세포 배양 시스템을 위한 자동 공구 교환기 설계

Abstract

바이오산업은 숙련된 전문가가 요구되는 기술 중심의 산업으로 바이오 공정의 절차는 세포주 선별, 세포 배양, 정제 공정, 완제 공정으로 구성된다. 이 중 세포 배양은 동물의 세포를 배양하여 치료제, 백신, 바이러스 등을 제조하기 위한 가장 기본적인 절차이다. 세포 계대 배양의 경우 작업자는 세포를 배양하기 위해 전체 공정을 수작업으로 수행해야 하며 그에 따른 결과는 작업자의 숙련도에 의해 결정되는 실정이며 단순 반복 작업들을 수행함에 따른 피로도 상승 요인으로 실험 결과에 일관성을 유지하는 것이 어렵다. 또한, 다른 산업 공정과는 다르게 바이오 공정은 주변 환경의 영향을 많이 받아 자동화 공정 시스템을 구성하는 것에 대한 배양 조건(배지, CO2/O2 농도, 오염, 온도, 습도)이 지켜져야 한다. 세포 계대 배양 공정은 외부 자극에 있어 작업에 의해 생기는 스트레스가 세포의 성장에 큰 기여를 하기 때문에 세포 계대 배양 중 필수 작업인 현탁액 추출/분주, 이송 등의 과정에서 발생할 수 있는 세포 손상을 극소화해야 한다. 이를 위해서는 작업자의 숙련도 향상을 위해 교육과 훈련을 거쳐야 하며, 일정 기간의 실험을 통해 숙련된 기술을 습득해야 한다. 이에 따라 숙련된 계대 배양 작업자의 기술을 수치화해 해당 데이터를 계대 배양 시스템 설계에 반영하는 자동화 시스템 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 이와 같은 문제를 해결하고자 한정된 바이오 공정 공간에서 하나의 로봇 암을 이용해 다양한 물체를 파지할 수 있는 그리퍼 설계 및 시스템을 제안한다. 세포 계대 배양 공정을 분석하여 로봇 암으로 ATC(Automatic Tool Changer)를 이용해 그리퍼(Gripper)와 분주 모듈을 쉽게 교체해 소모품 파지, Pick & Place, 석션(Suction), 분주 등 여러 가지 동작을 수행할 수 있는 ATC와 그리퍼를 설계 및 검증한다.