Wyzwanie: transport próbek bez kompromisów
Biosero przez ponad dwie dekady rozwijało podejście oparte na orkiestracji jako fundamencie integracji instrumentów, robotyki i systemów danych w złożonych środowiskach laboratoryjnych. Oprogramowanie Green Button Go koordynuje roboty, instrumenty laboratoryjne, systemy transportowe i harmonogramy w ramach jednego, przewidywalnego środowiska przepływu pracy. W 2024 roku firma poszukiwała uzupełniającego elementu – elastycznego systemu transportu, który mógłby przemieszczać delikatne próbki pomiędzy ciasno rozmieszczonymi komórkami roboczymi bez wibracji, hałasu ani ryzyka naruszenia integralności materiału i danych.
Stawka jest wysoka: pojedyncze zakłócenie mikropłytki, nieprecyzyjne pobranie próbki lub niespójna obsługa mogą wymuszać powtórzenie badań, opóźniać harmonogramy prac badawczych i komplikować zgłoszenia regulacyjne do FDA. Dotyczy to klientów Biosero zarówno z małych laboratoriów badawczych, jak i dużych środowisk produkcyjnych prowadzących populacyjne testy DNA.
Technologia XPlanar i architektura sterowania
Wybór padł na system XPlanar firmy Beckhoff – technologię inteligentnego transportu opartą na lewitacji magnetycznej. Transportery systemu poruszają się bezgłośnie w dowolnym kierunku po płytkach silnikowych, umożliwiając dostarczanie płytek i nośników do robotów oraz instrumentów bez wstrząsów charakterystycznych dla tradycyjnych systemów przenośnikowych. Płytki silnikowe można rozmieszczać w dowolnym układzie laboratoryjnym, a same transportery oferują 6 stopni swobody ruchu, unoszą się na wysokość do 5 mm, obracają o 360°, przechylają do 5° i osiągają prędkość do 3 m/s.
„Nasze aplikacje wymagają bardzo delikatnego obchodzenia się z próbkami przez cały proces, a transportery XPlanar nie wstrząsają związkami ani próbkami" – wyjaśnia Evelyne Ploquin, architekt rozwiązań w Biosero. Dla testów wrażliwych na wstrząsy – takich jak hodowle komórkowe, delikatne białka czy przygotowania próbek – ta stabilność bezpośrednio przekłada się na jakość wyników.
Kompletna architektura sterowania obejmuje przemysłowy komputer PC C6032 z ośmiordzeniowym procesorem Intel Core i7 (11. generacji), sieć EtherCAT oraz oprogramowanie TwinCAT. EtherCAT zapewnia niskie opóźnienia, wbudowane funkcje diagnostyczne i elastyczność w rozbudowie systemu o rozproszone moduły I/O. TwinCAT stanowi uniwersalne środowisko, w którym sterowanie ruchem XPlanar, funkcje PLC i bezpieczeństwa współistnieją na jednej platformie. Dodatkowym atutem była głęboka integracja TwinCAT z Microsoft Visual Studio – środowiskiem dobrze znanym inżynierom Biosero pracującym w C#. „Programowanie w TwinCAT jest od razu znajome dla naszego zespołu ze względu na integrację z Visual Studio" – mówi John Canty, starszy architekt IT w Biosero.
Modułowość i elastyczność zamiast monolitycznych maszyn
Biosero celowo rezygnuje z podejścia opartego na rozbudowanych przenośnikach i dużych ramionach robotycznych na rzecz modularnych komórek roboczych koordynowanych przez Green Button Go. Poszczególne komórki realizują zadania specyficzne dla danego instrumentu pod deterministycznym nadzorem TwinCAT i EtherCAT, podczas gdy XPlanar nieprzerwanie transportuje płytki między stanowiskami.
Takie podejście zmniejsza zajmowaną powierzchnię w porównaniu z tradycyjnymi systemami przenośnikowymi i puck-based. Przede wszystkim jednak umożliwia szybkie rekonfiguracje sterowane programowo – bez pracochłonnych przeróbek mechanicznych i elektrycznych – przy zmianie formatu płytek lub wprowadzaniu nowych testów. Dla laboratoriów biotechnologicznych i farmaceutycznych, które często wymagają szybkich przezbrojeń między eksperymentami lub obsługują dużą liczbę formatów materiałów eksploatacyjnych, ta elastyczność redukuje przestoje i skraca cykle walidacyjne.
Warstwa orkiestracji agreguje stan maszyny, dzienniki zdarzeń i dane diagnostyczne w sposób umożliwiający dalszą analizę. Canty wskazuje na rosnące znaczenie narzędzi AI w rozwiązywaniu problemów, a TwinCAT CoAgent firmy Beckhoff – rozszerzenie bezpośrednio integrujące technologie AI ze środowiskiem automatyzacji – zapewnia kontekstowe rekomendacje diagnostyczne i wsparcie generowania kodu bezpośrednio w środowisku inżynieryjnym.
Znaczenie dla badań i perspektywy współpracy
Lucius Kemp, dyrektor naukowy Biosero, podkreśla, że precyzyjny transport i właściwe taktowanie mogą decydować o powodzeniu lub niepowodzeniu procesów biologicznych wrażliwych na czas. „Musimy przemieszczać te delikatne próbki przez krytyczne czasowo etapy tak sprawnie i bezpiecznie, jak to możliwe. XPlanar daje nam te możliwości w ramach kompleksowego rozwiązania" – mówi Kemp.
Biosero i Beckhoff planują dalsze doskonalenie procesów walidacyjnych, aby orkiestrowane systemy spełniały wymagania dokumentacyjne i audytowe regulowanych środowisk produkcji biotechnologicznej i klinicznej. Współpraca obu firm – od wczesnych prac projektowych, przez stopniowe zaangażowanie zasobów inżynieryjnych, po wsparcie terenowe – okazała się czynnikiem decydującym przy wdrażaniu złożonych projektów automatyzacji w ściśle regulowanych procesach.
Podsumowanie
Wdrożenie systemu XPlanar w połączeniu z oprogramowaniem TwinCAT, siecią EtherCAT i oprogramowaniem orkiestracyjnym Green Button Go pozwoliło Biosero stworzyć powtarzalną architekturę automatyzacji laboratoryjnej, która jest delikatna dla próbek badawczych, spójna w wynikach i elastyczna przy zmianach formatów oraz integracji nowych instrumentów. Kluczową rolę w tej architekturze pełni Green Button Go, działające jako swoisty „tłumacz" między instrumentami laboratoryjnymi a badaczami – przekładające złożone zależności między urządzeniami, robotami i harmonogramami na przewidywalne, interoperacyjne przepływy pracy dostępne dla całego zespołu naukowego. Rozwiązanie obniża całkowity koszt posiadania, skraca czas rozwiązywania problemów i umożliwia laboratoriom skalowanie zdolności diagnostycznych bez rezygnacji z identyfikowalności i zgodności z wymaganiami regulacyjnymi.
Źródło: Beckhoff Automation
Więcej na www.beckhoff.com
