ROBOTICKÁ MANIPULACE SE VZORKY COVID 19
Robot z FSI VUT pro manipulaci se vzorky v laboratoři FN Brno
Řešení, jak odstranit rizikovou manipulaci se vzorky COVID-19, navrhli výzkumníci z Ústavu automatizace a informatiky Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně. Robotické pracoviště nazvané openTube vzniklo na poptávku Fakultní nemocnice Brno, která připravuje jeho nasazení.
Autor:
doc. B. Lacko UAI FSI VUT Brno s využitím TZ VUT v Brně
S vývojem začal ústav v době, kdy nebylo vůbec jisté, jak se koronavirová epidemie vyvine a reálně hrozilo, že množství testovaných vzorků bude enormní. Na poptávku Fakultní nemocnice Brno padlo nakonec rozhodnutí, pomoci v oblasti procesu zpracování vzorků odebraných pacientům s podezřením na koronavirus. Co ve vývoji běžně trvá půl roku i rok, pětičlenný tým ústavu vyřešil za měsíc. Výzkumníci připravili k nasazení také informační systém, který zjednoduší registraci pacientů, ale hlavně zajistí bezpečnou automatickou identifikaci vzorků na robotizovaném pracovišti nemocnice, aby se předešlo lidskému faktoru.
Detail testovacího robotického pracoviště (Foto: Tereza Kadrnožková, VUT)
Systém je navržen tak, že se do online rozhraní vyplní údaje pacienta, který má podstoupit testování. Přímo v odběrovém stanu pak pouze stačí načíst čárový kód z občanského průkazu, který systém automaticky spáruje se zadanými údaji. Zkumavka se vzorkem, která je buď předem nebo v průběhu odběru vybavena unikátním čárovým kódem, poté putuje do laboratoře ke zpracování. Tam laborant založí zkumavky do držáku a vše ostatní už funguje automaticky. Vzorky jsou digitálně identifikovány, odzátkovány, pipetou je odebrána tekutina, kterou robot přenese do mikrozkumavky nebo jamky v kazetě pro 8 až 96 vzorků. Daná kazeta dostává opět digitální kód a identifikaci pozice každého zpracovaného vzorku. Tímto způsobem je připravena dávka vzorků určených k dalšímu zpracování, kterým je separace nukleové kyseliny a vlastní PCR test. Laborant celý proces sleduje dálkově a ovládá přes aplikaci instalovanou například v tabletu či smartphone.
Robot, který systém používá, je technicky velmi vyspělý a kolaborativní. To znamená, že může být v bezprostřední blízkosti člověka nebo s ním spolupracovat, aniž by hrozilo, že mu ublíží. Jakýkoliv lehký dotek stroj ihned zastaví. Zpracovat jeden vzorek trvá robotu 60 sekund. Šikovný laborant sice zvládne proces o něco rychleji, robot se ale na rozdíl od člověka neunaví a navíc díky němu odpadá potenciálně riziková manipulace s infekčním vzorkem.
Robotický laborant z VUT není jen jednoúčelový manipulátor, specificky zaměřený pipetovací robot, nebo jinak chápané jednoúčelové zařízení. Robotizované pracoviště openTube je v podstatě koncept laboratoře budoucnosti, logická symbióza člověka, IT technologií, kybernetiky, robotiky a umělé inteligence. Při návrhu bylo využito kombinace automatizace od firem SMC, B&R a univerzálního kolaborativního robota ABB YuMi. Pokud by bylo potřeba upravit procesní protokol – například když se změní používaný typ zkumavek, jejich počet, konfigurace, přibude nová instrumentace nebo je potřeba odkládat pipety jinam – nemusí se zásadně či vůbec měnit hardware, pouze stačí robotické pracoviště přeprogramovat. Celé pracoviště má své digitální dvojče, a tak pro drobné úpravy protokolu nemusí být odborník ani fyzicky přítomen. Lze je provést na dálku.
Robota pro daný účel zapůjčila firma ABB. Výzkumníci vybrali takový robotický systém, který by byl rozměrově kompatibilní s laboratoří, resp. laminárními biohazard boxy, v nichž by měl systém pracovat v případě, že bude navržené řešení nasazeno v laboratoři pro testování COVID-19. Kolaborativní robot ABB YuMi IRB 14050 je v Česku unikátním druhem. V současnosti se zatím vyskytuje pouze ve dvou exemplářích, a to v Praze a Brně. Uvedená aplikace je bezesporu jeho prvním praktickým využitím v ČR.
“Nyní spolu s nemocnicí pracujeme na pilotní implementaci způsobem, aby byla jak časově efektivní, tak reálně využitelná i do budoucna na jiných nemocničních pracovištích,“
Pracovníci UAI FSI VUT se tak připojili k těm pracovištím vysokých škol, která se rozhodla našemu zdravotnictví pomoci lépe zvládnout problémy v boji proti epidemii koronaviru prostřednictvím moderních technologií. V tomto konkrétním řešení bylo využito nejen principu automatizace ruční nebezpečné práce, která se navíc ve svém důsledku urychlila, ale i skutečnosti, že kolaborativní robot může být použit na laboratorním pracovišti v nemocnici, aniž by bylo nutné ho instalovat do kovové ochranné klece, jak tomu bylo u původních průmyslových robotů v minulosti.
Vedoucí výzkumného týmu doc. Radek Matoušek s robotem ABB YUMI
Aplikace tak potvrzuje, že koncept Industry 4.0 je využitelný nejen v průmyslu, ale také v oblasti medicíny, kde robotizace nemocničních procesů umožní dosud používané procesy nejen zrychlit a zefektivnit, ale také zvýšit jejich bezpečnost.
