Το ρομποτικό σύστημα AGAMEDE, που αναπτύχθηκε στο Ινστιτούτο Βιοοργανικής Χημείας της Πολωνικής Ακαδημίας Επιστημών σε συνεργασία με τις Mitsubishi Electric, Labomatica και Perlan Technologies, επιταχύνει τη διάγνωση του SARS-CoV-2. Χάρη στην προηγμένη τεχνολογία αυτοματισμού εξοπλισμένη με τεχνητή νοημοσύνη, το σύστημα έχει τη δυνατότητα να δοκιμάζει 15 χιλιάδες δείγματα την ημέρα. Τεχνολογία; Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε άλλους τομείς εφαρμογής, όπως η έρευνα νέων φαρμάκων, οι εξατομικευμένες θεραπείες για τον καρκίνο και ακόμη και η ανάπτυξη καλλυντικών συνθέσεων.
Θεωρούμενη η πρώτη γυναίκα επιστήμονας στην ιστορία, η AGAMEDE ήταν η έμπνευση για το όνομα που δόθηκε στο εργαστηριακό σύστημα αυτοματισμού που αναπτύχθηκε στο Ινστιτούτο Βιοοργανικής Χημείας της Πολωνικής Ακαδημίας Επιστημών. Ενώ η αυτοματοποίηση των εργαστηριακών διαδικασιών είναι κοινή πρακτική, το ρομποτικό σύστημα AGAMEDE έχει αρχίσει να προσφέρει ένα μοναδικό πειραματικό περιβάλλον κλειστού βρόχου συνδυάζοντας αυτοματισμό και τεχνητή νοημοσύνη (AI). Τα ρομπότ που προετοιμάζουν τα πειράματα διαβάζουν τα αποτελέσματα σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές με το λογισμικό Labomatica Gene GameTM, από την άλλη, ερμηνεύουν τα δεδομένα και προετοιμάζουν ανεξάρτητα τον επόμενο πειραματικό κύκλο. Έτσι, οι ερευνητές έχουν μόνο το καθήκον να ορίσουν το ερώτημα, να σχεδιάσουν το πειραματικό σύστημα και να παρακολουθήσουν την ομαλή λειτουργία του συστήματος. Το ρομπότ AGAMEDE, από την άλλη, εργάζεται 24 ώρες την ημέρα για να πειραματιστεί και να αναφέρει τα αποτελέσματα.
Ο συνδυασμός τεχνητής νοημοσύνης και αυτοματισμού σε ένα σύστημα που μπορεί να παράγει αποτελέσματα σε υψηλές ταχύτητες ξεχωρίζει ως σημαντική ανακάλυψη. Τα περισσότερα αυτοματοποιημένα συστήματα εξόδου υψηλής ταχύτητας απαιτούν από έναν χειριστή να διαβάσει τα αποτελέσματα και να σχεδιάσει την επόμενη σειρά πειραμάτων μετά την ολοκλήρωση ενός κύκλου. Ο AGAMEDE, από την άλλη, μπορεί να το κάνει αυτό ανεξάρτητα χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση.
«Χάρη στη μονάδα τεχνητής νοημοσύνης, η AGAMEDE ερμηνεύει πειράματα χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση που βασίζονται μόνο σε μαθηματικά μοντέλα», δήλωσε ο εφευρέτης και επικεφαλής μηχανικός του συστήματος, Prof. Ο Δρ. Ο Radoslaw Pilarski συνέχισε τα λόγια του ως εξής: «Το σύστημα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κεντρικά διαγνωστικά εργαστήρια, φαρμακευτικές εταιρείες που αναπτύσσουν ιατρικά φάρμακα και ογκολογικά εργαστήρια που ερευνούν ειδικές θεραπείες για τον ασθενή, καθώς και σε τμήματα Ε&Α εταιρειών χημικών και βιοτεχνολογίας για τη βελτιστοποίηση των βιοδιεργασιών.»
