El experimento médico más grande del mundo será puesto en marcha el año que viene en la ciudad británica de Manchester. Se llama UK Biobank y recogerá, almacenará y conservará un banco con los datos médicos de 500.000 pacientes anónimos. Muestras de orina y sangre serán congeladas a entre 20 y 80 grados bajo cero durante décadas para que científicos de todo el mundo puedan estudiar cómo los genes, el estilo de vida y el medio ambiente repercuten en el riesgo de contraer una enfermedad.
El fin último de este experimento es mejorar la prevención, la diagnosis y el tratamiento del cáncer, el Alzheimer, ciertas enfermedades cardiovasculares, la diabetes, la artritis y otras enfermedades que causan la muerte prematura de miles de personas.
UK Biobank, además de ser un gran proyecto médico, ha necesitado de un importante trabajo de ingeniería que ha durado más de dos años. Las muestras se almacenarán en un gran contenedor del tamaño de un trailer y serán separadas, recuperadas y vigiladas por robots especialmente diseñados para esas funciones bajo temperaturas extremas.
Cubito de hielo
Los ingenieros involucrados en el proyecto encontraron un reto en diseñar un sistema automatizado capaz de trabajar a temperaturas tan bajas. De hecho, uno de sus grandes miedos era que todo el sistema se convirtiera un gran cubito de hielo.
La gran dificultad ha sido encontrar un sistema capaz de controlar y eliminar la humedad dentro, donde están las muestras. Sin esto, “pensar en mantenerlas durante veinte o veinticinco años es imposible”, afirma Justin Owen, de la empresa The Automation Partnership y responsable de la arquitectura del sistema, en una entrevista recogida por The Engineer.
Después de intensas pruebas en un modelo a escala del banco, los investigadores descubrieron que si el congelador era purgado de aire, cualquier acumulación de hielo desaparecería.
Otro reto era diseñar la instalación de un congelador de ese tamaño. Una de las tecnologías convencionales usadas por la industria para la refrigeración es una especie de alfombra que calienta el suelo, de tal modo que se previene la congelación de éste. Sin embargo, los ingenieros llegaron a la conclusión de que no era la mejor tecnología para aguantar en un proyecto tan largo como este.
Por ello, decidieron confiar en una tecnología antigua y testada: el hipocausto romano, que era el sistema de calefacción del suelo utilizado sobre todo en las termas. En este caso, crearon una serie de rejillas de plástico bajo el suelo. Estas rejillas son capaces de soportar el peso de las cajas refrigeradas y además dejan filtrar el aire por debajo de éstas.
Trabajar en el frío
Una vez creado este sistema para que en el Biobank no se formara hielo, los ingenieros se centraron en diseñar los robots que trabajarían dentro. El equipo de TAP diseño un robot de 1,5 toneladas para acceder a las muestras contenidas en los compartimentos congelados con nitrógeno líquido a una temperatura de 80 grados bajo cero.
Los robots manejan las muestras a una temperatura de 20 grados bajo cero para mantenerlas congeladas mientras son manipuladas. “Una de las piezas clave de la tecnología que hemos desarrollado ha sido la manera de mantener la robótica a 20 grados centígrados bajo cero”.
Los robots, pues, trabajan aislados de la zona en la que están los compartimentos llenos de muestras a 80 grados bajo cero. Eso planteaba nuevos problemas. “Cuando un robot tira de un cajón de los compartimentos que están a 80 grados bajo cero, éste se expande unos 3 milímetros debido a que pasa a otra estancia que está a veinte grados bajo cero. Esta expansión provoca que el robot se pueda equivocar y no sepa dónde se encuentra el cajón con total exactitud.
El equipo tubo que decidir si desarrollar un diseño rígido para los compartimentos con las muestras biológicas, de tal modo que los robots pudieran estar programados para entender esta situación y no fallar a la hora de cogerlos. Así, los robots tendrían que operar con compartimentos que pesarían cuatro toneladas, cuando estuvieran vacíos, y treinta cuando estuvieran al máximo de su capacidad.
“Lo que decidimos finalmente fue diseñar una robótica un poquito más inteligente y sofisticada”, comenta Frank Tully, que lideró a los ingenieros responsables de la robótica. Las operaciones hubieran sido mucho más complicadas si los robots se hubieran visto obligados a manejar ese peso.
Tiradores grandes
El diseño final de los cajones se hizo con unos tiradores tan grandes como les fue posible para que los robots no pudieran perderlos en el proceso. Una vez que el robot coge el cajón puede abrirlo y, usando unos sensores, detectar su borde.
El robot está capacitado para tomar decisiones activas en tiempo real, de tal modo que puede, efectivamente, detectar el borde y saber dónde están los portatubos con las muestras.
No es fácil para un robot coger un tubo de ensayo de 1,4 milímetros entre muchos otros. “Tiene que moverse en una superficie de veintisiete metros de largo para encontrar exactamente un tubo con muestras entre otros diez millones”, afirma Rob Meaker, jefe del proyecto.
Cada uno de esos tubos de ensayo tiene un código de barras 2D en el fondo, de tal modo que el software de seguimiento del sistema sabe en todo momento dónde se encuentra almacenado cada tubo.
El equipo de ingenieros que ha participado en este proyecto se muestra muy seguro porque han pasado mucho tiempo analizando el riesgo de fallos. “Estamos preparados a más de un 90% ante un posible fallo”, comenta Meaker. Según ellos, este sistema automático es mucho más seguro que uno manual, ya que es casi imposible que pierda una muestra o que rompa un tubo.
La automatización también permite una mayor densidad de almacenamiento. Esas 10 millones de muestras caben en un recinto de 27 metros de largo. Haciéndolo manualmente, con nitrógeno líquido, se requeriría la mitad de un campo de fútbol.
Finalmente, la naturaleza confidencial del proyecto hace de la automatización la mejor opción. “Con los sistemas manuales, las muestras pueden mezclarse y este proyecto está basado en una ética estricta. Cualquier persona puede retirar sus muestras biológicas en cualquier momento, y sería muy embarazoso para Biobank decir que no pueden encontrarlas”, apunta Meaker.