Laboratuvar robotları, bir görevi otomatikleştirmek veya teknisyenin bir görevi tamamlamasına yardımcı olmak gibi belirli bir amaca hizmet etmek üzere özel olarak tasarlanmış çeşitli robotların kullanımını ifade etmektedir. Laboratuvar robotları, son on yılda birçok gelişmeyle birlikte çeşitli endüstrilerde kullanılmaktadır. İmalat ve otomotiv gibi sektörler, sektöre özgü robotik kullanımından büyük fayda sağlamaktadırlar.
Bununla birlikte, medikal sektör ve eczacılık en çok fayda sağlamış sektörler arasında sayılabilir. 30 yılı aşkın bir süredir, laboratuvar robotları tıp endüstrisindeki biyolojik ve kimyasal laboratuvarlar için tasarlanmakta ve uygulanmaktadır. 1980’lerde, üroloji cerrahisinde programlanabilir evrensel montaj makinesi (PUMA) ile ilk robot cerrahiye yardımcı olmak için kullanılmıştır. 1980 ‘ler den bu yana pek çok gelişme olmuştur ve sayısız görev için birçok yeni robot yaratılmıştır.
Bu yeniliklerin en gelişmiş ve yaygın olarak kullanılanlarından biri, cerrahiyi kolaylaştırmak için minimal invaziv bir yaklaşım kullanan, küçük insizyonlarla hastaya küçük bir 3D kamera ve minyatür cerrahi aletler yerleştirerek, cerrahın uzaktan çalışmasına izin veren da Vinci robotu dur. Son raporlar, laboratuvar robotik pazarının, laboratuvar robotiklerinin satın alınması ve kullanımının sektörler genelinde arttığını, laboratuvar robotiklerinin maliyetinin azaldığını göstermektedir.
Laboratuvar Robotlarını Kullanmanın Avantajları
Laboratuvar robotları kullanıcıya ve tıbbi alana çeşitli avantajlar sağlar. İlk olarak, laboratuvar robotları, insanlar için güvenli olmayan ortamlarda çalışabilir, bu da tehlikeli kimyasallarla çalışmaktan, zorlu çevre koşullarına dayanmaya kadar değişen bir durum olabilir. Bu, daha fazla zaman alacak veya işçiler için tehlike yaratabilecek robotlar olmadan mümkün olmayan deneylerin ve çalışmaların yapılmasına fırsat vermektedir. Laboratuvar robotlarının en büyük avantajı, verimliliği arttırmasıdır ve bu birkaç yolla elde edilir.
Yukarıda belirtildiği gibi, robotlar tehlikeli kimyasallarla kolayca çalışabilir. İnsanlar tarafından tehlikeli kimyasallar içeren görevler, görevi yavaşlatabilecek çok sayıda güvenlik protokolü gerektirirken, robotlar aynı önlemlere gerek duymadan çalışabilirler. Robotiklerin diğer avantajları, insanlara ve robotlara kıyasla yorulmamalarıdır ve bu da yorgunluktan kaynaklı insan hatalarını ortadan kaldırmaktadır. Robotlar, bir görev tekrarlanırsa dinlenmeye, yorgunluk veya sıkıntıdan etkilenmeden aynı hızda ve tutarlılıkta çalışmaya devam etme yeteneğine sahiptirler. Robotlar daha hızlıdır, böylece insanla aynı görevleri daha kısa sürede yapabilme kabiliyetiyle verimliliği arttırırlar.
Son olarak, robotlar insanlardan işleri devr alabildikleri için üretkenlik daha da artırılır ve bu da işletmenin diğer alanlarına yeniden konuşlandırılabilir. Daha verimli malzeme kullanımı nedeniyle robotlar tarafından insanlara kıyasla daha az atık üretilmektedir. Durum böyle iken robotların maliyeti zaman içinde pahalı olabilirken atık azaltılması verimliliğin artırılması ve (bir maaş gerektirir) insanlar üzerindeki bağımlılığını azaltarak tasarruf edilebilir. Laboratuvar robotlarının kullanımının geleceğe doğru artmaya devam etmesi ve laboratuvar robotiklerinin yeteneklerini arttırarak farklı ihtiyaçları karşılamak için yenilikler yapmaya devam etmesi beklenmektedir.
Geliştirilmiş görüntüleme ve dokunmatik sensörler laboratuvar ayarlarında değerli bir seçenek sağlayabilir. Bu laboratuvar robotlarının çok hassas ve dikkatli bir şekilde çalışması için gelişmiş sensörler gerekir.
Cornell Üniversitesi’nin Organik Robot Laboratuvarında, bir sıra domatesle yolunu hisseden insan benzeri bir el, laboratuvardaki görevleri otomatikleştirmek için yeni yaklaşımlar açacaktır. Bu robotik el Cornell Üniversitesi (Ithaca, NY) mekanik ve uzay mühendisliği yardımcı doçenti Robert Shepherd ve Organik Robot Laboratuvarı’ndaki meslektaşları tarafından tasarlanmıştır. Yumuşak sensörler bu laboratuvardaki araştırmanın bir parçasını oluşturmaktadır ve örneğin, dielektrik elastomer sensörleri, robotik eldeki gibi dokunsal bir arayüze izin vermektedir. Shepherd’ın ekibi 3D, büküldüklerinde bile hissedebilen sensörler oluşturmak için kapasitörleri yumuşak malzemeler üzerine yazdırmaktadır. Parmaktakilere benzeyen sensörler oluşturmak neredeyse bilim kurguya benzemektedir. Bununla birlikte, gelecekte laboratuvar robotiklerinde ortaya çıkan sensörlerin bazıları, aynı derecede şaşırtıcı yerlerden gelebilir.
