Zrobotyzowany system AGAMEDE, opracowany w Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN we współpracy z Mitsubishi Electric, Labomatica i Perlan Technologies, przyspiesza diagnostykę SARS-CoV-2. Dzięki zaawansowanej technologii automatyzacji wyposażonej w sztuczną inteligencję, system ma możliwość przetestowania 15 tys. próbek dziennie. Technologia; Można go również wykorzystać w innych obszarach zastosowań, takich jak badania nad nowymi lekami, spersonalizowane leczenie raka, a nawet opracowywanie formuł kosmetycznych.
Uważana za pierwszą kobietę naukowca w historii, AGAMEDE była inspiracją dla nazwy nadanej systemowi automatyki laboratoryjnej opracowanemu w Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN. Podczas gdy automatyzacja procesów laboratoryjnych jest powszechną praktyką, system robotyczny AGAMEDE zaczął oferować unikalne środowisko eksperymentów w pętli zamkniętej, łącząc automatyzację i sztuczną inteligencję (AI). Roboty przygotowujące eksperymenty odczytują wyniki w określonych godzinach za pomocą oprogramowania Labomatica Gene GameTM, natomiast interpretują dane i samodzielnie przygotowują kolejny cykl eksperymentu. W ten sposób badaczom pozostaje tylko zdefiniowanie pytania, zaprojektowanie systemu eksperymentalnego i monitorowanie sprawnego działania systemu. Robot AGAMEDE natomiast pracuje 24 godziny na dobę, aby eksperymentować i raportować wyniki.
Połączenie sztucznej inteligencji i automatyzacji w systemie, który może produkować z dużą prędkością, jest przełomem. Większość zautomatyzowanych szybkich systemów wyjściowych wymaga od operatora odczytania wyników i zaplanowania następnej serii eksperymentów po zakończeniu cyklu. Z drugiej strony AGAMEDE może to zrobić samodzielnie, bez interwencji człowieka.
„Dzięki modułowi sztucznej inteligencji AGAMEDE interpretuje eksperymenty bez ingerencji człowieka w oparciu wyłącznie o modele matematyczne” – powiedział wynalazca i główny inżynier systemu, prof. Dr. Radosław Pilarski kontynuował swoje słowa: „System; Może być stosowany w centralnych laboratoriach diagnostycznych, firmach farmaceutycznych opracowujących leki i laboratoriach onkologicznych badających terapie specyficzne dla pacjenta, a także w działach badawczo-rozwojowych firm chemicznych i biotechnologicznych w celu optymalizacji bioprocesów.”
Opracowany dla projektu EPICELL
Prace AGAMEDE rozpoczęły się w 2015 roku w ramach IBCH PAN. System powstał przede wszystkim na potrzeby projektu EPICELL finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu STRATEGMED „Profilaktyka i leczenie chorób wieku współczesnego”. Celem projektu było opracowanie zoptymalizowanego podłoża do hodowli kardiomiocytów. Głównym wyzwaniem w tym badaniu była liczba eksperymentów wymaganych do zaprojektowania odpowiedniej mieszanki małocząsteczkowych modulatorów epigenetycznych. Na przykład formuła z dziesięcioma składnikami i dziesięcioma różnymi stężeniami wymaga 10 milionów eksperymentów. AGAMEDE został w tym momencie wykorzystany do poszukiwania właściwej kombinacji komponentów w wielowymiarowym systemie rozwiązań. To poprawiło zawartość nośnika przeprogramowania EPICELL One.
Może wykonać 15 XNUMX testów dziennie.
Stwierdzając, że IBCH PAN od początku swojego istnienia pracuje nad kwasami nukleinowymi RNA i DNA oraz że dysponuje wszelkim sprzętem i zapleczem niezbędnym do prowadzenia procesów diagnostycznych SARS-CoV-2, Dyrektor IChF PAN prof. Marek Figlerowicz; „Nasz instytut jako pierwszy w Polsce opracował test do wykrywania SARS-CoV-2. Niedługo potem zdecydowaliśmy się połączyć możliwości automatyzacji AGAMEDE z naszymi testami i opracowaliśmy szybki protokół diagnostyczny, który pozwolił nam na testowanie 15 15 próbek dziennie. Mimo, że nie posiadamy akredytowanego laboratorium diagnostycznego, osiągnęliśmy niesamowity wynik, ponieważ człowiek może przeanalizować co najwyżej kilkaset próbek dziennie. Dzięki AGAMEDE byliśmy w stanie wykonać XNUMX tysięcy testów” – powiedział.
