Controllo di qualità con robot e sistemi di visione: Carclo Technical Plastics utilizza il Delta-Robot di Fanuc M-1iA. (Foto: Fanuc Robotics/David Wickham).
L’automazione avanza a grandi passi nel campo della medicina. In questo settore innovativo, le tecniche d’assemblaggio, manipolazione e movimentazione, la robotica e la visione industriale offrono grandi vantaggi in termini di produttività, precisione e qualità. Ad AUTOMATICA 2012, i visitatori potranno scoprire tutte le applicazioni di robot, impianti d’assemblaggio e sistemi di visione, oltre che un’ampia gamma di componenti d’automazione, al servizio della salute.
di Leo Castelli
Cresce esponenzialmente l’impiego dell’automazione nell’industria medicale, farmaceutica e cosmetica. La tecnologia aiuta questi settori ad accelerare il lancio di nuovi prodotti sul mercato e a realizzare processi produttivi più efficienti in termini di costi. Ormai da alcuni anni, i costruttori di robot e altri fornitori d’automazione sono impegnati nel trovare risposte alle svariate esigenze di questa categoria d’aziende, che oggi può contare su tecnologie mature. Da un lato, ad esempio, le case produttrici mettono a disposizione soluzioni robotizzate multiasse estremamente complesse per la levigatura e la lucidatura di impianti artificiali. Dall’altro, vengono proposti anche sistemi d’automazione più semplici, ma comunque ad altissima precisione. Infine, esiste un’ampia gamma di sensori, pinze e sistemi di visione che gli operatori del settore potranno vedere negli stand di AUTOMATICA 2012, in programma dal 22 al 25 maggio nel Centro Fieristico di Monaco di Baviera.
Il Dottor Ingegner Andreas Pott, Direttore del dipartimento di intralogistica presso il Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA di Stoccarda, conferma che il mercato offre attualmente robot e componenti d’automazione pensati per l’impiego in ambito medicale, farmaceutico e cosmetico. In questo contesto il professore individua due tipologie d’esigenze che devono essere soddisfatte a seconda delle applicazioni: “Alcuni robot devono essere adatti a impieghi produttivi in camere bianche con condizioni asettiche, rispettando normative molto severe in termini di materiali utilizzati e rilascio di particelle. Altre applicazioni comportano invece rigorose normative igieniche, come ad esempio nell’industria alimentare. In entrambi i casi, la tecnologia robotica non incontra alcuna difficoltà. Molte aziende offrono modelli con configurazioni dedicate che possono anche essere certificati”.
ROBOT FLESSIBILI
Il numero di robot impiegati in ambito medicale, farmaceutico e cosmetico cresce velocemente. Particolarmente sofisticate dal punto di vista tecnico sono le soluzioni impiegate in sala operatoria per interventi diretti sui pazienti. Questo tipo d’applicazioni rappresenta tuttavia una minima parte del mercato, in quanto si tratta di soluzioni estremamente specifiche e dedicate. La maggior parte dei robot trova invece impiego in applicazioni standard, prevalentemente mansioni di “pick & place” nelle quali le sfide principali sono il raggiungimento del massimo numero possibile di pezzi prelevati/depositati ogni minuto e la flessibilità. Sono necessari robot velocissimi, sistemi di visione precisi e affidabili e l’integrazione di funzionalità di line tracking.
La soluzione pressoché perfetta per compiti di pick & place è il cosiddetto “robot Delta”, con cinematica parallela fino a 6 assi. Queste macchine non hanno capacità di carico elevate, ma sono velocissime. Per garantire la massima flessibilità d’impiego, questi robot vengono equipaggiati spesso con sistemi di visione che consentono di prelevare svariate tipologie di oggetti in maniera controllata. Recentemente un costruttore di robot ha proposto nuovi modelli Delta già completi di sistema di visione pre-installato, in grado di riconoscere anche i colori. Con questa soluzione è possibile, ad esempio, prelevare pastiglie di colori differenti e depositarle nella confezione corrispondente.
I sistemi di visione vengono impiegati anche nel riconoscimento delle strutture cellulari. L’immagine in alto mostra le cellule nervose con le loro ramificazioni. Il software per l’elaborazione di immagini Halcon di MVTec è in grado di rilevare chiaramente le relazioni fra le strutture (immagine inferiore). (Foto: MVTec).
