Установка и тестирование робота

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 11440 (2023) Цитировать эту статью

385 Доступов

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Роботизированные системы облегчают относительно простое взаимодействие человека и робота для экспертов, не являющихся роботами, обеспечивая гибкость для реализации различных процессов. В этом контексте может быть достигнуто сокращение времени процесса, а также повышение качества продукции и процессов. Роботы сокращают трудоемкие процессы, берут на себя эргономически невыгодные задачи и постоянно работают эффективно. Кроме того, возможно гибкое производство при сохранении или даже повышении безопасности. В этом исследовании описывается успешная разработка модульной инфраструктуры на основе робота с двумя руками и создание автоматизированного процесса воспроизводимого производства наночастиц. В качестве доказательства концепции протокол ручного синтеза получения наночастиц кремнезема диаметром около 200 нм в качестве строительных блоков для фотонных кристаллов был переведен в полностью автоматизированный процесс. Все устройства и компоненты автоматизированной системы были оптимизированы и адаптированы под требования синтеза. Чтобы продемонстрировать преимущества автоматизированного производства наночастиц, были сопоставлены ручной (синтез, выполняемый лаборантами) и автоматический синтезы. Для этого сравнивались различные параметры обработки (время процедуры синтеза, точность дозировки и т. д.) и свойства получаемых наночастиц. Мы демонстрируем, что использование робота не только повысило точность и воспроизводимость синтеза, но и сократило время и затраты персонала до 75%.

Автоматизация процессов – тренд XXI века. Ключевыми стимулами для этого являются растущее ценовое давление, высокие затраты на персонал и лабораторное оборудование (ключевое слово: «высвобождение кадрового потенциала»), ускорение рабочих процессов и, как следствие, более быстрая обработка анализов, лучшее управление качеством, а также высокие нормативные требования на производстве. как более широкая доступность производственных технологий для конечного потребителя. Таким образом, автоматизация может дополнительно помочь противодействовать нехватке квалифицированной рабочей силы, которая растет в последние годы, особенно в Европе1. Существуют разные уровни автоматизации2. На самом низком уровне автоматизации сотрудники лаборатории выполняют все рабочие этапы. Преимуществами являются высокая степень гибкости и когнитивные способности человека, позволяющие осуществлять сложную и разнообразную деятельность. Высший уровень автоматизации – это полностью автоматизированный процесс. Разработка такого процесса влечет за собой высокие инвестиционные затраты и поэтому может быть экономически целесообразна только в случае чрезвычайно высокой производительности. Для этого необходим полностью стабильный, защищенный, маловариантный производственный процесс с высокими затратами на эксплуатацию, техническое обслуживание и устранение неисправностей. Различные уровни частичной автоматизации находятся между ручным выполнением и полной автоматизацией, при которой автоматизируются только определенные подпроцессы.

Сосредоточив внимание на наночастицах (НЧ), можно предположить, что в последние годы контроль и воспроизводимость синтеза НЧ улучшились за счет использования частичной автоматизации, такой как реакторы различной конструкции (например, реакторы периодического действия или устройства для обработки жидкостей)2, 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13. В частности, решения на основе микрофлюидных систем получили распространение, например, для изготовления НЧ на основе золота, полупроводников и липидов, а также систем доставки лекарств на основе РНК/ДНК на основе НЧ14,15,16,17,18. При синтезе НЧ также применяются частично автоматизированные рабочие места, известные из фармацевтического производства. Однако основным применением таких систем является высокопроизводительный скрининг, при котором несколько параметров или веществ можно варьировать и тестировать за короткое время19. Таким образом, могут быть определены оптимальные условия синтеза. Кроме того, в соответствии с профилями требований19 может быть предоставлено несколько вариантов NP с желаемыми свойствами. Примечательно, что эти системы не позволяют ни полностью автоматизировать производство НЧ, ни поддерживать широкую область применения.