Algoritmus zrychluje průběh laboratorních testů a může zefektivnit i výrobní linky

^{Vzorky do přístroje DxA 5000 jsou vloženy. Jejich analýzu zajistí automatizovaný systém
Foto: Beckman Coulter}

„Škoda, že propojení mezi průmyslem a výzkumem není v České republice silnější,“ stýská si docent Přemysl Šůcha. Jak říká, právě požadavky z praxe inspirují jeho další výzkum. Před časem se například docent Šůcha s kolegy podílel na vývoji algoritmu, který optimalizuje provoz automatického laboratorního systému. Díky jeho lepšímu nastavení teď laboratoř při stejné kapacitě zpracuje zhruba o 30 % více vzorků. Obdobná myšlenka – optimalizace procesů – se používá také pro rozvrhování směn leteckých dispečerů v Řízení letového provozu ČR a využitelná je i pro robotické výrobní linky v průmyslu.

Přemysl Šůcha pracuje v Českém institutu informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC) ČVUT v Praze. Algoritmus pro řízení automatizované analytické linky vytvořil spolu se svými kolegy Patrikem Březinou a Antonínem Novákem ve spolupráci s odborníky z české pobočky americké společnosti Beckman Coulter, která laboratorní přístroje vyrábí, a z pražské laboratoře PREVEDIG medical, v níž její analytický přístroj DxA 5000 používají.

Nejvýhodnější postup analýz

Zařízení je primárně určeno ke zpracování odebraných vzorků tělních tekutin, zejména krve a moči. Obsluha vloží do vstupního modulu zkumavky, maximum je 408 najednou. Zkumavka je prostřednictvím čárového kódu oskenována, čímž se zjistí požadavky pro příslušné analyzátory připojené k automatizované lince DxA 5000. Proběhne centrifugace, zkumavky se odvíčkují a putují na transportním pásu k jednotlivým přístrojům, které vzorky analyzují. Následně jsou zkumavky opět zavíčkovány a uloženy v automatizovaném chlazeném skladu nebo vytříděny pro další analýzy.

Všechny zkumavky neprocházejí jednotnou procedurou, každý vzorek se může testovat na něco jiného. V jednom vzorku se zjišťuje například množství cukru v krvi, ve druhém bílkovina v moči, v jiném se hledají markery signalizující přítomnost nádoru v těle, může se měřit množství sodíku nebo draslíku v krvi, množství červených a bílých krvinek nebo lze zjistit hladinu protilátek proti nemoci covid-19 a podobně.

„DxA 5000 je velmi pokročilý systém laboratorní automatizace, nám se však podařilo využít jeho plný potenciál. Náš algoritmus určí, na kterém analyzátoru se mají které testy provádět, aby se analyzátory využívaly co nejefektivněji. Díky těmto úpravám nastavení systému DxA 5000 může laboratoř PREVEDIG otestovat o 30 % více vzorků než dříve,“ popisuje docent Šůcha a dodává: „Algoritmus pracuje s velkým množstvím anonymizovaných historických dat z konkrétní laboratoře, a proto přesně ví, jaké testy jsou obvykle prováděny společně a jak často. Díky tomu dokáže určit nejvýhodnější konfiguraci, kdy a kde se má který test uskutečnit.“

^{Plně automatizovaný laboratorní systém DxA 5000 instalovaný v laboratoři PREVEDIG medical
Foto: Beckman Coulter}

Minimalizace lidských chyb

„Tento nový koncept laboratorní automatizace, vybavený třiadvaceti novými patentovanými technologiemi, přináší nový standard zpracování laboratorních vzorků,“ hodnotí systém DxA 5000 obchodní ředitel společnosti Beckman Coulter Lukáš Palivec. „Minimalizuje počet manuálních kroků laboratorního procesu, a umožňuje tak laboratoři dosahovat krátkého a předvídatelného času od přijetí vzorku do laboratoře po vydání výsledku,“ dodává.

Rovněž Kamil Řáda, ředitel laboratoří PREVEDIG medical, kde se algoritmus použil, si nový postup pochvaluje: „Díky tomu, že odpadá zbytečná a časově náročná manipulace se vzorky a jejich dohledávání, je v konečném důsledku vyhodnocení nálezů rychlejší. Zároveň se zcela eliminují chyby během procesu zpracování a nevzniká ani prodlení, které do moderní laboratoře nepatří. Každý pracovník se nyní může více zaměřit na dohled a hodnocení kvality měření.“

Hledání inspirace od průmyslu

Algoritmus je po úpravách použitelný i pro jiné automatizované laboratorní systémy od jiných výrobců.

Metoda optimalizace procesů pomocí algoritmu se však používá rovněž pro rozvrhování směn letových dispečerů. Ti pracují v non-stop provozu a jejich pracovní zátěž bývá v různých dnech a v různých denních časech hodně nerovnoměrně rozložena. Optimalizace algoritmem pomáhá určit rozvrh směn, tedy kdy jde který člověk do práce, aby dispečeři – pro zaměstnavatele velmi drazí pracovníci – měli vyvážený fond pracovní doby a nebyli nadměrně přetěžováni.

„Tentýž typ otázek k řešení se samozřejmě objevuje také v průmyslu,“ doplňuje Přemysl Šůcha. „Před časem jsme spolupracovali se společností Blumenbecker Prag na vytvoření algoritmu pro integraci průmyslových robotů do výrobních linek. Třeba ve svařovnách v automobilkách manipulují roboty s díly o hmotnosti i 600 kg. Díky optimalizaci jejich pohybů jsme zkrátili výrobní takt až o 10 %. Mimo to jsme snížili energetickou spotřebu robotů až o 20 %, což představuje při hmotnosti, se kterou roboty manipulují, velmi slušné úspory elektrické energie.“

Ostatně právě toto řešení pro robotické buňky získalo loni na podzim na sněmu Svazu průmyslu a dopravy ČR poprvé v historii Cenu za Průmysl 4.0.

„Bohužel, zástupci průmyslu za námi do Českého institutu informatiky, robotiky a kybernetiky chodí se žádostí o spolupráci mnohem méně často, než bychom chtěli,“ posteskne si docent Šůcha. „Chápu, potřebují hlavně vyrábět, prodávat, generovat okamžitý zisk. Přitom by modernizace jejich výroby mohla zlepšit jejich pozici na trhu. A pro nás, výzkumníky v oboru automatizace a robotizace, jsou požadavky z praxe často inspirací pro další výzkum. Navíc pro naše studenty je možnost zapojit se do takovýchto projektů zkušenost, kterou nakonec ocení především firmy, jež je následně budou zaměstnávat.“