Sciencemag.cz
Doporučujeme
Laborant založí zkumavky se vzorky, aktivuje systém a vše ostatní se už děje automaticky. S takovýmto řešením pro biohazard laboratoře přišli výzkumníci z Ústavu automatizace a informatiky Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně. Robotické pracoviště nazvané openTube vzniklo na poptávku FN Brno, která plánuje jeho pilotní nasazení a testování. Jedním z možných využití je příprava vzorků odebraných pacientům s podezřením na COVID-19.
„S vývojem jsme začali 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 jsme se rozhodli pomoci v oblasti procesu zpracování vzorků odebraných pacientům s podezřením na koronavirus. Logicky bylo zřejmé, že pokud bude vývoj trvat déle než měsíc, nemá vzhledem k účelu smysl,“ řekl vedoucí týmu openTube a ředitel Ústavu automatizace a informatiky FSI VUT Radomil Matoušek.
Co ve vývoji běžně trvá půl roku i rok, se svým čtyřčlenným týmem skutečně stihl za měsíc. „Nyní je dokončen a připraven k nasazení jak informační systém, který zjednoduší registraci pacientů a hlavně automatickou identifikaci vzorků, tak pilotní verze robotizovaného pracoviště pro automatizovanou přípravu těchto vzorků,“ dodal Matoušek.
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 a ovládá přes aplikaci instalovanou například v tabletu či smartphone,“ popsal Matoušek.
Robot, kterého systém používá, je technicky velmi vyspělý a takzvaně 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.
Robotická technologie pro laboratoře budoucnosti
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. My jsme využili kombinaci 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 – nemusíme zásadně či vůbec měnit hardware, stačí robotické pracoviště přeprogramovat. Celé pracoviště má své digitální dvojče a tak pro drobné úpravy protokolu nemusí být odborník ani fyzicky přítomen, lze je udělat na dálku,“ vysvětlil Matoušek.
Robota pro daný účel zapůjčila firma ABB. Výzkumníci totiž sháněli takového, který by byl rozměrově kompatibilní s laboratoří, resp. laminárními biohazard boxy, v nichž by měl pracovat v případě, že bude manipulovat s nebezpečnými vzorky. „Pokud bude naše řešení nasazeno v laboratoři pro testování COVID-19, potom bude robot primárně pracovat ve velmi omezeném prostoru laminárního boxu. Náš YuMík je v Česku unikátním druhem, v současnosti se vyskytuje pouze ve dvou exemplářích, a to v Praze a Brně, a pokud vím, tohle je jeho první praktické nasazení,“ doplnil Matoušek.
Výzkumníci teď s nemocnicí hledají pro robota nejlepší využití. Kromě práce se vzorky COVID-19 se jedná o nasazení v laboratoři, kde se připravují cytostatika, tedy léčiva s nezanedbatelnou toxicitou, jejichž příprava je řazena mezi rizikové práce. „Momentálně jednáme s laboratořemi FN Brno, MOÚ a laboratoří CEITEC MU. Pro pilotní implementaci zvolíme variantu, která bude časově efektivní
a bude reálně využitelná i do budoucna, “ ujistil Matoušek.
Projekt openTube chtějí vědci po fázi validace zveřejnit, aby na něm mohli stavět i další odborníci, či vizionáři. „V tomto projektu je nadšení a chuť pomoci ve špatných časech tak, jak to dělali jiní kolegové z naší sféry. Nepracovali jsme za peníze, byla to výzva. Překonávali jsme překážky a víme, že mnohé nás ještě čekají, ale jsme akademičtí výzkumníci, tedy kdo, když ne my, per aspera ad astra,“ uzavřel vedoucí týmu Radomil Matoušek.
