circa 200 test COVID-19 al giorno.

Robot automatizzano la produzione di dispositivi di test

Oltre a tali tamponi, i test sierologici per gli anticorpi svolgono un ruolo importante nella lotta alla pandemia. Ma da dove proviene il materiale per i numerosi test COVID-19? Tra l’altro, da impianti di Robotec Solutions. Gli specialisti svizzeri di robotica stanno attualmente costruendo diversi impianti robotici per aziende globali nel settore healthcare e diagnostica.

In uno di questi impianti, i robot scaricano in un ambiente sterile i componenti necessari per i test del sangue. Questi componenti vengono prodotti, tra l’altro, tramite stampaggio a iniezione presso la Flex Precision Plastics. Dopo il caricamento, vengono controllati tramite test ad alta tensione, sistemi di visione e sensori sofisticati. I pezzi buoni vengono poi etichettati con laser e inviati su un nastro trasportatore o direttamente imballati.

Perché la domanda di questi prodotti usa e getta, che devono essere sostituiti dopo ogni test, è aumentata notevolmente a causa del COVID-19. Data l’alta richiesta di automazione, Robotec ha realizzato cinque di questi impianti in tempi molto rapidi, sotto pressione e con rigorose misure igieniche: «Il nostro team applica rigorosamente le normative delle autorità sanitarie svizzere – i nostri robot non devono farlo», afferma il CEO Nick Koch.

I robot si occupano del montaggio e del controllo dei test COVID-19

La gestione di molte di queste provette e test è molto complessa. Lo dimostra il caso dell’ospedale universitario di Aalborg, in Danimarca, che già prima della pandemia di COVID-19 aveva adottato una soluzione di automazione basata sui robot per alleggerire il personale di laboratorio. Già prima della crisi, lì arrivavano fino a 3.000 campioni di sangue al giorno, che devono essere controllati e ordinati – un compito monotono e che richiede molta precisione. Per dare al personale ospedaliero più spazio per altre attività, ora due robot Kuka della serie KR Agilus, uno KR 3 e uno KR 10, si occupano di questa attività in modo automatizzato.

Nel laboratorio, un’operatrice posiziona le scatole di trasporto intelligenti sul nastro di alimentazione del robot. Il primo robot apre la scatola, preleva i campioni di sangue e li mette da parte per la classificazione. Poi, il secondo robot Kuka ordina i tubi di vetro in base al colore del tappo. I campioni pre-ordinati vengono così estratti dall’impianto, pronti per l’analisi di laboratorio. In media, l’impianto impiega 1,5 minuti per ogni scatola, arrivando a gestire fino a quaranta scatole all’ora. Tecnicamente, questa soluzione può essere utilizzata per qualsiasi test – anche per i test COVID-19 – purché il materiale di prova, come campioni di sangue o tamponi, si trovi nei tubi di vetro e questi arrivino nelle scatole di trasporto intelligenti alla cella robotica.

Riprogettazione robotica: stampa 3D di visiere di protezione

Inoltre, i robot Kuka sono attivi in numerosi altri progetti “anti-COVID”: ad esempio, nel Nord Italia, presso l’azienda Caracol-AM, dove vengono stampate in 3D ogni cinque minuti delle staffe per visiere di protezione. Ogni giorno vengono prodotte oltre 1.000 unità. Le staffe stampate dai robot Kuka vengono poi completate con un plexiglas, che serve a proteggerle da infezioni da droplet. Una parte della produzione viene donata dall’azienda italiana Caracol-AM a ospedali e istituzioni locali.

«Durante lo stato di emergenza COVID-19, vogliamo contribuire con le nostre tecniche di stampa 3D. Grazie alla nostra esperienza in questo campo, siamo riusciti a reagire rapidamente e a modificare la nostra produzione», afferma Francesco De Stefano, CEO di Caracol-AM. L’esempio dimostra anche quanto velocemente i robot moderni possano essere riconfigurati per nuovi compiti.

Automazione per il laboratorio – alleggerimento del personale

All’ospedale Bulovka di Praga, invece, un robot leggero LBR iiwa di Kuka supporta il personale ospedaliero nel test dei campioni COVID-19. La “stazione di test COVID” è stata sviluppata e messa in funzione dall’Istituto ceco di informatica, robotica e cybernetica (CIIRC). La capacità del sistema robotico è di 700 test al giorno. Se necessario, l’impianto può funzionare anche di notte.