Αναπτύχθηκε για το έργο EPICELL
Οι εργασίες της AGAMEDE ξεκίνησαν το 2015 στο πλαίσιο του φορέα της IBCH PAS. Το σύστημα αναπτύχθηκε κυρίως για το έργο EPICELL που χρηματοδοτείται από το Εθνικό Κέντρο Έρευνας και Ανάπτυξης στο πλαίσιο του προγράμματος STRATEGMED «Πρόληψη και Θεραπεία Νοσημάτων της Σύγχρονης Εποχής». Ο στόχος του έργου ήταν η ανάπτυξη ενός βελτιστοποιημένου μέσου για την καλλιέργεια καρδιομυοκυττάρων. Η κύρια πρόκληση σε αυτή τη μελέτη ήταν ο αριθμός των πειραμάτων που απαιτούνται για τον σχεδιασμό ενός κατάλληλου μείγματος επιγενετικών ρυθμιστών μικρών μορίων. Για παράδειγμα, μια φόρμουλα με δέκα συστατικά και δέκα διαφορετικές συγκεντρώσεις απαιτεί 10 εκατομμύρια πειράματα. Το AGAMEDE χρησιμοποιήθηκε σε αυτό το σημείο για την αναζήτηση του σωστού συνδυασμού εξαρτημάτων σε ένα πολυδιάστατο σύστημα λύσεων. Αυτό βελτίωσε το περιεχόμενο του μέσου επαναπρογραμματισμού EPICELL One.
Μπορεί να κάνει 15 τεστ την ημέρα.
Δηλώνοντας ότι το IBCH PAS εργάζεται σε νουκλεϊκά οξέα RNA και DNA από την ίδρυσή του και ότι διαθέτει όλο τον εξοπλισμό και τις εγκαταστάσεις που απαιτούνται για τις διαγνωστικές διαδικασίες SARS-CoV-2, ο Διευθυντής του IBCH/PAS Prof. Marek Figlerowicz; «Το ινστιτούτο μας ήταν το πρώτο στην Πολωνία που ανέπτυξε ένα τεστ για την ανίχνευση του SARS-CoV-2. Λίγο αργότερα, αποφασίσαμε να συνδυάσουμε τις δυνατότητες αυτοματοποίησης του AGAMEDE με τις δοκιμές μας και αναπτύξαμε ένα πρωτόκολλο ταχείας διάγνωσης που μας επέτρεπε να δοκιμάζουμε 15 δείγματα την ημέρα. Αν και δεν διαθέτουμε διαπιστευμένο διαγνωστικό εργαστήριο, έχουμε επιτύχει ένα απίστευτο αποτέλεσμα, γιατί ένα άτομο μπορεί να αναλύσει το πολύ πολλές εκατοντάδες δείγματα σε μια μέρα. Με το AGAMEDE μπορέσαμε να κάνουμε 15 χιλιάδες δοκιμές», είπε.
Ρομπότ, PLC και λογισμικό που παρέχονται από τη Mitsubishi Electric
Το έργο AGAMEDE, που υλοποιήθηκε με την υποστήριξη των συνεργατών τεχνολογίας Mitsubishi Electric, Labomatica και Perlan Techologies, χρησιμοποίησε το ρομπότ 6 αξόνων της Mitsubishi Electric, ελεγκτές PLC και λογισμικό MELFA Basic. Το βιομηχανικό ρομπότ με μακρύ χέρι είναι το κύριο συστατικό του συστήματος. Με τη βοήθεια ενός ενσωματωμένου ρομποτικού εργαλείου, το ρομπότ μπορεί να εκτελεί πειράματα μικροκλίμακας σε πλάκες μικροανάλυσης 96 και 384 φρεατίων, μιμούμενος το έργο ενός τεχνικού εργαστηρίου που χρησιμοποιεί συνεχώς αναλυτικό εξοπλισμό. Για αυτό, χρησιμοποιούνται πειραματικά πρωτόκολλα που εισάγονται στο λογισμικό ελέγχου από τον χειριστή.
Στην εφαρμογή χρησιμοποιήθηκαν επίσης επωαστήρες βιομηχανικής κυτταροκαλλιέργειας, τροφοδότες πλακών και άκρων, σταθμοί σιφώνισης, ετικετοποιητές, σαρωτές γραμμωτού κώδικα, στεγανοποιητές πλακών, αναγνώστες φθορισμού και φασματοφωτόμετρα. Ένα αυτόματο ομοεστιακό μικροσκόπιο HCA με τέσσερα κανάλια φθορισμού ως συσκευή επισήμανσης περιλαμβάνεται στο σύστημα AGAMEDE. Για τον κόσμο της βιοτεχνολογίας, αυτή η συσκευή αντιπροσωπεύει το μικρόκοσμο αντίστοιχο του τηλεσκοπίου Hubble. Αντί για αστρονομικά αντικείμενα, αναλύει εκατομμύρια δομές κυττάρων και ιστών φωτογραφίζοντας τα με την ίδια ποιότητα και αποτελεσματικότητα. Η συσκευή είναι εξοπλισμένη με ακουστικό διαχύτη που παρέχει υγρό στην περιοχή νανολίτρων (εκατομμυριοστό του χιλιοστόλιτρου). Η ταχεία παράδοση τέτοιων μικρών όγκων υγρών μειώνει το κόστος έρευνας και αυξάνει την ταχύτητα της εργασίας. Με αυτόν τον τρόπο, είναι δυνατή η διεξαγωγή πειραμάτων σε σύντομο χρονικό διάστημα χρησιμοποιώντας μια συλλογή από πάνω από 115 χημικές ουσίες.
