SEYMOUR TRI-21: Robótica de Precisão Revolucionando Montagem de Microneedles

O SEYMOUR TRI-21 é uma máquina semi-autônoma robótica, construída pela SEYMOUR Advanced Technologies (SAT). Ele monta microneedles usados em cirurgia ocular 400% mais rápido que antes. Projetado para espaços apertados em uma sala limpa, e apresentando três braços robóticos Meca500 de seis eixos, o SEYMOUR TRI-21 pode inserir hastes de 25 mm de comprimento em um cilindro oco com apenas 60 micrômetros de folga. Isso é aproximadamente a espessura de um grão de sal ou um fio de cabelo humano!

A farmacêutica espera adicionar seis máquinas SAT adicionais para um aumento de 2000% na vazão até o final de 2022.

 

Contexto

Uma farmacêutica oftálmica desenvolveu um microneedle para uso em cirurgia ocular. Na indústria médica, é crítico que a montagem seja tanto perfeita quanto estéril, e esta empresa reconheceu a necessidade de uma maneira mais eficiente de montar esses microneedles.

O objetivo era reduzir significativamente o bioburden enquanto também aumentava a produtividade em aproximadamente 70%. Enfrentando esta meta agressiva, era da maior importância envolver um engenheiro de automação que pudesse começar do zero e construir uma solução robótica totalmente nova para atender às suas necessidades muito específicas. Após buscar um especialista com este nível de expertise, a empresa contratou a ajuda da SEYMOUR Advanced Technologies (SAT), uma provedora de tecnologia industrial autônoma, para criar uma máquina semi-autônoma robótica única que pudesse automatizar um processo de montagem extremamente preciso de uma ferramenta cirúrgica.

Desafio

Criar um processo de montagem automatizado, estéril e preciso para pegar uma haste de 25mm de comprimento e inseri-la precisamente em um cilindro oco com apenas 60 micrômetros (0.0015") de folga.

 

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No ambiente de manufatura atual, este processo é realizado manualmente usando uma lupa de alta potência e mãos humanas. Isso é extremamente tedioso e demorado — uma média de apenas 63 microneedles por hora pode ser produzida com precisão desta forma. Também há uma quantidade significativa de desperdício devido à quebra de agulhas durante o processo de inserção. Além disso, há uma chance aumentada de contaminação por "bioburden" (ou seja, o número de organismos contaminados encontrados em uma determinada quantidade de material antes de sua esterilização).

Esta iniciativa resolverá muitos problemas para a farmacêutica, a saber:

• Acelerar o processo de montagem;
• Eliminar desperdício ou custos desnecessários;
• Esterilizar o espaço de trabalho.

Além disso, ao trabalhar no processo de montagem, a SAT notou um desafio comum — a agulha não estava no mesmo local exato a cada puxada do robô, tornando o processo de inserção extremamente difícil.

Soluções

Em resposta a estes desafios, a SAT criou o SEYMOUR TRI-21, uma máquina semi-autônoma que entrega precisão, esterilização e eliminação de desperdício. Ela contém três robôs Meca500 de 6 eixos que pegam uma seringa do ponto A ao ponto B, inserindo o fio de 25mm na agulha sem falha.

O que torna a solução SEYMOUR TRI-21 ainda mais confiável é que o microneedle da empresa agora será produzido em um ambiente totalmente automatizado, versus os processos manuais e semi-automatizados usados por outros fabricantes.

 

• Visão de máquina poderosa
  Este processo único começa com o objeto sendo pego e colocado sob uma câmera de micro-resolução que usa tecnologia de strobing variável, também conhecida como "modulação de luz estruturada". Esta tecnologia detecta sombras para encontrar onde as partes físicas do objeto estão em uma certa vizinhança.
  
  A espessura, comprimento e retidão são então calculados. Em seguida, a SAT usa estes dados brutos para calcular o erro posicional relativo e mover os robôs para uma nova posição que permite montagem precisa. Este processo é crítico pois as partes internas "flutuam" dentro da carcaça que é pega. Então, embora sejam repetíveis, a janela em que se repetem é muito maior que a tolerância para montar as partes, sem interferência provável.
  
