A modernização da robótica aumenta a eficiência dos experimentos de nêutrons
A pesquisadora do ORNL, Felicia Gilliland, coloca amostras do experimento em posição para o braço robótico UR5E recém-instalado no instrumento BIO-SANS. O robô de nível industrial troca as amostras automaticamente, reduzindo a necessidade de assistência humana e melhorando o rendimento das amostras. Crédito:Jeremy Rumsey/ORNL, Departamento de Energia dos EUA Os robôs revolucionaram a indústria manufatureira ao automatizar as linhas de montagem. Agora, cada vez mais, eles estão sendo usados para acelerar o ritmo da descoberta científica.
Os instrumentos de dispersão de nêutrons são como microscópios gigantes de alta potência que usam feixes de nêutrons para estudar materiais em escala atômica. O instrumento BIO-SANS, localizado no Reator Isótopo de Alto Fluxo do Laboratório Nacional de Oak Ridge, ou HFIR, é o mais recente instrumento de dispersão de nêutrons a ser adaptado com robótica de última geração e software personalizado.
A atualização sofisticada quadruplica o número de amostras que o instrumento pode medir automaticamente e reduz significativamente a necessidade de assistência humana. A BIO-SANS é especializada no estudo do comportamento, forma e tamanho de materiais biológicos complexos.
"É um avanço notável em termos de capacidades. A capacidade de analisar mais amostras significa que obteremos melhores resultados", disse o líder do grupo ORNL, Mark Loguillo. "Não só isso, mas a automação nos proporciona um melhor gerenciamento do tempo, o que, por sua vez, nos permite fazer mais medições em um experimento do que poderíamos antes."
Instalado no BIO-SANS está o Robô Universal UR5E, um braço mecânico leve equipado com cinco juntas altamente articuladas. O robô é fixado no teto dentro de uma moldura de alumínio que contém uma plataforma para armazenamento de amostras experimentais. As garras presas à extremidade do braço agem como dedos que pegam amostras – pós ou soluções líquidas armazenadas dentro de pequenos recipientes de metal de alguns centímetros cúbicos de tamanho. Com uma nova atualização robótica, o BIO-SANS agora mede amostras com mais eficiência. O robô troca as amostras automaticamente, reduzindo a necessidade de assistência humana. O robô move amostras de e para uma bandeja diretamente abaixo dela e as posiciona em um feixe de nêutrons para análise. Cerca de 84 amostras podem ser armazenadas dentro do compartimento de amostras por vez. O robô pode operar sem parar enquanto a bandeja de amostras estiver cheia, que é uma das únicas partes do experimento que requer assistência humana após o início do experimento. Os pesquisadores podem coletar seus dados e monitorar seus experimentos em seu escritório ou em casa.
“Quando a pandemia da COVID-19 chegou, sabíamos que precisávamos de uma forma de automatizar as experiências para que pudessem ser realizadas remotamente”, disse Loguillo. "Instalámos um protótipo de robô que demonstrou claramente o valor da integração da robótica e o potencial que tinha, mas eventualmente o protótipo sofreu problemas de fiabilidade. O novo robô de nível industrial é altamente personalizável, o que nos permite continuar a fazer melhorias no seu software e capacidades."
Estão em desenvolvimento planos para equipar o robô com inteligência artificial que ajudará a reduzir o tempo necessário para cada experimento, eliminando medições desnecessárias. Por sua vez, as atualizações futuras permitirão que o BIO-SANS acomode experimentos mais complexos e aumente a produtividade científica.
Além de Loguillo, os membros da equipe envolvidos no projeto incluem os pesquisadores do ORNL Mariano Ruiz-Rodriguez e John Wenzel. Com base no sucesso do robô, a equipe planeja atualizar outros instrumentos, como o GP-SANS no HFIR e o difratômetro MANDI na Spallation Neutron Source, ou SNS.
