la robotica nei processi di produzione farmaceutica e nella medicina del futuro

La robotica nei processi di produzione farmaceutica medicina del futuro futuroL’innovazione robotica sta attuando una profonda trasformazione in quasi tutti gli ambienti di lavoro all’insegna di tre variabili chiave: efficienza produttiva, velocità di e nella Una trasformazione in atto da parecchi anni, che tuttavia, in tempi recenti, ha fatto registrare accelerazioni ancor più marcate e che, grazie all’introduzione nei processi produttivi di macchinari sempre più sofisticati e innovativi, sta man mano ridisegnando il ruolo e le mansioni della forza lavoro cui eravamo abituati. La maggior parte delle attività di routine, manuali e cognitive, possono essere oggi demandate al servizio di macchine robotizzate. Un cambiamento che, a dispetto di quanto temuto dai più, può determinare effetti ampiamente positivi in termini di efficienza economica, U riassegnando il valore delle risorse umane a quei campi in cui lavorazione e qualità del l’intelligenza delle persone è ancora insostituibile: innovazione, prodotto finito. ricerca, creatività. Tra i tanti settori toccati da questa trasformazione, certamente nei processi di produzione farmaceutica così come nella medicina, nel senso più ampio del termine, i benefici della robotizzazione sono già evidenti e non possono che aumentare in un futuro quanto mai prossimo. In questi settori, infatti l’associazione tra elevata efficienza produttiva ed elevati standard di prodotto risulta imprescindibile.

La robotica a servizio dei farmaci

Il settore farmaceutico si adatta costantemente alle esigenze del mercato che cambiano frequentemente e rapidamente a causa di fattori come la regolamentazione, la disponibilità di competenze e la trasformazione digitale. È alla collaborazione uomo-robot e all’uso dell’intelligenza artificiale, che permette l’elaborazione costante dei dati, che le aziende si affidano sempre più spesso per trasformare queste sfide in opportunità. Sostanzialmente sono quattro le tendenze tecnologi-

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fonte: CMR Surgical

che fondamentali all’interno dell’industria farmaceutica che stanno avendo un impatto in costante crescita sul mercato: robot collaborativi, robot cooperativi, intelligenza artificiale e tecnologia Edge Computing. Grazie all’applicazione della robotica nei processi di sviluppo, di produzione e di packaging dei farmaci, che assicura produzioni più efficienti in termini di quantità prodotte in rapporto al tempo impiegato per produrle, l’intero settore riesce ad affrancarsi in ogni fase dal rischio di errore umano, garantendo lavorazioni in ambiente totalmente asettico e sterile. Questo è possibile ricorrendo ad un range di macchine robotizzate sufficientemente ampio da soddisfare esigenze specifiche in funzione delle diverse produzioni, in quanto negli impianti produttivi del settore farmaceutico, le implementazioni robotiche valorizzano in misura sempre maggiore i requisiti di flessibilità e adattamento. Messi a confronto con impianti più tradizionali, quelli in cui sono presenti queste applicazioni, godono di un generale efficientamento in termini di operatività, in virtù del quale il processo di produzione dei medicinali acquisisce molteplici benefici. Nel caso, ad esempio, di un braccio robotico, il componente viene progettato e realizzato allo scopo di reagire tempestivamente e opportunamente agli stimoli che provengono dal contesto in cui opera, grazie all’ausilio degli specifici sensori in dotazione.