Görme Duyusu![Laboratuvar Ortamında Robotiğin Faydaları]()
İsviçre merkezli iniLabs’ın kurucu ortağı ve başkanı Kynan Eng, görme işleme laboratuvar robotları için sıcak bir konu olduğunu belirtmiştir. Sensör performansı, algoritmalar ve bilgisayar performansındaki devam eden gelişmeler, artan deneysel verim ve laboratuvar ekipmanının daha fazla uyarlana bilirliğini elde etmek için otomasyon için yeni olanaklar yaratacak gibi durmaktadır. Robotiklerin nasıl kontrol edileceğini düşünürken, bir çeşit görüntüleme, bir sensör yaratmak için akla ilk gelen fikirlerden biri olabilir. Ancak bir gözün nasıl çalıştığını ve ilgili tüm sinirsel görüntü işlemeyi (en azından bilinen kısımları) bile biraz bilen birinin, biyolojiyi taklit etmeyi önerme olasılığı düşüktür. Bunun yerine, bir kamerayla bir dizi görüntü toplamak daha basit gelebilir, ancak sorunlu noktaları değiştirir. Eng, bu alanda büyük bir zorluk, modern yüksek çözünürlüklü, yüksek hızlı görüş sensörleri tarafından üretilen büyük miktarda veriyle ilgilenmek olduğunu belirtmiştir.
Bu zorluklarla mücadele etmek için Zürih Üniversitesi Nöroinformatik Enstitüsü ve ETH Zürih’teki araştırmacılar, Eng’in kameranın icadından bu yana bilgisayar vizyonunun nasıl yapıldığına dair ilk temel değişiklik olarak tanımladığı dinamik vizyon sensörünü (DVS) geliştirmişlerdir. Geleneksel teknolojiler görüntü yakalamak için bir dizi kare kullanır, ancak bir kare ve diğeri, bellek, işlem gücü ve zamanı tüketen birçok aynı bilgiyi içermektedir. Çerçeveler ayrıca her pikselde aynı pozlamayı kullanır, bu da çok karanlık veya çok parlak alanlarda görüntünün kalitesini azaltmaktadır.
Bunun yerine, DVS aslında görme için gözler tarafından kullanılan bazı yöntemleri taklit eder. Örneğin, çerçevesiz olarak tamamen eş zamansız çalışır ve yalnızca çekilen görüntüdeki hareketler tarafından oluşturulan piksel düzeyindeki değişiklikleri işler. Eng, sensörlerin mikrosaniye zaman çözünürlüğünde veri sağlamasına izin vermekte ve bu, saniyede binlerce kare hızında çalışan geleneksel yüksek hızlı görüş sensörlerinden daha iyi görüş sağlamaktadır. Daha iyi geçici çözünürlük sağlamanın yanı sıra, seyrek DVS veri akışı çok daha az depolama ve bilgi işlem gücü gerektirir. Eng, sensörün yerel işlemden dolayı büyüklük sıralarıyla dinamik aralığının artırıldığını belirtmektedir.
iniLabs bu sensörü gerçek zamanlı robotik dahil çeşitli uygulamalar için tavsiye etmektedir. Bir robotun görsel giriş ve hızlı reaksiyonlar gerektirdiği durumlarda, DVS mükemmel bir seçim yapmaktadır. Alan, güç ve ağırlık önemli olduğunda daha da iyi çalışır, çünkü geleneksel görüntüleme çözümlerinden üçünden daha azını gerektirmektedir. Ayrıca DVS, görüntüyü sensörü içeren aynı kartta işleyebilir.
Lidar’ı Labratuvara Bağlama
Bazı durumlarda, laboratuvar robotik sensörleri diğer alanlarda başlamaktadır. CA, Morgan Hill’de, Velodyne LiDAR’daki bilim adamları, LiDAR’ın sokaklarda ve otoyollarda gezinmek için kullanıldığı otonom arabalar da dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için sensörler oluşturmak için ışık algılama ve aralıklandırma (LiDAR) kullanmaktadır. Velodyne pazarlama müdürü Jeff Wuendry ayrıca manipülatör kollarını veya aktüatörleri imalatta yönlendirmek için de kullanıldığını bildirmektedir.