  

Precisão com machine learning

Como declarado anteriormente, o processo de automação teve que ser extremamente preciso devido às propriedades dos elementos sendo montados. É por isso que a SAT implementou machine learning (ML). Permitiu que a SAT rastreasse dados automaticamente, aprendesse com ciclos anteriores, então ajustasse e simplificasse para ciclos futuros — garantindo que cada inserção de agulha alinhe o fio e a agulha perfeitamente. A taxa de sucesso alvo aceitável é 90% ou mais com um aumento de 70% na produtividade, ambos os quais serão alcançados com o SEYMOUR TRI-21.

 

 

Design:

Foi importante que o design do SEYMOUR TRI-21 fosse adaptado às necessidades da farmacêutica. Estas incluíam:

• Alça de diagnóstico
  A SAT reconfigurou a alça perpendicular para uma posição paralela, dando-lhe mais proeminência enquanto também permite restrição mínima de movimento para o usuário. A SAT então estabeleceu um processo para dados serem alimentados à alça, traduzidos através de modos de cor que alertam o operador sobre a saúde da máquina para ajudá-los a gerenciar manutenção e conservação.
  
  
• Sala limpa nível ISO 7
  O Seymour TRI-21 foi criado com vidro de grau médico para controlar a quantidade de matéria particulada que pode entrar na máquina para garantir que todas as unidades sejam estéreis a um requisito de nível ISO 7. Rolamentos secos também foram usados, removendo contaminantes de graxa do ambiente de manufatura.
  
  
• Internet das Coisas (IoT)
  Em linha com a Indústria 4.0, o ecossistema conectado do IoT, a SAT fornecerá à empresa uma interface de computador remota, permitindo que eles operem a máquina remotamente em seu telefone ou tablet via app.
  
  
• Monitoramento
  Uma máquina que constrói as peças para outra máquina precisa ser cuidadosamente monitorada. Elementos como força, torção, velocidade, aceleração, tempo, pressão, volume, pesos e massas, translação e rotação todos precisam ser monitorados.

As sete unidades base SI são compostas por:

• • Comprimento - metro (m)
  • Tempo - segundo (s)
  • Quantidade de substância - mol (mol)
  • Corrente elétrica - ampere (A)
  • Temperatura - kelvin (K)
  • Intensidade luminosa - candela (cd)
  • Massa - quilograma (kg)

Ao monitorar estes, ou um subconjunto destes que pertencem ao produto, a solução SAT pode então verificar que o produto se torna tanto repetível quanto previsível, finalmente melhorando e evoluindo a tecnologia.

A SAT também monitora e fornece dados para apoiar a operação e direções. Existem uma infinidade de variáveis que afetam a qualidade do produto, mas apenas uma pequena janela onde os produtos operam consistentemente. Para este projeto, a janela de qualidade era 60 micrômetros.

• Pequena pegada, grande produção

No espaço atual de sala limpa de 1.000 pés quadrados, a farmacêutica pode ter no máximo duas pessoas trabalhando em turnos de 8 horas. Cada trabalhador treinado pode produzir aproximadamente 63 unidades/hora ou 1 unidade/min. Durante um turno típico, isso se traduz em uma média de 500 unidades por pessoa.

O novo SEYMOUR TRI-21 de 60"l x 42"p x 77"a e um operador agora poderão produzir aproximadamente 250 unidades por hora (4/min), ou 2.000 unidades/turno de 8h. Isso é um aumento de 400% na vazão!

Estas máquinas robóticas modulares podem ser usadas para P&D bem como para uso comercial de Boas Práticas de Fabricação (GMP). Seis equipamentos diferentes agora podem ser colocados na mesma sala limpa, trabalhando independentemente, tendo de dois a 10 operadores trabalhando ao mesmo tempo.

O que vem a seguir?

Segundo o CEO da SAT, Rob Seymour, "uma vez que a farmacêutica oftálmica implemente totalmente o uso do SEYMOUR TRI-21, eles aumentarão a produtividade geral em pelo menos 70% e alcançarão uma taxa mínima de sucesso de 95%. Eles também verão uma redução significativa no bioburden." Ele continua, "no próximo ano, a empresa adicionará seis robôs SAT adicionais à sua linha, permitindo que aumentem sua produção em 2000% até o final de 2022."

Uma versão deste artigo apareceu primeiro no site oficial da SAT. Reproduzido com permissão.

 

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