[КЕЙС] Кобот Hanwha: компания MIRCOD - биотех и медицина

Содержание:

О разработчике

Международная компания MIRCOD (ООО «Миркод») предоставляет сервисы для полного цикла разработки IoT-продуктов и решений (IoT, Internet of Things — интернет вещей).

Деятельность компании включает разработку конструкторской документации, математическое моделирование. разработку промышленного дизайна и аппаратного обеспечения, разработку мобильных приложений, web-разработку, подключение «облачных» сервисов и поддержку разработанных продуктов.

Список отраслей, в которых работает компания MIRCOD, включает биотехнологии, строительство, здравоохранение, транспорт, авионику, судостроение, сельское хозяйство, спорт, промышленность, умный дом и умный город.

Целевая аудитория компании — B2B-сегмент, от начинающих стартапов до глобальных международных корпораций. Среди клиентов компании — крупные международные корпорации из Соединенных Штатов, Канады, стран Евросоюза, Ближнего Востока, Азии и России.

Компания ежегодно принимает участие в таких масштабных мероприятиях как CES, Web Summit, «Открытые инновации», Startup Village и т.д.

Проектирование

Значимая часть разработок в области медицины и биотехнологий осуществляется дочерней компанией MIRCOD BIOTECH. Компания проектирует и создает современное оборудование для быстрого, безопасного, экономически выгодного производства биопрепаратов и вакцин. Устройства, разработанные MIRCOD BIOTECH, оснащены многофункциональными системами управления и высокотехнологичными датчиками для мониторинга и контроля, в том числе, удаленно.

MIRCOD BIOTECH занимается разработкой оборудования для выполнения работ по культивации клеточных культур в биореакторах и на клеточных фермах в медицинских и фармацевтических целях.

В этих процессах клетки выращивают в специальных питательных средах, при постоянной температуре. Для культур растительных клеток используется регулируемое освещение, а для клеток млекопитающих обычно необходима также специальная газовая среда, поддерживаемая в инкубаторе клеточных культур. Как правило, регулируется концентрация в воздухе углекислого газа и паров воды, но иногда также и кислорода. Питательные среды для разных культур клеток различаются по составу, водородному показателю (pH), концентрации глюкозы, составу факторов роста и другим параметрам — устройства, разработанные в стенах MIRCOD, позволяют мониторить все эти показатели.

Для многих проектов специалисты компании широко используют современные принтеры Formlabs, способные печатать биосовместимыми материалами, которые могут контактировать с биологической средой более 30 дней, не нанося вреда клеткам и вирусам, что очень важно в процессе выращивания клеточных культур. Принтеры обеспечивают высокое качество и точность печатаемой поверхности.

Большое количество задач процесса выращивания клеток и лабораторных исследований, связанных с этим, относятся к механическим повторяемым действиям. Это может быть отбор, очистка клеток, длительное плавное перемешивание, поддержание и контроль температуры, хранение, дозирование, подача реагентов, смешивание, фильтрация, концентрация, регулирование концентрации газов и поддержание давления.

MIRCOD разрабатывает оборудование, которое, благодаря датчикам и удаленному управлению позволяет минимизировать трудовые затраты на подобные операции.

Роботизация на примере кобота Hanwha HCR-12А

Постановка задачи

Одним из факторов риска при реализации процессов, описанных выше, является возможность заражения культуры клеток посторонними загрязнителями, частицами. При культивировании одной из важных задач является исключение использования зараженных ингредиентов. Однако на практике это не всегда удается. Конечная цель автоматизации процессов выращивания клеток — полностью исключить из них человека. Применение роботов из экономических соображений — работа квалифицированных специалистов оценивается высоко — в итоге приводит к снижению риска контаминации.

Понимая перспективность роботизации для биотеха, руководство компании MIRCOD обратилось в Top 3D Group за помощью в подборе и приобретении необходимого оборудования с учетом двух ключевых параметров — грузоподъемности и наличия открытого API. Этим требованиям отвечала флагманская модель коллаборативных роботов Hanwha — HCR-12А.

Результат

На сегодняшний день специалисты MIRCOD полностью освоили приобретенное оборудование. По итогам проведенных работ был сформирован список возможных применений Hanwha HCR-12A в лаборатории:

перестановка колб, отвинчивание крышек;
высокоточное дозирование жидкостей и компонентов в автоматическом режиме;
смешивание и растворение реагентов;
работа с опасными веществами без вмешательства человека;
переливание компонентов из одной колбы в другую;
плавное покачивание и плавный наклон колб;
мытье и дезинфекция колб
установка колб в центрифугу, холодильник, микроскоп или другое устройство;
автоматическая смена захвата;
подготовка материала к осмотру под микроскопом.

