科技号1月15日消息，为了实现医用同位素生产的现代化和改进，美国能源部 （DOE） 阿贡国家实验室的科学家们开始了一项利用计算机驱动的机器人技术力量的项目。该项目旨在提高安全性和可重复性，同时降低成本。
阿贡的科学家们正在使用机器人设备（类似于这里显示的设备）和增强现实技术来安全有效地处理医用同位素
得益于美国能源部科学办公室的新资金，用于处理用于癌症治疗的诊断和治疗放射性同位素的技术将实现现代化。它们将取代基于 1940 年代以来使用的技术的系统。
这个项目由Argonne领导，是多学科的。它包括来自整个实验室的科学家和工程师，以及来自四所学院和大学的教师和学生。为期两年的400万美元资金来自科学办公室的同位素和高级科学计算研究项目。
美国能源部的同位素计划有助于资助和指导将重要的医用同位素从概念到可靠交付给最终用户进行临床前和临床试验所需的研究。
对于奋战在抗癌前线的肿瘤学家来说，这些医用放射性同位素是不可或缺的武器。它们的优势在于能够选择性地靶向恶性肿瘤，同时减少对周围健康组织的附带损害。
对一些放射性同位素的初步研究表明，癌症治疗取得了可喜的进展。因此，在许多情况下，对这些新兴同位素的需求远远超出了可用的供应。这限制了开发这些先进癌症治疗方法的进展速度。
医用同位素的研究和生产目前在国家实验室和大学加速器进行，少数私营公司也参与其中。
科学家们通过照射由富集的稳定同位素组成的目标来煞费苦心地创造这些同位素。所需的放射性同位素是由核嬗变产生的。然而，一旦这些放射性同位素在靶标中产生，就会出现重大挑战。产生的极少量有用的放射性同位素需要从目标材料和杂质的体积中化学分离。
放射化学分离可以采取以下两种途径之一。一种是在“手套箱”中进行台式手动处理，但这充满了对相关研究人员的辐射暴露，限制了生产批次的吞吐量。另一条路线是在高度屏蔽的专用“热室”中进行处理。这些细胞仍然使用 1940 年代的机械操纵器。它们非常需要大量维护且成本高昂，并且机械性能有限。
阿贡计划利用新资金开发的远程操作机器人系统将引入一种新型放射性同位素处理站。它将具有一个“热箱”，该热箱将热室和手套箱的元素最佳地结合在一起，阿贡核物理学家杰里·诺伦说。
近期目标是开展必要的基础研究，以利用远程或远程操作的最新发展。其中包括新的机器人技术、3D 视觉技术、具有高速计算功能的 3D 动态建模，以及支持复杂远程处理的经济高效、功能强大的机械手。
“需要非常灵活的机械手能力来执行放射化学分离的复杂操作，”阿贡实验室副副主任兼物理科学与工程高级科学顾问Millicent Firestone说。
“仅仅通过获得从整个房间对样品进行操作的能力，就意味着我们可以安全地处理放射性高达10倍的样品，而无需使用热室。这大大提高了我们生产这些有价值和必要的同位素的能力，“诺伦说。
新的机器人热箱将通过增强现实进行远程操作。用户坐在远离放射性样品的地方，并使用 3D 计算机视觉和沉浸式显示技术来可视化热箱。此外，还将采用先进的软件来远程控制位于热箱中专门设计的机器人组件。
阿贡计算机科学家尼古拉·费里尔（Nicola Ferrier）表示，增强现实技术很可能基于美国英伟达公司开发的Omniverse技术，并结合实时交互模型的优化。现成的耳机将为远程操作员提供热箱内部的 3D 虚拟现实视图。Omniverse 支持使用通用场景描述（一种开放标准）开发 3D 工作流程。
“在热箱中精确、实时地可视化远程放射化学处理需要与机器人系统集成的复杂 3D 工作流程，”她说。
阿贡的Young Soo Park拥有制造机器人机械手的经验。他说，放射性环境的引入增加了另一种程度的挑战。“成功构建和操作这个热盒需要一个多步骤的过程，以使增强现实体验对用户来说很直观，”他说。Park在实验室的应用材料部门领导Argonne的机器人和远程系统项目。
“这笔新资金将使阿贡能够对其医用同位素基础设施进行现代化改造，为核医学带来尖端的解决方案，”阿贡物理科学与工程实验室副主任Kawtar Hafidi说。
根据Nolen的说法，该项目的目标是让Argonne和其他DOE设施生产稳定数量的各种同位素。从那里，美国能源部可以通过其同位素计划将它们出售给医院。
该项目建立在阿贡现有的机器人和计算能力之上，以及与四所学院和大学的合作：西北大学、伊利诺伊大学芝加哥分校、莫尔豪斯学院和佛罗里达农工大学。这个多机构、多学科的团队还将包括学生和早期职业科学家和工程师。重点将放在增加未来技术劳动力的多样性上。
已经成立了一个由四家私营公司成员组成的咨询团队，以帮助确保正在开发的技术从基础研究阶段快速过渡到商业部署。
关于阿贡国家实验室
阿贡国家实验室寻求解决紧迫的国家科学技术问题的方法。作为美国第一个国家实验室，阿贡大学在几乎所有科学学科中都开展了前沿的基础和应用科学研究。阿贡的研究人员与来自数百家公司、大学以及联邦、州和市政机构的研究人员密切合作，帮助他们解决具体问题，提升美国的科学领导地位，并为国家创造更美好的未来做好准备。Argonne 拥有来自 60 多个国家/地区的员工，由美国能源部科学办公室的芝加哥大学阿贡有限责任公司管理。