I robot e la loro capacità di adattamento

L’intrinseca quota di autonomia e la nativa capacità di adattamento, entrambe propedeutiche alla riduzione degli interventi degli operatori, sono le principali prerogative dei macchinari robotizzati. Per la filiera farmaceutica, queste due caratteristiche sono fondamentali nel processo di riduzione del rischio di contaminazione delle sostanze trattate, tenuto conto peraltro dei parametri di sterilità cui sono rigorosamente assoggettate tutte le attività industriali che afferiscono al settore, caratterizzato da un marcato orientamento alla qualità del prodotto finale. Oggi il comparto è caratterizzato da aziende che si configurano come realtà consolidate a livello globale, specializzate nella realizzazione di linee complete per soluzioni che vanno dal riempimento sterile di prodotti iniettabili a filosofia “scarti zero”, ai sistemi di isolamento (isolatori), alla catalogazione e suddivisione dei campioni di sangue prelevati agli utenti, alla preparazione di miscele citotossiche impiegate nella chemioterapia antitumorale, ecc. Gli esempi potrebbero essere infiniti, così come le soluzioni. Tutti contesti in cui le macchine possono operare in condizioni di massima sterilità. Accanto a questi sistemi si è inoltre sviluppato un insieme di software finalizzati al controllo dei bracci robotici basati su sensoristica di controllo del peso e di visione. Alcuni sensori, ad esempio, consentono di leggere e decodificare le singole etichette, così che possa essere velocizzato e garantito il processo di verifica delle scadenze dei farmaci, prevenendo il rischio di distribuzione di prodotti non sicuri. Altre verifiche, tramite sensori di visione, vengono effettuate ad esempio sulla conformità dei componenti utilizzati o, per mezzo di dispositivi di misurazione del peso, sulle adeguate quantità di riempimento dei contenitori.

La robotica e la flessibilità operativa

Un ulteriore elemento a valore aggiunto, in tema di flessibilità operativa nella robotica, viene generalmente identificato con la capacità dei macchinari di operare con contenitori di formati diversi. Un sistema che consente agli operatori di ridurre il numero di interventi manuali, stimolando di fatto l’incremento della produttività del lavoro. Si tratta di applicazioni ideali nel contesto della produzione di farmaci iniettabili personalizzati, quali ad esempio, i preparati sterili adottati nella medicina di precisione, considerata ormai l’ultima frontiera del settore.

La robotica a servizio della medicina

Nell’ultimo decennio, la robotica ha raggiunto grandi risultati anche nel campo medico. Anzi, possiamo senz’altro affermare che la centralità della robotica nell’ambito medico-sanitario è

La neuro-robotica

Il sogno è lo sviluppo di robot indossabili che permettono la simbiosi tra uomo e macchina: “un’associazione stretta e prolungata tra due o più diversi organismi che possono trarre beneficio in ogni aspetto” (American Heritage Dictionary). In questo paradigma il robot diventa un mezzo atto a supportare attivamente la persona (sia essa in salute, anziana o con disabilità) nell’esecuzione delle attività della vita quotidiana. È possibile una simbiosi fisica tra uomo e robot? Negli anni Sessanta, sulla rivista “Man-Computer simbiosis”, J.C.R. Licklider formulò una teoria sulla simbiosi uomo-computer in cui i computer e gli esseri umani sarebbero diventati interdipendenti e avrebbero condiviso obiettivi. Negli ultimi anni, in molte occasioni, assistiamo a uomini e computer che condividono obiettivi e sono interdipendenti. Il paradigma della neuro-robotica è un nuovo approccio per la progettazione di robot, in cui si fondono neuroscienze e robotica, con l’obiettivo di concepire e realizzare robot indossabili tecnologicamente avanzati, per la riabilitazione di arti superiori e inferiori. Vengono sviluppati dispositivi robotici finalizzati a studiare nuove teorie neuroscientifiche (in tal caso, il robot stesso è l’oggetto dello studio). I risultati di questi studi vengono quindi sfruttati per disegnare e sviluppare nuovi dispositivi robotici. Fonte: www.santannapisa.it

