Drosophila melanogaster, beter bekend als de fruitvlieg, lijkt misschien een doorsnee plaag. Deze insecten zijn echter van cruciaal belang voor het lopende onderzoek naar verschillende neurologische ziekten in het Texas Children's Hospital.
Fruitvliegjes zijn zo belangrijk voor dit onderzoek omdat ze 75% van de genen delen die ziektes bij mensen veroorzaken, zich snel voortplanten en wetenschappers hun DNA-code gemakkelijk kunnen veranderen, aldus UC Davis. Het hanteren van deze fruitvliegjes in het lab kan echter een lastige opgave zijn.
ABB Robotics en het Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute (Duncan NRI) in het Texas Children's Hospital hebben een geautomatiseerd fruitvliegjesoverdrachtswerkstation gecreëerd. Het systeem bevat ABB's dual-arm YuMi collaboratieve robot om te helpen bij het bestuderen van ziekten zoals Alzheimer, Huntington en Parkinson.
Het bedrijf zei dat dit het eerste geautomatiseerde systeem is waarbij de vliegen niet geïmmobiliseerd hoeven te worden met verdovingsmiddelen zoals koolstofdioxide voor de overdracht. De anesthesiefase is een vervelende stap in eerdere systemen, die het gedrag van de vliegen en de nauwkeurigheid van de onderzoeksresultaten kan schaden.
"We hebben in de loop der jaren aanzienlijke stappen gezet in de automatisering van laboratoria, maar sommige cruciale taken worden nog steeds handmatig uitgevoerd, wat van invloed kan zijn op de resultaten", aldus Jose-Manuel Collados, manager van de ABB Service Robotics Product Line. "De armen van onze YuMi-cobot werken onafhankelijk maar op een gecoördineerde manier, waardoor het mogelijk is om de complexe taak van het overbrengen van levende vliegen tussen flesjes te automatiseren."
Het overbrengen van fruitvliegjes tussen flesjes is een lastige taak
Als onderdeel van routineonderhoud voeden onderzoekers van Texas Children's Hospital fruitvliegjes door ze elke 30 dagen over te brengen in flesjes met voedsel. Een typisch lab heeft ongeveer 20,000 flesjes, wat betekent dat onderzoekers 20% van hun werkdag besteden aan het "flippen van vliegen" door een flesje met de vliegenvoorraad over een flesje met vers voedsel te plaatsen en er vervolgens op te tikken om de vliegen te laten vallen.
Alle eerdere pogingen om het proces tot nu toe te automatiseren, hielden in dat de vliegen buiten de flesjes werden blootgesteld tijdens de overdracht, waardoor sedatie nodig was, aldus ABB. Het nieuwe systeem kan ook de nauwkeurigheid van de resultaten verbeteren en het overdrachtsproces versnellen, merkte ABB Robotics op.
Ingenieurs van ABB werkten samen met onderzoekers van Duncan NRI om een werkstation voor het overbrengen van vliegen te ontwerpen en te bouwen. Het werkstation bestaat uit de YuMi-cobot, een tafel vol met flesjes voor het overbrengen, een barcode- en etiketteerunit en een afvalkoker.
De YuMi-cobot van ABB voert dezelfde bewegingen uit als menselijke onderzoekers om de vliegen tussen flesjes te tikken en over te brengen. Hierdoor kunnen wetenschappers zich richten op missiekritieke taken zoals het ontdekken van nieuwe paden en het testen van de werkzaamheid van nieuwe medicijnen bij de behandeling van neurologische aandoeningen.
YuMi maakt nauwkeurige tracking mogelijk in Texas Children's Hospital
De YuMi regelt het hele proces van het omdraaien van fruitvliegjes, wat inhoudt dat er 10 voorgeprogrammeerde stappen snel achter elkaar worden uitgevoerd. Net als mensen pakt de robot een flesje met levende vliegen, opent de beschermende celluloseacetaatplug, plaatst het flesje over een flesje met vers voedsel en tikt op het flesje om de vliegen over te brengen.
Vervolgens sluit hij de flacon af, labelt en scant hij deze en stapelt deze uiteindelijk in kartonnen rekken. De robot gooit de flacons met oud voedsel weg om kruisbesmetting te voorkomen.
Een opvallende eigenschap van het systeem, volgens ABB, is de mogelijkheid om barcodes te lezen en labels te printen. Onderzoekers gebruiken deze labels om stam- en genotype-informatie te identificeren tijdens de overdracht. Deze eigenschap zorgt voor nauwkeurige tracking en beheer van de Drosophila-stammen.
Dankzij de geavanceerde sensortechnologieën van de robot kunnen de flesjes nauwkeurig in standaard kartonnen rekken worden geplaatst. Hierdoor kunnen onderzoekers bestaande rekken voor flesjes blijven gebruiken, wat de operationele kosten voor het Texas Children's Hospital verlaagt.
ABB zei dat het dit systeem zo heeft ontworpen dat het coöperatief en veilig is voor menselijke interactie. De bewegingsgevoelige armen zijn uitgerust om mensen of objecten in de buurt te detecteren, waardoor beweging onmiddellijk wordt gestopt om ongelukken te voorkomen, en zo een veilige, collaboratieve werkruimte mogelijk wordt gemaakt.