Une course rapide avec le taxi de répétition

Des analyses de nos échantillons de sang ou d'urine sont de plus en plus souvent effectuées par des laboratoires hautement spécialisés qui réalisent plusieurs milliers d'analyses par jour. Aujourd'hui, ils peuvent eux aussi bénéficier d'une technologie d'automatisation de pointe. Comme dans beaucoup d'autres tâches d'automatisation, de puissants micromoteurs jouent également un rôle clé dans ce domaine. Ils impressionnent surtout par leur bon rendement, leur couple élevé dans un petit modèle, leur fiabilité et leur faible consommation d'énergie.

Encore beaucoup de travail manuel

De nombreux laboratoires qui effectuent des analyses d'échantillons médicaux travaillent encore avec des systèmes de distribution manuels. Cela signifie que les échantillons entrants sont d'abord enregistrés en termes de données, puis placés par lots dans des racks, transportés par les employés vers les différents postes d'analyse et, si nécessaire, également triés à nouveau entre les deux pour des analyses ultérieures. Avec des milliers, voire des dizaines de milliers d'échantillons de matériaux par jour, il s'agit non seulement d'une activité pénible et monotone, mais aussi d'une activité sujette aux erreurs. Le dépannage nécessite alors un effort supplémentaire. Il faut encore plus de temps si les échantillons individuels doivent subir un traitement spécial, par exemple parce qu'ils doivent passer par plusieurs stations pour un diagnostic étape par étape. Il en va de même pour la dilution des échantillons pour certaines analyses ou pour la division des échantillons pour différentes analyses, ce qu'on appelle l'aliquotage. Les perturbations du déroulement ordonné des opérations sont inévitables dans ce cas. La situation est encore aggravée par le fait que la tendance actuelle est que les patients ne fournissent qu'un seul échantillon matériel pour toutes les analyses nécessaires. Aucun soulagement n'est en vue, au contraire, le problème va s'aggraver à l'avenir, notamment en raison de la centralisation des services de laboratoire.

Que doit faire un système de distribution automatique d'échantillons ?

Il n'y a donc aucun moyen de contourner l'utilisation d'une technologie d'automatisation pratique qui libère les employés des tâches monotones et élimine les sources d'erreur dans les opérations de laboratoire modernes. Idéalement, un système de transport d'échantillons automatisé transporte les échantillons directement vers le système d'analyse correspondant et effectue également d'autres tâches : Sur la base de l'identification de l'échantillon après sa livraison, le parcours dans le laboratoire peut être planifié et optimisé, de nombreux paramètres pouvant être pris en compte, par exemple le type de récipient, la préparation, le niveau de remplissage et bien sûr la séquence des différentes étapes d'analyse. Pendant la durée de l'analyse et de l'évaluation, tous les échantillons en cours de traitement devraient rester accessibles, c'est-à-dire que plusieurs centaines d'échantillons sont idéalement en transit dans le système de distribution en même temps. Les analyses peuvent alors être répétées rapidement ou effectuées en complément et les évaluations qui pourraient être nécessaires par la suite peuvent être effectuées. Une fois l'analyse terminée, les échantillons doivent alors être automatiquement déchargés, éliminés après avoir été stockés pendant quelques jours ou, si nécessaire, transférés dans des conteneurs appropriés pour un archivage à long terme.

Grande flexibilitéLes exigences imposées à un système de distribution automatique d'échantillons sont donc élevées, non seulement en termes de capacité et de fiabilité, mais aussi en termes de flexibilité, et ce à deux égards : le système de distribution doit pouvoir s'adapter à l'évolution des tâches et des processus de travail, mais il doit aussi être facile à étendre, de sorte que, par exemple, des instruments d'analyse nouveaux ou différents puissent être intégrés ultérieurement et sans grand effort. Avec le développement du système de distribution d'échantillons entièrement automatique lab.sms® , GLP Systems (voir encadré 1) a prouvé que ces exigences peuvent être satisfaites aujourd'hui. Il transporte chaque échantillon (spécimen) séparément, car c'est la seule façon de garantir une organisation souple, individuelle et optimisée des différents échantillons. Il diffère donc fondamentalement des systèmes qui transportent des racks de cinq ou dix spécimens.