un fatto ormai acclarato. Negli ultimi anni la ricerca ha compiuto significativi passi in avanti e ad oggi alcune pratiche cliniche sono ormai consolidate. I campi in cui la robotica è un valore aggiunto vanno dall’autonomia di azione e decisione, alla limitazione delle radiazioni per gli operatori, fino alla capacità di avere una consapevolezza profonda dell’ambiente, grazie a tecnologie di multi-sensing. Scienziati di fama internazionale hanno individuato otto temi chiave di ricerca che hanno contribuito nell’ultimo decennio allo sviluppo della robotica medica: la robotica per laparoscopia, le tecnologie indossabili per l’assistenza al movimento, i robot non laparoscopici per procedure specifiche, i robot riabilitativi, le capsule endoscopiche, le attuazioni magnetiche per la medicina, la soft robotics applicata alla chirurgia, i robot continuum. Tra le università citate c’è anche la Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, centro d’eccellenza in Italia per la robotica, con la professoressa Arianna Menciassi, prorettrice vicaria della Scuola, che si è occupata della parte riguardante la soft robotics per la chirurgia e la terapia. Tra gli autori figura anche un altro scienziato italiano, Pietro Valdastri, attualmente docente presso l’University of Leeds e in passato dottorando e ricercatore proprio alla Scuola Superiore Sant’Anna. È recentissima la notizia di tre persone paralizzate che sono tornate a camminare, nuotare e pedalare grazie a elettrodi impiantati nel midollo spinale. Tra gli autori di questo studio, pubblicato sulla rivista Nature Medicine, anche Silvestro Micera, docente dell’Istituto di BioRobotica della stessaScuola. Tra i tre pazienti che hanno beneficiato della sperimentazione, figura anche un italiano. L’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna, nato nel 2011, ha costruito nel corso degli anni un vasto patrimonio di conoscenze e di competenze in diversi settori della biorobotica e della bionica, come la robotica medica, le tecnologie indossabili, la robotica collaborativa, la robotica bio-ispirata, l’ingegneria neurale, la robotica riabilitativa e le tecnologie impiantabili.

Robot e chirurgia

Conosciamo già i robot in sala operatoria. Dall’inizio degli anni duemila sono stati fatti numerosissimi passi avanti nella chirurgia robotica. Tuttavia, la storia della chirurgia robotica ha inizio alla fine degli anni Cinquanta, con il dispositivo RAMS –Robotic Assisted Micro Surgery, messo a punto dal Pentagono, in grado di eseguire delle operazioni di microchirurgia da postazioni remote per i feriti di guerra. È in questo periodo che si entra nella vera e propria era robotica, in cui il chirurgo per la prima volta è in grado di compiere operazioni chirurgiche non più direttamente con le sue mani ma utilizzando bracci robotici, rimanendo seduto di fronte ad una consolle. Da allora ad oggi, come dicevamo, grazie ai progressi della tecnologia lo sviluppo è stato continuo, dall’ormai famoso robot Da Vinci della Surgical System agli sviluppi dell’industria tecnologica italiana con il Senhance Surgical Robotic System. Il famosissimo Da Vinci è tutt’ora utilizzato in innumerevoli ospedali, anche italiani. Questo robot chirurgico possiede quattro bracci: tre per gli strumenti chirurgici e uno per la telecamera con due lenti, che viene inserita all’interno del paziente per consentire al chirurgo di avere una visione completa in stereoscopia dalla console. Per altro, Italia e Francia sono leader europei nell’utilizzo dei robot chirurgici. Con la chirurgia robotica è possibile operare in quasi tutte le zone anatomiche del corpo, con micro incisioni che permettono di ridurre i tempi di degenza. In Italia sono già operativi più di cento robot chirurgici e oltre centomila pazienti sono già stati operati, soprattutto per rimuovere tumori, in particolare alla prostata. Ma è il policlinico di Milano, notizia del dicembre scorso, il primo ospedale pubblico in Italia ad utilizzare il robot Versius per praticare interventi di chirurgia mininvasiva, permettendo potenzialmente a sempre più pazienti di avere accesso a questo tipo di chirurgia.

