SEYMOUR TRI-21: Robótica de precisión revolucionando el ensamblaje de microneedles

El SEYMOUR TRI-21 es una máquina semi-autónoma robótica, construida por SEYMOUR Advanced Technologies (SAT). Ensambla microneedles para cirugía ocular un 400% más rápido que antes. Diseñado para espacios reducidos en una sala limpia, y con tres brazos robóticos de seis ejes Meca500, el SEYMOUR TRI-21 puede insertar varillas de 25 mm de largo en un cilindro hueco con solo 60 micrómetros de holgura. ¡Eso es aproximadamente el grosor de un grano de sal o un cabello humano!

La farmacéutica espera agregar seis máquinas SAT adicionales para un aumento del 2000% en el rendimiento para finales de 2022.

 

Antecedentes

Una farmacéutica oftálmica ha desarrollado un microneedle para uso en cirugía ocular. En la industria médica, es crítico que el ensamblaje sea tanto perfecto como estéril, y esta empresa reconoció la necesidad de una forma más eficiente de ensamblar estos microneedles.

El objetivo era reducir significativamente la carga biológica mientras se aumentaba la productividad aproximadamente en un 70%. Frente a este objetivo agresivo, era de suma importancia contratar a un ingeniero de automatización que pudiera empezar desde cero y construir una solución robótica completamente nueva para satisfacer sus necesidades muy específicas. Después de buscar un experto con este nivel de experiencia, la compañía recurrió a SEYMOUR Advanced Technologies (SAT), un proveedor de tecnología industrial autónoma, para crear una máquina semi-autónoma robótica única que pudiera automatizar un proceso de ensamblaje extremadamente preciso de una herramienta quirúrgica.

Desafío

Crear un proceso de ensamblaje automatizado, estéril y preciso para tomar una varilla de 25 mm de largo e insertarla precisamente en un cilindro hueco con solo 60 micrómetros (0.0015") de holgura.

 

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En el entorno de fabricación actual, este proceso se realiza manualmente usando una lupa de alta potencia y manos humanas. Esto es extremadamente tedioso y lento: un promedio de solo 63 microneedles por hora pueden producirse con precisión de esta manera. También hay una cantidad significativa de desperdicio debido a la rotura de agujas durante el proceso de inserción. Además, existe una mayor posibilidad de contaminación por "carga biológica" (es decir, el número de organismos contaminados encontrados en una cantidad dada de material antes de su esterilización).

Esta iniciativa resolverá muchos problemas para la farmacéutica, a saber:

• Acelerar el proceso de ensamblaje;
• Eliminar desperdicios o costos innecesarios;
• Esterilizar el espacio de trabajo.

Además, al trabajar en el proceso de ensamblaje, SAT notó un desafío común: la aguja no estaba en la ubicación exacta en cada tirada del robot, haciendo el proceso de inserción extremadamente difícil.

Soluciones

En respuesta a estos desafíos, SAT creó SEYMOUR TRI-21, una máquina semi-autónoma que cumple con precisión, esterilización y eliminación de desperdicios. Contiene tres robots Meca500 de 6 ejes que toman una jeringa del punto A al punto B, insertando el alambre de 25 mm en la aguja sin fallo.

Lo que hace que la solución SEYMOUR TRI-21 sea aún más confiable es que el microneedle de la compañía ahora se producirá en un entorno totalmente automatizado, versus los procesos manuales y semi-automatizados usados por otros fabricantes.

 

• Visión artificial potente
  Este proceso único comienza con el objeto siendo recogido y colocado bajo una cámara de micro-resolución que usa tecnología de estroboscopio variable, también conocida como "modulación de luz estructurada". Esta tecnología detecta sombras para encontrar dónde están las partes físicas del objeto en una cierta vecindad.
  
  El grosor, longitud y rectitud se calculan luego. A continuación, SAT usa estos datos brutos para calcular el error posicional relativo y mover los robots a una nueva posición que permite un ensamblaje preciso. Este proceso es crítico ya que las partes internas "flotan" dentro de la carcasa que se recoge. Así que, aunque son repetibles, la ventana en la que se repiten es mucho mayor que la tolerancia para ensamblar las partes sin interferencia probable.
  
