Mise en place et test d'un robot

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11440 (2023) Citer cet article

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Les systèmes robotiques facilitent une interaction homme-robot relativement simple pour les experts non robotiques, offrant ainsi la flexibilité nécessaire pour mettre en œuvre différents processus. Dans ce contexte, des délais de traitement plus courts ainsi qu'une qualité accrue des produits et des processus pourraient être obtenus. Les robots raccourcissent les processus chronophages, prennent en charge les tâches ergonomiquement défavorables et travaillent efficacement à tout moment. De plus, une production flexible est possible tout en maintenant, voire en augmentant la sécurité. Cette étude décrit le développement réussi d’une infrastructure modulaire basée sur un robot à deux bras et la mise en place d’un processus automatisé pour la production reproductible de nanoparticules. Comme preuve de concept, un protocole de synthèse manuel pour la préparation de nanoparticules de silice d'un diamètre d'environ 200 nm comme éléments constitutifs des cristaux photoniques a été traduit en un processus entièrement automatisé. Tous les appareils et composants du système automatisé ont été optimisés et adaptés selon les exigences de synthèse. Pour démontrer les avantages de la production automatisée de nanoparticules, des synthèses manuelles (synthèse effectuée par des techniciens de laboratoire) et automatisées ont été comparées. À cette fin, différents paramètres de traitement (durée de la procédure de synthèse, précision du dosage, etc.) et les propriétés des nanoparticules produites ont été comparées. Nous démontrons que l'utilisation du robot a non seulement augmenté la précision et la reproductibilité de la synthèse, mais a également réduit le temps et les coûts du personnel jusqu'à 75 %.

L'automatisation des processus est une tendance du XXIe siècle. Les principaux facteurs qui y contribuent sont la pression croissante sur les coûts, les coûts de personnel et d'équipement de laboratoire élevés (mot clé : "libération des capacités du personnel"), l'accélération des flux de travail et le traitement plus rapide des analyses qui en résulte, une meilleure gestion de la qualité, ainsi que des exigences réglementaires élevées dans la fabrication. ainsi qu'une plus grande disponibilité des technologies de production pour l'utilisateur final. De cette manière, l’automatisation peut en outre contribuer à contrecarrer le manque de main-d’œuvre qualifiée, qui a connu une croissance ces dernières années, notamment en Europe1. Il existe différents niveaux d'automatisation2. Au niveau d'automatisation le plus bas, le personnel du laboratoire effectue toutes les étapes de travail. Les avantages sont un haut degré de flexibilité et les capacités cognitives de l'humain pour permettre des activités complexes et variées. Le plus haut niveau d’automatisation est un processus entièrement automatisé. Le développement d'un tel procédé implique des coûts d'investissement élevés et ne peut donc être économiquement réalisable qu'avec un débit extrêmement élevé. Cela nécessite un processus de production totalement stable, sécurisé et à faibles variantes, avec des coûts élevés d'exploitation, de maintenance et de dépannage. Différents niveaux d'automatisation partielle se situent entre l'exécution manuelle et l'automatisation complète, dans laquelle seuls des sous-processus spécifiques sont automatisés.

En mettant l'accent sur les nanoparticules (NP), on peut conclure qu'au cours des dernières années, le contrôle et la reproductibilité des synthèses de NP se sont améliorés grâce à l'utilisation d'une automatisation partielle telle que des réacteurs de conception différente (par exemple, des réacteurs discontinus ou des dispositifs de manipulation de liquides)2, 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13. En particulier, des solutions basées sur la microfluidique se sont établies, par exemple pour la fabrication de NP à base d'or, de semi-conducteurs et de lipides, ainsi que de systèmes d'administration de médicaments à base d'ARN/ADN à base de NP14,15,16,17,18. Les postes de travail partiellement automatisés, connus dans la production pharmaceutique, sont également utilisés dans les synthèses de NP. Cependant, la principale application de tels systèmes est le criblage à haut débit, dans lequel plusieurs paramètres ou substances peuvent être modifiés et testés en peu de temps19. Ainsi, des conditions de synthèse optimales peuvent être déterminées. De plus, plusieurs variantes NP avec les propriétés souhaitées peuvent être proposées en fonction des profils d'exigences19. Il est à noter que ces systèmes ne permettent pas la production entièrement automatisée de NP et ne prennent pas en charge un large domaine d'application.