หุ่นยนต์อัจฉริยะในห้องปฏิบัติการ สำหรับการจัดการตัวอย่างอัตโนมัติ

ห้องปฏิบัติการทางการแพทย์กำลังเผชิญกับปัญหาการขาดแคลนทักษะอย่างร้ายแรง

สถานการณ์นี้กำลังทวีความรุนแรงมากขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงทางประชากร โดยมากกว่าสองในสามของผู้เชี่ยวชาญด้านเวชศาสตร์ในห้องทดลองในเยอรมนีปัจจุบันมีอายุเกิน 50 ปี ในโรงพยาบาล หนึ่งในสี่ของผู้ช่วยเทคนิคการแพทย์ (MTAs) ก็อยู่ในกลุ่มอายุนี้เช่นกัน ในขณะที่ประมาณครึ่งหนึ่ง มีอายุอย่างน้อย 45 ปี พนักงานห้องปฏิบัติการส่วนใหญ่จะเกษียณอายุในอนาคตอันใกล้นี้ และในขณะเดียวกัน สังคมผู้สูงอายุของเราก็หมายความว่ามีความต้องการการทดสอบทางการแพทย์ที่เพิ่มมากขึ้นและความต้องการความสามารถในการทดสอบที่เพิ่มขึ้น แม้กระทั่งทุกวันนี้ โดยทั่วไปต้องใช้คนแปดคนในการจัดการตัวอย่าง 4,500 ตัวอย่างต่อกะ และ 87 เปอร์เซ็นต์ของห้องปฏิบัติการในเยอรมันยังไม่มีพนักงานที่จำเป็นเพื่อให้บรรลุปริมาณงานดังกล่าว ใครจะเป็นผู้ดำเนินการตัวอย่างในห้องปฏิบัติการในอนาคตอันใกล้นี้

จึงจำเป็นต้องดำเนินการอย่างเร่งด่วนเพื่อหาทางแก้ไขสำหรับความท้าทายนี้ และนี่คือที่มาของ ASR600 ซึ่งเป็นเซลล์หุ่นยนต์อัจฉริยะที่พัฒนาโดยบริษัท robominds ในมิวนิค หัวใจของเซลล์หุ่นยนต์คือเทคโนโลยี robobrain® ซึ่งอาศัยปัญญาประดิษฐ์ รวมเข้ากับส่วนประกอบที่เหมาะสมที่จัดหาโดยพันธมิตรด้านเทคโนโลยี Universal Robots, item, Zimmer Group และ SICK เพื่อสร้างโซลูชันแบบ all-in-one ด้วยเหตุนี้ จึงมีการใช้ระบบอัตโนมัติอัจฉริยะที่ยืดหยุ่นในการระบุและคัดแยกตัวอย่าง ไม่จำเป็นต้องมีการเขียนโปรแกรม ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายสำหรับห้องปฏิบัติการในการเริ่มใช้เทคโนโลยี

โรโบมายด์ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี 2559 และปัจจุบันมีพนักงานประมาณ 30 คน ทำงานบนหลักการที่ว่า “หุ่นยนต์ทุกตัวต้องการสมอง” สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไร “เราให้สมองและความสามารถในการมองเห็นแก่หุ่นยนต์ สิ่งนี้ทำให้ง่ายสำหรับทุกคนในการเริ่มต้นใช้งานวิทยาการหุ่นยนต์ คุณไม่จำเป็นต้องมีทักษะในการเขียนโปรแกรม ใครๆ ก็สามารถบังคับหุ่นยนต์ได้” Christian Fenk ประธานเจ้าหน้าที่ฝ่ายขายที่ robominds อธิบาย เมื่อพูดถึงนวัตกรรม ทีมงานโรโบมายด์เชื่อว่าเทคโนโลยีจะเป็นนวัตกรรมอย่างแท้จริงก็ต่อเมื่อไม่เพียงแค่เป็นไปได้โดยพื้นฐานเท่านั้น แต่ยังสามารถนำไปใช้งานได้โดยไม่ต้องใช้ความรู้ความชำนาญใดๆ และนั่นก็เป็นเรื่องจริงสำหรับเทคโนโลยีโรโบมายด์ หัวใจของการแก้ปัญหาคือ robobrain® – แพลตฟอร์มควบคุมที่ใช้ AI ซึ่งทำให้หุ่นยนต์มี “สมอง” หรือความฉลาด หุ่นยนต์ได้รับอินพุตออปติคัลผ่าน "ตา" ซึ่งเป็นกล้อง 2D/3D ในเชิงอุตสาหกรรม robobrain.eye ในขณะที่การทำงานประสานกันระหว่างมือและตาเป็นความท้าทายที่สำคัญของวิทยาการหุ่นยนต์มาเป็นเวลานาน แอปพลิเคชันโรโบมายด์ทำให้โคบอทส์สามารถมองเห็น ระบุ และจับวัตถุได้ เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้ขึ้นอยู่กับโคบอทที่ติดตั้งเอนด์เอฟเฟกต์ที่เหมาะสม แต่ผลิตภัณฑ์โรโบมายด์สามารถใช้ร่วมกับฮาร์ดแวร์จากผู้ผลิตรายใดก็ได้