Une grande flexibilité dans le transport et la distribution

Dans le système de distribution des échantillons des spécialistes de Hambourg, l'identification du spécimen est liée à l'identification du porteur d'échantillon mobile après la livraison dans le point d'affectation. Le système de distribution connaît donc l'échantillon et "sait" sur quel chariot il se trouve actuellement et quelles analyses sont nécessaires. Les modifications ultérieures de la séquence ne posent pas non plus de problème car l'accès aléatoire est possible. À cette fin, la position des spécimens et leur affectation au chariot sont vérifiées à plusieurs reprises aux points d'identification pendant le transport. Les chariots contenant les échantillons de sang se déplacent ensuite de manière entièrement automatique sur des rails en plastique jusqu'aux stations d'analyse respectives (Fig. 1). Les interrupteurs qu'ils franchissent en cours de route sont réglés en conséquence par le système de contrôle de niveau supérieur (Fig. 2).

Chaque déviateur gère en moyenne 4 500 processus de tri par heure : 4 500 échantillons par heure peuvent donc être détectés et acheminés individuellement dans l'une des deux directions. Comme tous les déviateurs sont capables de fonctionner simultanément, il en résulte, par exemple, un système avec 50 déviateurs divergents, soit une capacité de tri de 225 000 processus de tri par heure ou plus de 60 par seconde ; une performance qui est absolument nécessaire, car de nombreux spécimens sont dans la boucle d'attente avant et après les analyses et donc les déviateurs sont fréquemment traversés. La haute performance de tri des interrupteurs constitue donc une condition préalable importante pour la flexibilité organisationnelle des opérations de laboratoire. Les "chariots" avec lesquels les échantillons voyagent dans le laboratoire sont tout aussi importants pour le bon fonctionnement du laboratoire. La vitesse et la fiabilité sont ici prioritaires.

Des lecteurs compacts pour un transport rapide et fiable

Les chariots compacts, c'est-à-dire les "taxis-échantillons", sont en fait de conception assez simple. Le moteur, la batterie, l'électronique et le détecteur de proximité sont intégrés pour que les taxis puissent accélérer, freiner ou s'arrêter avec une précision extrême, par exemple devant les stations d'analyse. Pour les entraînements, le choix s'est porté sur des moteurs à courant continu sans balais, appelés moteurs à rotor plat. Les moteurs de la vaste gamme Faulhaber (cf. encadré 2) sont conçus pour une grande fiabilité et une longue durée de vie, de sorte qu'ils peuvent facilement parcourir de très nombreux kilomètres dans les systèmes de distribution automatique sans crainte d'usure. En outre, ils sont également convaincants dans cette application ,grâce à leurs caractéristiques de fonctionnement silencieux et sans cognement, ce qui est particulièrement important car des échantillons de sang ouverts doivent généralement être transportés. De plus, les moteurs fonctionnent silencieusement. L'aimant de terre rare du rotor et l'enroulement hélicoïdal de Faulhaber assurent également des performances et une dynamique élevées avec un petit volume de construction (Fig. 3).

Les entraînements, qui délivrent environ 0,3 W et un couple pouvant atteindre 6 mNm pour un diamètre d'environ 15 mm et une longueur de 15 mm, entraînent la roue du "taxi échantillon" au point de fonctionnement idéal par l'intermédiaire d'un engrenage droit conforme au diamètre (rapport de réduction 1:10). Grâce à leurs dimensions compactes, ils étaient faciles à intégrer et leurs faibles besoins en énergie étaient également adaptés à l'application ; les intervalles de recharge de la batterie sont donc longs. Pour que les wagons soient toujours prêts à l'emploi, l'électronique qui y est intégrée surveille en permanence l'état de charge afin que la recharge soit effectuée en temps utile avant l'arrêt du véhicule. Mais l'électronique a aussi d'autres tâches. Par exemple, le numéro d'identification du "taxi" est enregistré ici et il évalue les signaux du détecteur de proximité. L'électronique du moteur peut alors ajuster la vitesse des moteurs à courant continu sans balais en conséquence, par exemple réduire ou arrêter la vitesse.

Intéressant aussi pour d'autres applications

La solution a déjà fait ses preuves dans la pratique dans un grand laboratoire médical à Hambourg. Ici, 3000 échantillons hématologiques sont traités quotidiennement avec 19 analyseurs en ligne. D'autres demandes suivront. Les lecteurs miniatures modernes ont ainsi une fois de plus prouvé leur polyvalence. Cependant, le principe du "taxi modèle" pourrait certainement être transféré à d'autres domaines d'application. Des systèmes de distribution automatisés similaires sont concevables, par exemple, lorsque de petites pièces passent séparément par différents postes de production ou d'essai.