  

Precisión con aprendizaje automático

Como se indicó anteriormente, el proceso de automatización tuvo que ser extremadamente preciso debido a las propiedades de los elementos ensamblados. Por eso SAT implementó aprendizaje automático (ML). Permitió a SAT rastrear datos automáticamente, aprender de ciclos previos, luego ajustar y optimizar para ciclos futuros, asegurando que cada inserción de aguja alinee el alambre y la aguja perfectamente. La tasa de éxito objetivo aceptable es 90% o superior con un aumento del 70% en productividad, ambos logrados con el SEYMOUR TRI-21.

 

 

Diseño:

Fue importante que el diseño del SEYMOUR TRI-21 se adaptara a las necesidades de la farmacéutica. Estas incluían:

• Mango diagnóstico
  SAT reconfiguró el mango perpendicular a una posición paralela, dándole más predominancia mientras permitía restricción mínima de movimiento para el usuario. SAT estableció entonces un proceso para que los datos se alimentaran al mango, traducidos a través de modos de color que alertan al operador sobre el estado de la máquina para ayudarles a gestionar mantenimiento y conservación.
  
  
• Sala limpia nivel ISO 7
  El SEYMOUR TRI-21 fue creado con vidrio de grado médico para controlar la cantidad de materia particulada que puede entrar en la máquina para asegurar que todas las unidades sean estériles a un requisito de nivel ISO 7. También se usaron cojinetes secos, eliminando contaminantes de grasa del entorno de fabricación.
  
  
• Internet de las Cosas (IoT)
  En línea con la Industria 4.0, el ecosistema conectado del IoT, SAT proporcionará a la compañía una interfaz de computadora remota, permitiéndoles operar la máquina remotamente en su teléfono o tablet mediante una app.
  
  
• Monitoreo
  Una máquina que construye las partes para otra máquina necesita ser monitoreada cuidadosamente. Elementos como fuerza, torsión, velocidad, aceleración, tiempo, presión, volumen, pesos y masas, traducción y rotación todos necesitan ser monitoreados.

Las siete unidades base SI comprenden:

• • Longitud - metro (m)
  • Tiempo - segundo (s)
  • Cantidad de sustancia - mol (mol)
  • Corriente eléctrica - amperio (A)
  • Temperatura - kelvin (K)
  • Intensidad luminosa - candela (cd)
  • Masa - kilogramo (kg)

Al monitorear estos, o un subconjunto de estos que pertenezcan al producto, la solución SAT puede verificar que el producto se vuelva tanto repetible como predecible, mejorando y evolucionando finalmente la tecnología.

SAT también monitorea y proporciona datos para apoyar la operación y direcciones. Hay una plétora de variables que afectan la calidad del producto, pero solo una pequeña ventana donde los productos operan consistentemente. Para este proyecto, la ventana de calidad era de 60 micrómetros.

• Huella pequeña, gran producción

En el espacio actual de sala limpia de 1,000 pies cuadrados, la farmacéutica puede tener un máximo de dos personas trabajando turnos de 8 horas. Cada trabajador capacitado puede producir aproximadamente 63 unidades/hora o 1 unidad/min. Durante un turno típico, esto se traduce en un promedio de 500 unidades por persona.

El nuevo SEYMOUR TRI-21 de 60" ancho x 42" fondo x 77" alto y un operador ahora podrán producir aproximadamente 250 unidades por hora (4/min), o 2,000 unidades/turno de 8h. ¡Eso es un aumento del 400% en el rendimiento!

Estas máquinas robóticas modulares pueden usarse para I+D así como para Buenas Prácticas de Fabricación (GMP) uso comercial. Seis equipos diferentes ahora pueden colocarse en la misma sala limpia, trabajando independientemente, teniendo de dos a 10 operadores trabajando a la vez.

¿Qué sigue?

Según el CEO de SAT, Rob Seymour, "una vez que la farmacéutica oftálmica implemente completamente el uso del SEYMOUR TRI-21, aumentarán la productividad general en al menos 70% y lograrán una tasa de éxito mínima del 95%. También verán una reducción significativa en la carga biológica." Continúa, "durante el próximo año, la compañía agregará seis robots SAT adicionales a su línea, permitiéndoles aumentar su producción en un 2000% para finales de 2022."

Una versión de este artículo apareció primero en el sitio web oficial de SAT. Reproducido con permiso.

 

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