ผลิตภัณฑ์ที่สามในกลุ่มผลิตภัณฑ์หุ่นยนต์อัจฉริยะคือ robobrain.skills – ทักษะที่ปรับแต่งได้ซึ่งช่วยให้หุ่นยนต์สามารถทำงานเฉพาะอย่างได้ ตัวอย่าง ได้แก่ ทักษะการตรวจจับสิ่งของอัจฉริยะ (การตรวจจับทั่วไปของชิ้นส่วนตั้งแต่วัตถุขนาดเล็กถึงขนาดกลาง) ทักษะการหยิบขนานอัจฉริยะ (การจดจำชิ้นส่วนขนาดเล็กถึงขนาดกลางและการจัดการชิ้นส่วนเหล่านั้นด้วยมือจับสองนิ้ว) และการตรวจจับหลอดตัวอย่าง ทักษะ (การจดจำและคัดแยกตัวอย่างในชั้นวางตามขนาดและสี) ตัวอย่างสุดท้ายนี้พัฒนาขึ้นสำหรับเซลล์หุ่นยนต์ ASR600 นอกจากนี้ยังสามารถปรับแต่งทักษะได้อย่างยืดหยุ่นตามต้องการ ด้วยการโต้ตอบนี้ งานต่างๆ จะเป็นไปโดยอัตโนมัติโดยไม่จำเป็นต้องมีความรู้ด้านการเขียนโปรแกรมใดๆ เลย จุดเด่นอีกประการหนึ่งคือคุณไม่จำเป็นต้องสอนโคบอทว่าต้องทำอะไรก่อน เนื่องจากโคบอทได้รับการฝึกฝนทักษะด้าน AI มาแล้ว ดังนั้นจึงสามารถนำไปใช้ได้ทันที

ในการสร้างโซลูชันแบบ end-to-end ที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ คุณต้องมีส่วนประกอบแต่ละส่วนที่เข้ากันได้อย่างลงตัวและส่วนประกอบเหล่านั้นสามารถทำงานร่วมกันและโต้ตอบกันได้อย่างเหมาะสม

ในกรณีของผลิตภัณฑ์ ASR600, robobrain® – ส่วนประกอบที่เหมาะสมประกอบด้วยฐานควบคุมและตู้ Cabinet จาก item Line XMS, โคบอท Ur5e สองตัวจาก Universal Robots, เทคโนโลยีความปลอดภัยจาก SICK และอุปกรณ์จับยึดจาก Zimmer Group “การสนับสนุนหลักของเราคือเครือข่ายที่ได้รับการฝึกฝนมาเป็นพิเศษ ซึ่งได้รับการปรับให้เหมาะกับการคัดแยกและแยกตัวอย่างเลือด ปัสสาวะ อุจจาระ และเนื้อเยื่อ” Fenk กล่าวเสริม “การแยก” หมายถึงข้อเท็จจริงที่ว่าตัวอย่างประเภทต่างๆ อยู่ในหลอดที่มีฝาปิดที่มีสีต่างกัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องระบุและจัดเรียงตามลำดับ เนื่องจากท่อมีหลายประเภทซึ่งกำหนดโดยมาตรฐานทางเทคนิค จึงเป็นงานที่มีความซับซ้อนสูง ตามกฎทั่วไป ห้องปฏิบัติการจะประมวลผลตัวอย่าง 34 ประเภทที่แตกต่างกัน และนี่คือสาเหตุที่ระบบอัตโนมัติที่ได้มาตรฐานก่อนหน้านี้เป็นไปไม่ได้