I trend del futuro

Ci aspetta un futuro di nano-robot. “Il trend del futuro” – afferma Guang-Zhong Yang, uno dei fondatori dell’Hamlyn Centre for Robotic Surgery dell’Imperial College di Londra – “è quello di robot in scala nanoscopica, specializzati su singole tipologie di intervento e che iniziano a prendere decisioni, magari reagendo ai comandi solo visivi del chirurgo”. Con gli ulteriori sviluppi dell’intelligenza artificiale, nel giro di alcuni anni potremmo infatti arrivare a robot sanitari dotati di una maggiore autonomia nell’applicazione diretta delle procedure. Resterebbe, ovviamente, il chirurgo in sala operatoria ma il suo ruolo sarebbe sempre meno manuale. Uno scenario ben presto raggiungibile con la diffusione dei software di AI, di Machine Learning e dell’Internet of Things in ambito medico. I micro-robot – a volte del diametro di un capello – vengono già impiegati nella diagnostica per esplorare il corpo umano fornendo dati e informazioni, anche predittive, con una precisione incredibile. Robot delle dimensioni di una cellula (nanorobot) possono essere introdotti nel circolo sanguigno per eliminare cellule tumorali e altre cose ancora. L’utilizzo di robot in ambito fisioterapico apre però un nuovo scenario per

Il mercato degli esoscheletri

Da diversi anni il mercato globale degli esoscheletri robotizzati è in crescita e questa tecnologia, basata su strutture che sostengono e potenziano le capacità fisiche degli esseri umani che le indossano, trova numerose e crescenti applicazioni sia in ambito biomedico, per la riabilitazione dei pazienti, che in quello del lavoro manuale, come mezzo per ridurre i carichi e migliorare la sicurezza. L’industria automobilistica è tra quelle che finora hanno registrato i maggiori impieghi, ma altri casi già adottati, esistono nell’edilizia o anche nell’agricoltura e, in generale, nei lavori dell’industria manifatturiera che prevedano passaggi ripetitivi e usuranti per il personale impiegato. La produzione è caratterizzata da due tipi di sistemi: quelli “attivi” e quelli “passivi”. Il tipo a cui si fa più spesso riferimento quando si parla di esoscheletri è quello “attivo”, in cui cioè la spinta viene prodotta grazie a una batteria o a un diverso sistema di propulsione. Ma ricerche recenti si sono concentrate anche sui modelli “passivi”, che non forniscono energia diretta ma sfruttano i progressi compiuti nella scienza dei materiali per costruire esoscheletri robusti e leggeri in grado di sostenere e facilitare i movimenti degli umani. La crescita significativa recente è quella che interessa le applicazioni in ambito medico, dove gli esoscheletri sono impiegati per ripristinare funzioni nelle persone con disabilità e per aiutare i pazienti con difficoltà motorie. Un mercato ancora condizionato dai costi elevati e quindi prevalentemente sostenuto da ospedali e centri di riabilitazione.

Le applicazioni nel lavoro, l’esempio di MATE-XT

In ambito industriale, in particolare gli esoscheletri attivi rappresentano da tempo un ambito di ricerca di interesse per l’industria automobilistica e le produzioni con linee di montaggio. Comau ha presentato MATE-XT, una nuova versione del suo esoscheletro indossabile, che soddisfa perfettamente le specifiche esigenze di chi lavora in condizioni difficili in ambiente industriale, non industriale e all’aperto. L’esoscheletro di Comau è caratterizzato da una struttura sottile e leggera in fibra di carbonio e da un sistema di regolazione intuitivo, con un design resistente all’acqua, alla polvere, ai raggi UV e ad alte temperature, si può adattare in modo rapido a qualsiasi corporatura. MATE-XT è anche altamente traspirante, grazie all’utilizzo di un tessuto ad alte prestazioni sviluppato per condurre attività all’aperto. Perfetto per applicazioni di carpenteria, edilizia, agricoltura, assemblaggio, logistica e diversi altri settori, MATE-XT replica i movimenti fisiologici dell’operatore, fornendo un supporto ottimale alla parte superiore del corpo senza bisogno di batterie, motori o altri dispositivi soggetti a guasti. Offre 8 diversi livelli di sostegno che l’operatore può impostare o modificare rapidamente senza interrompere la propria attività. MATE-XT è l’unico esoscheletro disponibile in commercio con certificazione EAWS (Ergonomic Assessment Work-Sheet), che attesta la capacità di ridurre i carichi biomeccanici durante l’esecuzione di attività impegnative. Inoltre, migliora la qualità del lavoro e il benessere del lavoratore in modo costante, efficiente ed altamente ergonomico. Ciò consente alle aziende di calcolare il ritorno dell’investimento (ROI) partendo da prestazioni ergonomiche misurabili. In base a studi effettuati presso i clienti utilizzando il metodo di calcolo EAWS, secondo valutazioni Comau, l’esoscheletro indossabile MATE-XT può contribuire ad aumentare del 27% la precisione di lavoro durante attività con le braccia sollevate, del 10% la velocità di esecuzione. In più, consente di ridurre i tempi ciclo di almeno il 5%. Da un punto di vista operativo, MATE-XT favorisce precisione, qualità e prestazioni più elevate. Riduce l’attività muscolare della spalla del 30% e lo sforzo percepito, come riferito da oltre il 50% dei lavoratori che ha osservato miglioramenti positivi nella qualità del lavoro.