Roboty, PLC i oprogramowanie dostarczone przez Mitsubishi Electric
W projekcie AGAMEDE, realizowanym przy wsparciu partnerów technologicznych Mitsubishi Electric, Labomatica i Perlan Techologies, wykorzystano 6-osiowego robota Mitsubishi Electric, sterowniki PLC oraz oprogramowanie MELFA Basic. Głównym elementem systemu jest robot przemysłowy z długim ramieniem. Za pomocą zintegrowanego narzędzia robota robot może wykonywać eksperymenty w mikroskali na 96- i 384-dołkowych płytkach do mikrotestów, imitując pracę technika laboratoryjnego, który stale korzysta ze sprzętu analitycznego. W tym celu wykorzystywane są protokoły eksperymentalne wprowadzone do oprogramowania kontrolnego przez operatora.
W aplikacji wykorzystano także przemysłowe inkubatory do hodowli komórkowych, podajniki płytek i końcówek, stacje pipetowania, urządzenia do etykietowania, skanery kodów kreskowych, uszczelniacze płytek, czytniki fluorescencyjne i spektrofotometry. Automatyczny mikroskop konfokalny HCA z czterema kanałami fluorescencyjnymi jako urządzenie podświetlające jest zawarty w systemie AGAMEDE. W świecie biotechnologii urządzenie to stanowi mikrokosmiczny odpowiednik teleskopu Hubble'a. Zamiast obiektów astronomicznych analizuje miliony struktur komórkowych i tkankowych, fotografując je z taką samą jakością i wydajnością. Urządzenie wyposażone jest w dyfuzor akustyczny, który dostarcza płyn w zakresie nanolitrów (milionowej części mililitra). Szybkie dostarczanie tak niewielkich ilości płynów obniża koszty badań i zwiększa szybkość pracy. W ten sposób możliwe jest przeprowadzenie eksperymentów w krótkim czasie z wykorzystaniem kolekcji ponad 115 XNUMX chemikaliów.
Doświadczenie wynikające z globalnej siły Mitsubishi Electric
Podkreślając, że skorzystali z międzynarodowego doświadczenia we wdrażaniu tak zaawansowanego systemu, w którym po raz pierwszy w Polsce roboty i sprzęt laboratoryjny współpracują ze sobą, Mitsubishi Electric Polska Koordynator Rozwiązań Sektora Nauk Przyrodniczych Roman Janik; „Wsparcie globalnej organizacji Mitsubishi Electric, zaangażowanej w innowacyjne projekty, było niezwykle pomocne w tym projekcie. Wszyscy ciężko pracowaliśmy w krótkim czasie, aby opracować rozwiązanie, które jak najszybciej uspokoiłoby techników laboratoryjnych i byliśmy w stanie dostarczyć 100 XNUMX próbek tygodniowo. „To był dla nas niesamowity wynik”.
Łączy wiele dyscyplin
Projekt AGAMEDE ma charakter interdyscyplinarny, łącząc światy robotyki, informatyki, wzornictwa przemysłowego, matematyki, biologii i chemii; Inżynier Mitsubishi Electric Robotics Tomasz Scholz, który powiedział, że będzie to złożony projekt nawet bez presji czasu, kontynuował swoje słowa: „Rozwiązania, które zastosowaliśmy w tym projekcie są innowacyjne i unikalne… Jak w wielu projektach, największym wyzwaniem było zdefiniowanie cel i sposób osiągnięcia celu. Odpowiedzią było znalezienie wspólnego języka technicznego, w którym ludzie z różnych dziedzin wiedzy mogliby komunikować się na tym samym poziomie i wyjaśniać oczekiwania. Połączenie świata akademickiego, który myśli w kategoriach abstrakcyjnych, ze światem przemysłowym, który zazwyczaj działa zgodnie z ustalonym systemem, jest często trudnym zadaniem, ale nam się udało”.
Nowe podejścia w planowaniu laboratorium
Stwierdzając, że AGAMEDE swoją konstrukcją nawiązuje do starożytnej Grecji, prof. Dr. Radosław Pilarski podkreślił, że w planowaniu przywiązywali również wagę do obszaru laboratorium, w którym system jest umieszczony, i podsumował stwierdzeniem: to zupełnie nowy wygląd. Dzięki starannie zamkniętym dużym oknom otoczenie jest dobrze doświetlone. Dzięki dodatkowym szklanym panelom zapewniona jest stała obserwacja i kontrola systemu bez noszenia kombinezonu do pomieszczeń czystych. Ponadto, dzięki monitorom i kamerom 4K o wysokiej rozdzielczości zastosowanym w badaniu, AGAMEDE i eksperymenty można oglądać zdalnie z dowolnego miejsca na świecie”.
Bądź pierwszy i skomentuj