Εμπειρία από την παγκόσμια δύναμη της Mitsubishi Electric
Τονίζοντας ότι επωφελήθηκαν από τη διεθνή εμπειρία στην εφαρμογή ενός τόσο προηγμένου συστήματος στο οποίο ρομπότ και εργαστηριακός εξοπλισμός συνεργάζονται για πρώτη φορά στην Πολωνία, ο συντονιστής λύσεων του τομέα Mitsubishi Electric Poland Life Sciences, Roman Janik. «Η υποστήριξη του παγκόσμιου οργανισμού της Mitsubishi Electric, η οποία είναι αφοσιωμένη σε καινοτόμα έργα, ήταν εξαιρετικά χρήσιμη σε αυτό το έργο. Όλοι δουλέψαμε σκληρά σε σύντομο χρονικό διάστημα για να αναπτύξουμε μια λύση που θα έκανε τους τεχνικούς του εργαστηρίου άνετα όσο το δυνατόν γρηγορότερα, και μπορέσαμε να παραδίδουμε 100 δείγματα την εβδομάδα. «Αυτό ήταν ένα απίστευτο αποτέλεσμα για εμάς».
Συγκεντρώνοντας πολλούς κλάδους
Το έργο AGAMEDE είναι διεπιστημονικό, συγκεντρώνοντας τους κόσμους της ρομποτικής, της επιστήμης των υπολογιστών, του βιομηχανικού σχεδιασμού, των μαθηματικών, της βιολογίας και της χημείας. Ο Μηχανικός Ρομποτικής Mitsubishi Electric Tomasz Scholz, ο οποίος είπε ότι θα ήταν ένα σύνθετο έργο ακόμη και χωρίς πίεση χρόνου, συνέχισε τα λόγια του ως εξής: «Οι λύσεις που χρησιμοποιήσαμε για αυτό το έργο είναι καινοτόμες και μοναδικές… Όπως σε πολλά έργα, η μεγαλύτερη πρόκληση ήταν ο καθορισμός ο στόχος και πώς θα φτάναμε στον στόχο. Η απάντηση ήταν να βρεθεί μια κοινή τεχνική γλώσσα στην οποία άτομα από διαφορετικούς τομείς ειδικότητας θα μπορούσαν να επικοινωνούν στο ίδιο επίπεδο και να ξεκαθαρίσουν τις προσδοκίες. Η γεφύρωση του ακαδημαϊκού κόσμου, που σκέφτεται με αφηρημένα λόγια, και του βιομηχανικού κόσμου, που ακολουθεί συνήθως ένα σταθερό σύστημα, είναι συχνά ένα δύσκολο έργο, αλλά το πετύχαμε».
Νέες προσεγγίσεις στον εργαστηριακό σχεδιασμό
Δηλώνοντας ότι το AGAMEDE αναφέρεται στην Αρχαία Ελλάδα με το σχέδιό του, ο Prof. Ο Δρ. Ο Radosław Pilarski τόνισε ότι έδωσαν επίσης σημασία στον χώρο του εργαστηρίου όπου τοποθετείται το σύστημα στον προγραμματισμό και κατέληξε λέγοντας: «Το καθαρό δωμάτιο που χρησιμοποιείται για την άσηπτη κυτταρική καλλιέργεια, το οποίο είναι χωρίς παράθυρα στα περισσότερα εργαστήρια, διαχωρίζεται από τα καθιερωμένα πρότυπα δίνοντας είναι μια εντελώς νέα εμφάνιση. Το περιβάλλον είναι καλά φωτισμένο χάρη στα προσεκτικά κλειστά μεγάλα παράθυρα. Με τα πρόσθετα γυάλινα πάνελ, διασφαλίζεται ότι το σύστημα διατηρείται υπό συνεχή παρακολούθηση και έλεγχο χωρίς να φοράτε φόρμες καθαρού δωματίου. Επιπλέον, χάρη στις οθόνες και τις κάμερες υψηλής ανάλυσης 4K που χρησιμοποιήθηκαν στη μελέτη, το AGAMEDE και τα πειράματα μπορούν να προβληθούν εξ αποστάσεως από οπουδήποτε στον κόσμο».
Γίνετε ο πρώτος που θα σχολιάσει