로봇 구축 및 테스트

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11440(2023) 이 기사 인용

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로봇 시스템은 로봇이 아닌 전문가에게도 상대적으로 간단한 인간-로봇 상호 작용을 촉진하여 다양한 프로세스를 구현할 수 있는 유연성을 제공합니다. 이러한 맥락에서, 공정 시간 단축은 물론 제품 및 공정 품질 향상도 달성할 수 있습니다. 로봇은 시간이 많이 걸리는 프로세스를 단축하고 인체공학적으로 불리한 작업을 대신하며 항상 효율적으로 작업합니다. 또한 안전성을 유지하거나 향상시키면서 유연한 생산이 가능합니다. 이 연구에서는 양팔 로봇 기반 모듈형 인프라의 성공적인 개발과 재현 가능한 나노입자 생산을 위한 자동화된 프로세스 구축에 대해 설명합니다. 개념 증명으로, 광결정의 구성 요소로서 직경이 약 200nm인 실리카 나노입자 준비를 위한 수동 합성 프로토콜이 완전 자동화된 프로세스로 변환되었습니다. 자동화 시스템의 모든 장치와 구성 요소는 합성 요구 사항에 따라 최적화되고 조정되었습니다. 자동화된 나노입자 생산의 이점을 입증하기 위해 수동(실험실 기술자가 수행한 합성) 및 자동 합성을 벤치마킹했습니다. 이를 위해 다양한 처리 매개변수(합성 절차 시간, 투여량 정확도 등)와 생성된 나노입자의 특성을 비교했습니다. 우리는 로봇의 사용으로 합성 정확도와 재현성이 향상되었을 뿐만 아니라 인력 시간과 비용이 최대 75% 절감되었음을 입증했습니다.

프로세스 자동화는 21세기의 트렌드입니다. 이에 대한 주요 촉진 요인으로는 비용 압박 증가, 높은 인건비 및 실험실 장비(키워드: "인력 역량 해제"), 작업 흐름 가속화 및 결과적으로 더 빠른 분석 처리, 더 나은 품질 관리, 제조 분야의 높은 규제 요구 사항 등이 있습니다. 최종 사용자를 위한 생산 기술의 가용성이 더욱 넓어졌습니다. 이러한 방식으로 자동화는 최근 몇 년간 특히 유럽에서 증가한 숙련된 노동력 부족을 상쇄하는 데 도움이 될 수 있습니다1. 자동화에는 다양한 수준이 있습니다2. 가장 낮은 수준의 자동화에서는 실험실 직원이 모든 작업 단계를 수행합니다. 장점은 복잡하고 다양한 활동을 가능하게 하는 높은 수준의 유연성과 인간의 인지 능력입니다. 최고 수준의 자동화는 완전히 자동화된 프로세스입니다. 이러한 공정의 개발에는 높은 투자 비용이 수반되므로 처리량이 극도로 높은 경우에만 경제적으로 실현 가능합니다. 이를 위해서는 운영, 유지 관리 및 문제 해결에 많은 비용이 소요되는 완전히 안정적이고 보호되며 변형이 적은 생산 프로세스가 필요합니다. 다양한 수준의 부분 자동화는 수동 실행과 특정 하위 프로세스만 자동화되는 전체 자동화 사이에 있습니다.

나노입자(NP)에 초점을 맞추면 최근 몇 년 동안 다르게 설계된 반응기(예: 배치 반응기 또는 액체 취급 장치)와 같은 부분 자동화를 사용하여 NP 합성의 제어 및 재현성이 향상되었다고 구성할 수 있습니다. 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13. 특히, 미세 유체 기반 솔루션은 예를 들어 금, 반도체, 지질 기반 NP 및 NP 기반 RNA/DNA 약물 전달 시스템 제조를 위해 확립되었습니다. 제약 생산에서 알려진 부분 자동화된 워크스테이션은 NP 합성에도 적용됩니다. 그러나 이러한 시스템의 주요 응용 분야는 여러 매개 변수 또는 물질을 다양하게 변경하고 짧은 시간에 테스트할 수 있는 높은 처리량 스크리닝입니다. 이를 통해 최적의 합성 조건을 결정할 수 있다. 또한 요구 사항 프로필에 따라 원하는 특성을 가진 여러 NP 변형을 제공할 수 있습니다. 이러한 시스템은 완전 자동화된 NP 생산을 가능하게 하지 않으며 광범위한 응용 분야를 지원하지도 않는다는 점은 주목할 만합니다.