10 yıl önce üretilen 3 boyutlu LiDAR sensörleri, fiziksel olarak daha büyük ve oldukça pahalıydı. Velodyne teknolojisinin anahtarı boyuttur. Benzersiz bölüm, sensörü daha küçük ve daha küçük yapmak için birçok alt bileşeni minyatürleştirmektedir. Verimli Güç Dönüşümü (El Segundo, CA) ile çalışan şirket, sadece 4 milimetrelik bir monolitik galyum nitrür entegre devresinden (IC) katı halli bir LiDAR sensörü oluşturarak bunu yapmıştır. Daha küçük sensör boyutu ve katı hal tasarımına yönelik eğilim, 3 boyutlu LiDAR algılamayı yeni uygulamalar için mümkün kılmaktadır.
Üretim uygulamalarının ötesinde, bu cihaz dronlarda kullanılabilir. IC tabanlı sensörün küçük boyutu ve hareketli parça eksikliği, drone uygulamalarında etkili bir seçim olmasını sağlar. Bu ilerlemeyle ilgili kurumsal literatürde Velodyne LiDAR araştırma ve geliştirme başkan yardımcısı Anand Gopalan, bu teknoloji gerçekten minyatürleşmenin kapısını açtığını ve Velodyne’ye birçok farklı uygulama için çeşitli form faktörlerinde LiDAR oluşturma yeteneği sunduğunu belirtmektedir. Yakında, LiDAR işlevselliğinin çeşitli yönlerini ele alan, yepyeni bir güvenilir, minyatür ve uygun maliyetli LiDAR ürünlerine giden yolu açan bir entegre devreler portföyü oluşturulacaktır.
Bu teknoloji 3 boyutlu lazer taramaya dayanmaktadır. IC’deki lazer diyotları gözler gibi derinlik algısı sağlamaktadır. 20 hertz’de dönen çoklu lazer diyotları, IC etrafında 360 derece ve yukarı ve aşağı 30 derece olmak üzere nesneler hakkında veri toplamakta hepsi 200 metreye kadar görebilmektedir. Bunu yapmak için saniyede 300.000 ila 1 milyon veri noktasını işler. Bu, işlenecek çok fazla veri, ancak daha yeni denetleyici algoritmaları, tüm verileri her zaman kullanma ihtiyacını azaltmak için tasarlanmıştır. Aynı algılama teknolojisini kullanarak, denetleyici veri noktası değişikliklerine odaklanabilir ve statik veri noktalarını yok sayabilir.
IC tarafından toplanan bilgiler, yonga dışı işleme için bir denetleyiciye gitmektedir. Bu teknolojinin Puck adı verilen mevcut bir versiyonu, birbiri üzerine yığılmış iki hokey diskinin boyutudur. Bu sensörün minyatürleştirilmesi ve yeteneklerindeki ilerlemeler olası uygulamaları genişletir. Sensör küçüldükçe ve daha güçlü hale geldikçe, daha fazla yere yerleştirilebilmektedir. Daha ucuz hale getirmek de daha olası kullanımlara fırsat sunmaktadır. Bu kullanımlardan bazıları muhtemelen yarının laboratuvar robotlarında olacaktır ve kuşkusuz, dronlardan veri toplamak isteyen bilim adamları bugün bu teknolojiyi kullanacaklardır. Küçük ve geniş bir yelpazeden veri toplayan IC tabanlı bir sensörün sadeliği, birçok saha çalışmasında kullanışlı olabilir.
İnce Ayar Teknikleri
Çoğu laboratuvar robotu, veri toplamak için siteler üzerinde uçmak yerine örnekleri ve aletleri taşımak için daha ince kontrole ihtiyaç duyarlar. Diğer ilerlemeler gibi, oradaki gelişmeler beklenmedik noktalardan gelebilir ve biri sanayi olabilir. Örneğin Macaristan merkezli OptoForce, altı eksenli bir kuvvet tork sensörü yapmaktadır. OptoForce pazarlama müdürü Nora Bereczki bu sensörün robotlara dokunma hissi verdiğini, böylece daha fazla görev otomatikleştirilebildiğini ve zaman kazanılabildiğini belirtmektedir. Bu sensör sayesinde robotlar daha hassas hale gelecek ve insanın dokunması gereken görevler otomatikleştirilebilecektir.
Laboratuvarlarda bu dokunuş sıklıkla gereklidir. Aslında, bazı laboratuvar uygulamaları ekip olarak çalışan robotları kullanabilir. Görülen o ki; işbirlikçi robotlar üretimde daha fazla yer alacaktır ve bu tür bir çözüme büyük bir pazar ihtiyacı vardır. Örnek olarak, tekrarlayan, monoton insan görevlerinden bahsedildiğinde laboratuvarlarda aynı tür ihtiyaçlar vardır ve OptoForce sensörü sonunda bilim insanlarına da yardımcı olabilir. Buna ek olarak, OptoForce sensörü yalnızca 0,1 Newton’a duyarlı yüksek çözünürlük sağlar ve sağlamdır. Sensör yere düşse bile kırılmaz bir sağlamlıkta dır. Bu sensörün ince dokunuşu, hassasiyeti ve sağlam yapısı, laboratuvar robotlarında değerli bir seçenek haline getirir.
Kaynakça:
https://www.labmanager.com/laboratory-technology/the-benefits-of-robotics-in-a-laboratory-setting-2941
https://www.azolifesciences.com/article/Benefits-of-Laboratory-Robotics.aspx
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu