I robot hanno rivoluzionato l’industria manifatturiera automatizzando le catene di montaggio. Ora, sempre di più, vengono utilizzati per accelerare il ritmo della scoperta scientifica.
Gli strumenti di diffusione dei neutroni sono come giganteschi microscopi ad alta potenza che utilizzano fasci di neutroni per studiare i materiali su scala atomica. Lo strumento BIO-SANS, situato presso l'High Flux Isotope Reactor o HFIR dell'Oak Ridge National Laboratory, è l'ultimo strumento di diffusione di neutroni ad essere dotato di robotica all'avanguardia e software personalizzato.
Il sofisticato aggiornamento quadruplica il numero di campioni che lo strumento può misurare automaticamente e riduce significativamente la necessità di assistenza umana. BIO-SANS è specializzato nello studio del comportamento, della forma e delle dimensioni di materiali biologici complessi.
"È un notevole passo avanti in termini di capacità. La capacità di analizzare più campioni significa che otterremo risultati migliori", ha affermato Mark Loguillo, leader del gruppo ORNL. "Non solo, ma l'automazione ci offre una migliore gestione del tempo che, a sua volta, ci consente di effettuare più misurazioni in un esperimento di quanto potessimo fare prima."
Su BIO-SANS è installato il robot universale UR5E, un braccio meccanico leggero dotato di cinque giunti altamente articolati. Il robot è fissato al soffitto all'interno di un telaio in alluminio che contiene una piattaforma per la conservazione dei campioni sperimentali. Le pinze fissate all'estremità del braccio agiscono come dita che afferrano campioni:polveri o soluzioni liquide conservate all'interno di piccoli contenitori metallici di un paio di pollici cubi.
Il robot sposta i campioni da e verso un vassoio direttamente sotto di esso e li posiziona in un fascio di neutroni per l'analisi. È possibile conservare circa 84 campioni alla volta all'interno dell'alloggiamento dei campioni. Il robot può funzionare ininterrottamente finché il vassoio dei campioni è pieno, che è una delle uniche parti dell'esperimento che richiede l'assistenza umana una volta iniziato l'esperimento. I ricercatori possono raccogliere i propri dati e monitorare i propri esperimenti dal proprio ufficio o da casa.
"Quando è scoppiata la pandemia di COVID-19, sapevamo di aver bisogno di un modo per automatizzare gli esperimenti in modo che potessero essere eseguiti a distanza", ha affermato Loguillo. "Abbiamo installato un prototipo di robot che ha dimostrato chiaramente il valore dell'integrazione della robotica e il potenziale che aveva, ma alla fine il prototipo ha sofferto di problemi di affidabilità. Il nuovo robot di livello industriale è altamente personalizzabile, il che ci consente di continuare ad apportare miglioramenti al suo software e capacità."
Sono in fase di sviluppo i piani per dotare il robot di un’intelligenza artificiale che aiuterà a ridurre il tempo necessario per ogni esperimento eliminando misurazioni non necessarie. A loro volta, i futuri aggiornamenti consentiranno a BIO-SANS di ospitare esperimenti più complessi e aumentare la produttività scientifica.
Oltre a Loguillo, i membri del team coinvolti nel progetto includono i ricercatori dell'ORNL Mariano Ruiz-Rodriguez e John Wenzel. Sulla base del successo del robot, il team prevede di aggiornare altri strumenti, come GP-SANS presso HFIR e il diffrattometro MANDI presso la Spallation Neutron Source, o SNS.
Fornito da Oak Ridge National Laboratory
