Robô de automação laboratorial fácil de incorporar.

À medida que os laboratórios se tornam cada vez mais automatizados, dispor dos robôs certos, capazes de selecionar ferramentas e realizar operações de precisão, é um fator cada vez mais importante.

O mercado da automação laboratorial continua a crescer, à medida que mais sistemas de exercícios de simulação se tornam disponíveis. Contudo, a oferta de funcionalidades para além da pipetagem básica pode ser um desafio. Após anos de feedback do mercado, a Andrew Alliance aceitou este desafio, o qual deu origem ao seu robô de manuseamento de líquidos Andrew+. Através de uma ampla variedade de acessórios, a unidade foi concebida para realizar outras tarefas para além da simples automatização da pipetagem, como fazem muitos sistemas da concorrência (ver Figura 1).

Figura 1: O robô de manuseamento de líquidos Andrew+ foi concebido para aceitar e funcionar com uma ampla variedade de acessórios.

O Andrew+ faz parte do OneLab da empresa, um ecossistema conectado na nuvem que permite aos utilizadores conceber e executar protocolos de laboratório de forma fácil e eficaz. Esta arquitetura flexível permite aos utilizadores a transição simples de procedimentos de pipetagem manuais e laboriosos para fluxos de trabalho em laboratório totalmente robotizados. A melhor parte é o facto de os utilizadores não terem de ser programadores experientes ou especialistas em robótica laboratorial ou engenharia de automação.

Esta unidade de base do robô de manuseamento de líquidos pesa apenas aprox. 15,9 kg, de forma a permitir a fácil utilização sobre bancadas, e pode ser deslocada para diferentes partes de um laboratório ou diferentes departamentos, a fim de ser utilizada numa ampla variedade de tarefas. O robô funciona a partir de um suporte de ferramentas integrado. O robô agarra e segura a ferramenta adequada à operação e, de seguida, realiza a função atribuída.

O Andrew+ é um sistema modular que pode ser adaptado a muitas tarefas e aplicações, incluindo preparação de amostras para CQ, química analítica, diluição em série, preparação de plasma, extração de ADN, normalização da concentração e muito mais. Com pipetas eletrónicas de canal único e multicanal, o sistema garante o desempenho do manuseamento de líquidos, proporcionando, ao mesmo tempo, a máxima flexibilidade ao utilizador. Além disso, a unidade pode executar uma ampla variedade de etapas experimentais complexas, tais como agarrar colunas, dependendo da aplicação.

As pipetas oferecem uma gama dinâmica e rápida de volumes de distribuição de 0,2 µL até 10 mL (ver Figura 2). Como a unidade foi concebida para caber na maior parte das bancadas de laboratório e gabinetes de biossegurança, a flexibilidade é um elemento incorporado. A unidade pode funcionar com duas filas completas de Dominos (com capacidade para 7 microplacas ou 56 tubos Falcon, ou 168 microtubos, e ocupa uma profundidade de apox. 60 cm/24 pol. — aqui, cabem até as mais pequenas coberturas. O tamanho compacto da unidade permite colocá-la num frigorífico e permite também a operação a baixas temperaturas de até 4 ºC.

Figura 2: O Andrew+ funciona com uma série de pipetas industriais padrão, oferecendo uma ampla variedade de volumes.

Atuação robótica de três articulações

A Andrew Alliance escolheu três motores EC45 planos, concebidos e fabricados pela maxon, para a atuação do braço robótico — um para o ombro, um para o cotovelo e um para o pulso. De acordo com Antoine Jordan, Diretor de Operações Globais, “As dimensões foram um fator mesmo importante para manter a compacidade e o peso leve do robô.”

A empresa já tinha utilizado produtos maxon no passado, o que lhe conferiu uma vasta experiência anterior no que diz respeito à tecnologia dos motores, antes de os incorporar neste novo design. A impressionante estabilidade dos motores e a ampla linha de produtos maxon compatíveis com um grande número de aplicações, permitiu uma total flexibilidade a nível de design para o projeto. A Andrew Alliance também sentiu que podia confiar na versão personalizada minimalista dos motores para a respetiva aplicação, caso fosse necessário.

Uma vez tomada a decisão sobre quais motores utilizar, os parâmetros de design foram ajustados, de modo que o resultado final permitisse produzir um sistema de precisão altamente preciso. E porque a precisão é um fator muito importante num robô de laboratório automatizado, o design incluiu um codificador absoluto integrado, utilizado para a operação em circuito fechado do sistema. Isto contribuiu para o fornecimento e a manutenção da precisão necessária à aplicação final. O robô exigiu esta operação extremamente precisa para as duas operações principais — para realizar movimentos precisos ao pegar nos vários instrumentos ou ferramentas, bem como para realizar a operação necessária, assim que a ferramenta estava na pega do robô.

Figura 3: São utilizados três motores EC45 DC planos sem escovas no Andrew+; um para cada uma das articulações do robô.

Os motores certos

A incorporação dos motores EC45 DC planos sem escovas foi uma das decisões mais importantes tomadas para a aplicação (ver Figura 3). Além da precisão necessária para a operação, os motores tinham de ser muito rápidos a responder em toda a sequência de movimentos. Dependendo da localização do braço robótico a qualquer momento, foram necessários binários superiores, particularmente para operações de cantiléver. Os sensores integram-se nos controlos do sistema para garantir que a colocação do braço é realizada sem tocar em quaisquer outros componentes do sistema.

Os motores são constituídos por unidades sem escovas de 4 polos, são eletronicamente comutados e proporcionam, assim, uma longa vida útil e uma operação de baixo ruído. Ao incorporar ímanes de neodímio de alta energia, os motores são muito reativos, minimizando, simultaneamente, o tamanho geral. A potência de saída contínua é de 200 W, enquanto a velocidade máxima é de 12 000 rpm e o binário máximo contínuo é de até 265 mNm (37 onças/pol.), dependendo do enrolamento.

Os motores EC45 utilizados no Andrew+ são motores padrão, com uma ligeira variação. Uma vez que a maxon já dispõe de diversas variações do motor, foi fácil para as duas equipas colaborar e encontrar um produto que já tinha sido utilizado no passado e que era fácil de reconfigurar para esta aplicação específica. Uma vez selecionados e concebidos estes primeiros motores, as quantidades de produção eram exequíveis e o projeto decorreu sem problemas.

Conclusão

Ao colaborar com um fornecedor de confiança, a Andrew Alliance conseguiu encontrar e selecionar os componentes certos para o seu robô Andrew+ de automação laboratorial. Os motores EC45 forneceram a precisão, as velocidades e os binários necessários para uma ampla variedade de aplicações para as quais o robô foi concebido. A fiabilidade e a longa vida útil também foram requisitos determinantes na seleção dos motores por parte da empresa. Quando se opera numa indústria tão crucial como a automação laboratorial, tanto os conhecimentos em design como a tecnologia certa são fatores importantes.