SISTEMI DI VISIONE
In generale, la visione industriale è già penetrata in molti comparti dell’industria medica e farmaceutica. Sono stati fatti progressi, soprattutto nell’elaborazione d’immagini a colori e nella visione in 3D, che aprono molte nuove opportunità all’automazione. Ad esempio, i sistemi di visione a colori vengono utilizzati in citologia per la diagnosi e l’analisi dei tessuti e dei carcinomi. Per analizzare strutture complesse come le celle e i dendriti serve grande affidabilità nella lettura e classificazione dei colori, ottenibile solo con un software d’elaborazione delle immagini molto potente.
Anche l’elaborazione tridimensionale presuppone un incremento significativo delle prestazioni, grazie al quale può trovare sempre maggiore impiego nell’analisi d’immagini in campo medico. Con la scansione a lama laser, ad esempio, è possibile acquisire l’immagine tridimensionale di un dente estratto per poter realizzare il modello in 3D dell’impianto sostitutivo corrispondente. Facendo riferimento a questo modello, un robot è in grado di fresare il nuovo dente con assoluta precisione.
Nel settore farmaceutico, la visione artificiale viene utilizzata principalmente per il controllo di qualità nella produzione di medicinali. Fra le varie mansioni spicca il controllo della crescita di cristalli o del livello di riempimento delle ampolle. Anche il colore delle compresse o l’integrità dei blister possono essere controllati con sistemi di visione moderni. Infine, esistono anche soluzioni OCV (verifica ottica dei caratteri) per il controllo dei foglietti d’indicazioni e delle confezioni.
ASSEMBLAGGIO E VERIFICA AUTOMATIZZATI
Gli impianti d’assemblaggio contribuiscono già da molto tempo all’ottimizzazione della produttività e della qualità nella produzione di apparecchiature medicali come auto-iniettori e inalatori. Oltre al perfezionamento di numerosi dettagli, si registra in questo ambito un’evoluzione generalizzata verso gli impianti modulari. Questo sviluppo ha motivi soprattutto economici, poiché il risparmio di tempo nella fase di rilascio grazie alla convalida anticipata del processo e al relativo accorciamento del time-to-market è enorme.
Questo approccio prevede una piattaforma unificata per tutte le macchine che possa essere configurata e ampliata progressivamente dall’impianto pilota fino alla produzione in grande serie. Per un dispositivo ancora in fase di sviluppo è possibile sviluppare e costruire una postazione di lavoro manuale con operazioni di controllo e assemblaggio parzialmente automatizzate, con la possibilità di verificare e validare su questo impianto pilota tutti i processi critici nella loro configurazione finale. Questi processi possono quindi essere riportati “uno a uno” in una linea di assemblaggio semi-automatizzata e infine in un impianto completamente automatizzato.
VETRINA DEL MEDICALE
Dai costruttori di robot, ai fornitori di sistemi industriali, agli esperti dell’assemblaggio, ad AUTOMATICA 2012 sono attese circa 180 aziende che propongono soluzioni per l’automazione in ambito medicale, farmaceutico e cosmetico. Gli operatori di questi settori potranno inoltre assistere a convegni e presentazioni di alto profilo all'interno di AUTOMATICA Forum. L’intera giornata di giovedì 24 maggio 2012 sarà dedicata ai temi dell’automazione in questo settore, nell'ambito del convegno intitolato “Nuovi settori sotto i riflettori: alimentari, medicale, farmaci e biotecnologie”. Le presentazioni del mattino verteranno sul tema “Automazione della manodopera e della produzione nell'industria farmaceutica”, “Biotech: senza automazione si esaurirà la prossima grande ondata di innovazione” e “Visione 3D e organi di presa intelligenti nel confezionamento di alimenti”. Al pomeriggio verranno illustrate le tendenze in atto nella robotica di servizio e medicale, con interventi come “Il robot sterile: stato della tecnica e richieste degli utilizzatori” o “Assemblaggio modulare nell’industria medicale e farmaceutica”. Nella tavola rotonda successiva si parlerà invece delle industrie medicali, farmaceutiche e alimentari come nuovi mercati di crescita per la robotica.
Con la piattaforma “Teamed”, l’azienda teamtechnik ha sviluppato un impianto flessibile d’assemblaggio e controllo per apparecchiature medicali che, grazie alla propria modularità, consente di realizzare diverse configurazioni dall’impianto pilota alla produzione in grande serie. (Foto: teamtechnik).
