Портальные роботы: движение над жидкой декой

Работа портального робота выглядит тривиальной: взять планшет, положить в другое место, повторить сотни раз за день. Возможной её делает не робот, а объект. Микропланшет — это морской контейнер мокрой лаборатории: жёсткий прямоугольник со стандартизированным габаритом и калиброванными углами, согласованный Обществом биомолекулярных наук на уровне примерно 128 на 86 миллиметров. Каждый прибор линии принимает его в одной и той же ориентации. Интеграция — прежде всего проблема интерфейса и только потом проблема движения.

Стандарт контейнера, а не задача робота

Раз у всех планшетов один габарит, один захват обслуживает всю линию; раз каждый прибор предлагает одинаковую посадочную геометрию, требования к позиционированию — миллиметрового, а не микронного класса. Гнёзда имеют фаску, направляющую планшет, пришедший с точностью до нескольких миллиметров, точно на место — пассивная податливость делает ту работу, которую иначе взяла бы на себя активная сервоприводная точность. Планшет механически прощает одно и не прощает другого: небольшой наклон допустим, а угловое рассогласование между захватом и гнездом заклинивает пластик и перекашивает лунки. Поэтому запуск автоматической линии — это в основном обучение координатам станций и проверка высот захвата, а не настройка движения: кинематика никогда и не была сложной частью.

Моторы никогда не являются пределом

Полный 96-луночный планшет с 200 мкл на лунку вместе с пластиковой оболочкой весит десятки граммов. Любой лабораторный мотор двигает его с любой скоростью по желанию конструктора. Возражает жидкость. Разгоните открытый сосуд вбок — её свободная поверхность накренится и начнёт колебаться: это всплёскивание. В отдельной маленькой лунке первая мода всплеска быстра и трудно возбудима, но в резервуаре или лотке для реагентов свободная поверхность широка, собственная частота низка, и резкое ускорение превращает содержимое в стоячую волну, способную перелиться в соседние ячейки. Поэтому проектируют консервативно именно ускорения, а не пиковые скорости, и сглаживают ходы профилями с ограниченным рывком. Дальше — время успокоения: планшет, поставленный в гнездо, пока он ещё звенит на податливом захвате, не встанет ровно. На практике цикл определяется разгонами, моментами захвата и отпускания и ожиданием затухания колебаний — вот почему замена моторов на более быстрые почти ничего не меняет и почему транспорт открытой, заполненной лабораторной посуды намеренно медленнее возможностей железа.

Почему робот живёт над декой

Палуба рабочего модуля — дефицитный ресурс: каждый квадратный сантиметр, занятый рукой робота, — это сантиметр без инкубатора или ридера. Верхний рельс на портальных осях перекрывает линию, не касаясь деки, и достаёт до каждой станции сверху; там, где рельс избыточен, руку на стойке ставят на группу приборов. Транспортный слой наследует и физику дозатора — на этот раз по времени: планшет, ждущий на передаточной станции, испаряется с краевых лунок, а ход с всплеском перекрёстно загрязняет анализ дальше по цепочке — на любом участке, где ни при чём ни один отказ робота. Движение над декой — видимая половина сделки, чья невидимая половина — планирование: решение, когда двигать каждый планшет. Это уже ответственность слоя оркестрации.