Дополнительные преимущества роботизации

Не менее широким может быть и применение коллаборативных роботов в серийном производстве фармацевтических продуктов. Так, коботы отлично подходят для точного смешивания компонентов в заданном порядке, хорошо справляются с упаковкой лекарств и их маркировкой. Коллаборативных роботов также применяют для заливки жидких компонентов, наполнения шприцов, закупорки. Активная автоматизация фармацевтических производств объясняется гибкостью и универсальностью роботов — они могу работать в режиме 24/7, в чистых комнатах, в среде пероксида водорода.

С учетом биотехнической специализации MIRCOD BIOTECH, сотрудники компании, изучив Hanwha HCR-12A, также подготовили перечень применений коллаборативных роботов при выращивании клеток в биореакторе и на фермах клеток:

подключение биореактора в определенной последовательности;
промывка и дезинфекция биореактора;
точная дозировка компонентов;
заданная траектория качения биореактора;
автоматический контроль за биореактором 24/7;
упаковка готовой продукции;
возможность работы в агрессивной, безвоздушной среде;
посев клеток;
ферментативный и механический сбор клеток;
смена питательной среды;
непрерывный контроль 24/7 за каждой ячейкой POC (Point of Care — диагностика рядом с пациентом) на клеточной ферме;
установка и обслуживание ячеек;
смена картриджей;
промывка и чистка POC-устройств снаружи и внутри.

Недостатки традиционного вида работ

Не так давно некоторые из операций, описанные выше, совершались лаборантами вручную. Один из ярких примеров из недалекого прошлого — синтез витамина B12 в 1972 году. В исследовательскую группу входили 91 кандидат наук и 12 аспирантов, которые работали посменно. Их основной работой были не математические расчеты, а такие банальные действия как переливание из пробирки в пробирку, мытье лабораторной посуды и т.д.

Стоит отметить, что синтезирование некоторых элементов требует более 30 часов лабораторного времени. Полный химический синтез цианокобаламина, витамина B12, был успешно осуществлен 40 лет назад, но до сих пор соответствующие лабораторные процессы остаются неизменными: лаборанты вынуждены посменно находится в лабораториях по 10-12 часов и выполнять все те же механические действия.

Преимущества внедрения кобота

По отзывам специалистов MIRCOD BIOTECH при освоении и дальнейшем использовании коллаборативного робота Hanwha HCR-12A не возникло никаких сложностей — отзывы сотрудников сугубо положительные.

Специалисты особо отметили настройку и управление коботом через интуитивно понятный интерфейс и возможность легко выстраивать взаимодействие с имеющейся системой автоматизации.

Большое число возможных положений звеньев (относительно исходного положения), высокая линейная и угловая скорость перемещения звеньев, низкая погрешность позиционирования рабочего органа, достаточно большой радиус действия — основные параметры Hanwha HCR-12A, по отзывам представителей MIRCOD BIOTECH, полностью соответствуют требованиям, которые предъявлялись в заявке на поставку. Единственный показатель, который заказчик хотел бы оптимизировать — вес коллаборативного робота. Для некоторых специальных задач важны жесткие ограничения массогабаритных характеристик.

В целом, кобот быстро монтируется, легко настраивается и программируется, требует минимум обслуживания. Он не требует непрерывного присмотра, безопасен в использовании — оператор может находиться рядом и не опасаться травм.

Итоги и дальнейшие планы

По отзывам руководства компании, применение коллаборативных роботов сокращает, а в некоторых случаях полностью устраняет участие людей в процессе выращивания клеток. Применение коботов приводит к снижению затрат на оплату труда и выпуск несоответствующей продукции, связанный с загрязнениями или «человеческим фактором», а также увеличению объемов и скорости операций, сокращению времени на исследования и реализацию существующих процессов.

Внедрение коллаборативных роботов упрощает масштабирование без изменения процесса в целом, гарантирует стабильность продукта — изо дня в день, от партии к партии, позволяет контролировать все процессы в режиме 24/7.

Руководство компании также планирует запуск серийного производства по изготовлению различных медицинских изделий, необходимых для специалистов, работающих в области биологии и медицины. Предполагается, что кобот сможет обслуживать станки с ЧПУ и станет необходимым помощником для поддержки деятельности человека в производстве, освободит от выполнения монотонных операций.