Altre aziende di robotica stanno sviluppando soluzioni robotiche per alleggerire il lavoro del personale di laboratorio. Ad esempio, il team di Rethink Robotics, filiale di Hahn Group, sta testando una soluzione collaborativa con il robot Sawyer per automatizzare le attività di laboratorio. Con il Cobot, i tecnici di laboratorio vengono sollevati da attività ripetitive e da compiti pericolosi. Grazie al supporto di Sawyer, è possibile rispettare meglio le distanze di sicurezza anche in spazi di lavoro più piccoli. Le prime installazioni di questa tecnologia di laboratorio sono previste per l’estate 2020.

Altre aziende del gruppo Hahn vogliono contribuire ad aumentare il numero di test COVID-19 e garantire la produzione automatizzata di materiali di consumo come le punte pipetta. In quattro settimane, le aziende sorelle Hahn Robotics e Waldorf Technik hanno progettato e messo in funzione un sistema robotico che preleva le punte pipetta da una macchina di stampaggio plastico.

Diagnostica COVID-19: impianti di montaggio per dispositivi medici in crescita

Nel settore medicale, si sta diffondendo anche la tendenza a realizzare analisi diagnostiche direttamente sul posto, ad esempio negli studi medici, invece di inviare i campioni a laboratori centrali, risparmiando tempo. Per assemblare in grandi quantità questi dispositivi di test rapidi per la diagnostica sul punto di cura, vengono utilizzati impianti automatizzati, come quelli prodotti dall’azienda di macchinari Teamtechnik. Recentemente, l’azienda ha realizzato un primo impianto automatico di montaggio e collaudo per un prodotto diagnostico COVID-19.

Le linee di produzione di questo tipo stanno crescendo anche in Germania: ad esempio, a Freiberg sul Neckar, dove si registra una forte domanda. «La richiesta di capacità per impianti di montaggio e collaudo di dispositivi diagnostici è enorme e urgente. Riceviamo richieste da tutto il mondo», riferisce Frank Hack, managing director di Medtech presso Teamtechnik. Anche l’azienda di macchinari Contexo, nel Remstal, ha risposto prontamente alla crescente domanda di impianti di montaggio per dispositivi medici, aumentando le proprie capacità. In passato, Contexo aveva già progettato e costruito, in collaborazione con il specialista diagnostico Curetis, un mini-laboratorio automatico e un impianto di montaggio per decentralizzare i test per agenti patogeni della polmonite.

Produzione di massa completamente automatizzata di mascherine di protezione

Un altro aspetto importante per contenere la pandemia, oltre ai test e alla diagnostica, è la produzione rapida e di massa di dispositivi di protezione come le mascherine. Il costruttore di impianti di montaggio PIA Automation offre linee di produzione completamente automatizzate per la produzione ad alta velocità di mascherine di protezione. Da quando il virus si è diffuso rapidamente, sono arrivate più di 100 richieste da tutto il mondo presso PIA di Amberg.

Molte aziende nazionali stanno rispondendo all’appello di avviare una produzione nazionale di dispositivi di protezione individuale. Tra queste, Zettl Automotive, che in collaborazione con PIA sta avviando la produzione di mascherine. Insieme a Sandler AG, che produce il tessuto non tessuto per le mascherine usa e getta, PIA e Zettl hanno fondato il “Masken-Verbund-Bayern”. L’obiettivo è di produrre alcune centinaia di migliaia di mascherine al giorno in poche settimane. Ogni linea di produzione automatizzata di PIA può fornire fino a 140.000 mascherine al giorno, a seconda del modello e del materiale, molte volte di più rispetto a quanto prodotto manualmente.

Bosch & Co: ancora più impianti di produzione automatizzati di mascherine

E non solo in Baviera sono attivi impianti di produzione automatizzati di mascherine: anche l’Istituto Fraunhofer per la tecnologia della produzione IPT di Aachen, in collaborazione con IBF Automation di Freudenberg, sta realizzando un impianto di produzione di mascherine per Moss di Lennestadt, in Sauerland. L’obiettivo dei partner è di costruire un impianto capace di produrre 50.000 mascherine al giorno. Successivamente, verranno installati altri tre impianti in Germania per aumentare la produzione fino a 200.000 mascherine quotidiane.

Anche Bosch ha iniziato a produrre mascherine per bocca e naso. 13 stabilimenti Bosch in nove paesi producono autonomamente mascherine per il fabbisogno locale. Inoltre, Bosch sta attualmente allestendo due linee di produzione completamente automatizzate a Stuttgart-Feuerbach, con altre in programma a Erbach (Odenwald), in India e in Messico. «Il nostro reparto di costruzione di macchine speciali ha progettato un impianto in poche settimane», afferma Volkmar Denner, CEO di Bosch. I piani di progetto sono stati messi a disposizione di altre aziende gratuitamente. In totale, si possono produrre più di 500.000 mascherine al giorno.