la diffusione di quella che viene definita ‘quinta dimensione’, relativamente al welfare assistenziale. Si è iniziato con esoscheletri e altri sistemi per la rieducazione degli arti: robot indossabili dal paziente in grado di restituire una parziale mobilità (vedi box sulla neuro-robotica e sul mercato degli esoscheletri).

Robot per l’assistenza ai non autosufficienti

Il passaggio verso l’assistenza alla persona non autosufficiente e poi anche a quella fragile è già iniziato. La generazione dei ‘robot autonomi’ è di grande interesse per un impiego nel welfare assistenziale e perfino sanitario. Essi infatti possono svolgere compiti in ambienti ‘non noti a priori’, inoltre, sono dotati di una certa mobilità e i più moderni arrivano ad essere perfino bipedi. La robotica potrà in futuro migliorare la qualità della vita degli anziani e di chi se ne prende cura e potrà concretamente supportare le sfide connesse con l’invecchiamento della popolazione. La proporzione di persone anziane risulta ad oggi in continuo aumento (nel 2019 erano 703 i milioni di persone dai 65 anni in su, cioè circa il 9% ed entro il 2050 si stima di toccare il 16%) anche a causa di una riduzione di fertilità e miglioramenti nella sopravvivenza, con incremento conseguente dell’aspettativa media di vita fino ad oltre 84 anni in Italia. Ad un invecchiamento su scala globale della popolazione corrisponde una maggior incidenza di malattie correlate e una maggiore richiesta di assistenza. Le tecnologie assistive intelligenti (IAT) sono in grado di compensare i deficit fisici, cognitivi e comportamentali specifici degli anziani, in particolare di quelli più bisognosi di supporto assistenziale, riducendo quindi l’onere della figura del caregiver, ad esempio, con la fornitura di assistenza facilitata, in aiuto ai pazienti affetti, ad esempio, da demenza nel continuare a vivere in modo indipendente a casa e nel mantenere l’indipendenza nelle strutture sanitarie. La robotica rappresenta quindi una componente essenziale dell’ambito IAT. Inoltre, diversi interventi di roboterapia rivolti ad anziani potrebbero essere di supporto in maniera molto efficace, attraverso robot di riabilitazione, di servizio, di telepresenza e di compagnia. I primi potrebbero supportare o assistere funzioni fisiche o cognitive dell’utente come la locomozione e il controllo motorio. I robot di servizio invece verrebbero usati soprattutto per offrire assistenza ai pazienti affetti da demenza ad esempio integrando l’assistenza degli assistenti umani, mentre quelli di telepresenza potrebbero fornire il monitoraggio remoto dei pazienti permettendo il controllo a distanza o l’interazione con il caregiver, ad esempio in tandem, con telefonia e controllo remoto. Infine, i robot di compagnia permetterebbero di operare dal punto di vista del supporto psicosociale. Dai robot ‘non autonomi’, dalle azioni ripetitive o soltanto guidate indoor, già utilizzati in sanità, si passerebbe quindi a quelli dotati di una certa ‘autonomia’ e indipendenza dall’intervento umano, in grado di prendere decisioni anche a fronte di eventi inaspettati. La loro programmazione richiede algoritmi costruiti con tecniche di AI, algoritmi genetici, a ‘logica sfumata’, di apprendimento automatico, a imitazione delle reti neurali. 

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