นอกจากนี้ โคบอทแต่ละตัวยังติดตั้งเครื่องสแกนบาร์โค้ดอีกด้วย ซึ่งหมายความว่าข้อมูลผู้ป่วยได้รับการกำหนดอย่างถูกต้องและมีการตรวจสอบคุณภาพของรหัส

อย่างไรก็ตาม สถานการณ์กับเซลล์หุ่นยนต์นี้สำหรับการจัดการตัวอย่างอัตโนมัตินั้นแตกต่างกันมาก ด้วยทักษะที่ AI มอบให้ โคบอทจึงสามารถแยกหลอดตัวอย่างด้วยมือเดียวและตอบสนองได้อย่างยืดหยุ่น ซึ่งหมายความว่าสามารถดำเนินการได้ถึง 600 ตัวอย่างต่อชั่วโมง รองรับเส้นผ่านศูนย์กลางท่อตัวอย่างตั้งแต่ 5 ถึง 80 มม. นอกจากนี้ โคบอทแต่ละตัวยังติดตั้งเครื่องสแกนบาร์โค้ดอีกด้วย ซึ่งหมายความว่าข้อมูลผู้ป่วยได้รับการกำหนดอย่างถูกต้องและมีการตรวจสอบคุณภาพของรหัส สิ่งนี้ทำให้แน่ใจได้โดยตรงว่าสถานที่ทดสอบอัตโนมัติแยกต่างหากในห้องปฏิบัติการสามารถประมวลผลบาร์โค้ดได้ในภายหลัง เซลล์ยังทำหน้าที่เป็นประตูตรวจสอบคุณภาพที่กำหนดว่าหลอดตัวอย่างจะถูกส่งต่อไปยังขั้นตอนกระบวนการถัดไปหรือไม่ ด้วยส่วนต่อประสานกับผู้ใช้ที่ไม่ซับซ้อน ทำให้พนักงานในห้องปฏิบัติการสามารถใช้ ASR600 ได้อย่างง่ายดาย แม้ว่าพวกเขาจะไม่มีความรู้ด้านวิทยาการหุ่นยนต์มาก่อนก็ตาม

การตัดสินใจเลือกใช้เซลล์หุ่นยนต์แบบระบบปิดในรูปแบบของห้องโดยสารเครื่องจักรนั้น (Machine Cabinet) คำนึงถึงผลประโยชน์ด้านความปลอดภัยและสุขอนามัยเป็นสำคัญ ข้อดีของ item Line XMS ซึ่งรวมถึงท่อร้อยสายไฟในตัวและพื้นผิวที่ทำความสะอาดง่าย – คุณลักษณะที่ทำให้ Profiles Line XMS เป็นจุดเริ่มต้นที่สมบูรณ์แบบสำหรับการสร้างห้องเครื่องสำหรับการผลิตที่สะอาด ข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือแนวคิดการออกแบบโมดูลาร์ที่ใช้ร่วมกันโดย item Aluminium Profiles ทั้งหมด Fenk ประทับใจมากกับคุณสมบัติเหล่านั้นจาก item: “ด้วย item ฉันมีระบบชุดอุปกรณ์ก่อสร้างที่โดดเด่นพร้อมใช้ ฉันสามารถทำให้โครงสร้างของฉันสูงขึ้น เล็กลง กว้างขึ้น หรือบางลง และปรับให้เหมาะกับกระบวนการเฉพาะที่ต้องการได้ ซึ่งหมายความว่าเป็นเรื่องง่ายและรวดเร็วมากสำหรับฉันในการนำโลกจักรกลไปสู่ลูกค้าในห้องปฏิบัติการของฉัน ไม่ว่าพวกเขาจะต้องการที่ไหนและในรูปแบบใดก็ตาม เป็นที่พอใจมาก!” 

ด้วยแนวคิดแบบโมดูลาร์ ทำให้สามารถติดตั้งเซลล์หุ่นยนต์ได้อย่างง่ายดายเพื่อให้เหมาะกับความต้องการเฉพาะในห้องปฏิบัติการเฉพาะ จำนวนมากลงมาที่ปริมาณงานและขนาดประตู นอกจากนี้ยังง่ายต่อการแก้ไขเมื่อใดก็ได้ ตัวอย่างเช่น หากสถานการณ์ระบุว่าต้องการเพียงโคบอทตัวเดียวในโอกาสใดโอกาสหนึ่ง สิ่งที่ต้องทำก็เพียงแค่ขยับเพียงไม่กี่ก้าวเพื่อเอาโคบอทตัวใดตัวหนึ่งออกและเปลี่ยนตำแหน่งอีกตัว AI จะปรับโดยอัตโนมัติตามการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น นี่เป็นตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบของการจัดวางหุ่นยนต์ robominds และโซลูชัน item

robominds ใช้ item MB KIT System สำหรับโซลูชันหุ่นยนต์โครงการอื่นๆ ด้วย และรู้สึกขอบคุณที่สามารถหันไปหาบริษัทในเครือข่าย item plus partner ของเยอรมัน “ฉันสามารถวางใจในคุณภาพระดับสูงที่เหมือนกันสำหรับทุกโครงการ เราพัฒนาความฉลาดของหุ่นยนต์และสามารถใช้ประโยชน์จากเครือข่ายพันธมิตรเพื่อช่วยเราบูรณาการและปรับขนาดได้ตามต้องการ ลูกค้าสามารถเข้าถึงพันธมิตรท้องถิ่นและการสนับสนุนได้เท่าเทียมกัน เราใช้วิธีการเดียวกันทุกประการเมื่อพูดถึงฮาร์ดแวร์ของหุ่นยนต์” Fenk อธิบาย ในกรณีของเซลล์หุ่นยนต์สำหรับห้องปฏิบัติการ หุ่นยนต์โรโบมายด์จะหันเข้าหา item โดยตรงเมื่อสร้างการออกแบบเบื้องต้นด้วยความช่วยเหลือจาก item Engineeringtool ในระหว่างขั้นตอนการทำงานร่วมกันนี้เองที่การตกแต่งขั้นสุดท้ายถูกนำไปใช้กับเซลล์ “สิ่งที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับสินค้าคือคำขอพิเศษจะถูกส่งตรงตามที่เราต้องการเช่นกัน ซึ่งหมายความว่าการประกอบใช้เวลาไม่นาน จากนั้นจึงเพิ่มหุ่นยนต์โดยใช้แผ่นยึดเพื่อให้หุ่นยนต์พอดีกับโปรไฟล์มาตรฐาน” Fenk รายงาน

ระหว่างวันที่ 21 ถึง 24 มิถุนายน พ.ศ. 2565 โรโบมายด์นำเสนอเซลล์หุ่นยนต์ต่อสาธารณชนมืออาชีพที่ analytica ซึ่งเป็นงานแสดงสินค้าชั้นนำของโลกสำหรับเทคโนโลยีห้องปฏิบัติการ การวิเคราะห์ และเทคโนโลยีชีวภาพ เห็นได้ชัดว่ามีความจำเป็นอย่างมากสำหรับระบบอัตโนมัติ ไม่เพียงแต่ในห้องปฏิบัติการทางการแพทย์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงภาคส่วนต่างๆ ที่เกี่ยวข้องด้วย บริษัทต่าง ๆ ได้ค้นหาข้อมูลโดยละเอียดล่วงหน้าและมาถึงงานแสดงสินค้าโดยมีความคิดเฉพาะเจาะจงอยู่ในใจแล้ว โครงการเริ่มต้นเกี่ยวกับตัวอย่างน้ำเสีย การทดสอบอาหาร และการวิเคราะห์การเพาะเลี้ยงยีสต์สำหรับโรงเบียร์ เป็นต้น ได้เริ่มดำเนินการแล้วที่งานแสดงสินค้า Fenk เน้นความเกี่ยวข้องของแนวคิด: “การอภิปรายอย่างเข้มข้นยังแสดงให้เห็นว่าอุปสงค์แข็งแกร่งเพียงใดในภาคส่วนต่างๆ ประเด็นสำคัญคือ AI เข้าใจว่าตัวอย่างคืออะไรและต้องทำอย่างไรกับตัวอย่างนั้น ไม่สำคัญว่าจะเป็นตัวอย่างเลือดหรือตัวอย่างน้ำ ไม่จำเป็นต้องตั้งโปรแกรมใหม่เพื่อคำนึงถึงความแตกต่างดังกล่าว” ดังนั้นจึงเป็นเรื่องน่าทึ่งที่จะเห็นว่ามีแอปพลิเคชันหุ่นยนต์อื่น ๆ เกิดขึ้นในพื้นที่นี้อย่างไร