[인더스트리뉴스 최종윤 기자] Beckhoff가 RML Machinery와 함께 SNPshot DNA 검사의 카트리지 생산을 자동화했다. SNPshot DNA 검사는 광범위한 분야에 적용되며, 전 세계적으로 매년 약 1,500만개의 샘플을 채취해 종마·양·양식 연어 등의 식별하는데 사용되고 있다. SNPshot DNA 샘플러에는 다양한 동물 ID 태그를 읽을 수 있는 RFID 및 바코드 리더가 모두 장착돼 있다. 또한 샘플링 시 샘플링 지점의 GPS 좌표가 기록되며 이는 실질적인 검증 및 위험 관리 도구로 활용된다.
구체적으로 샘플러는 조직 샘플을 채취하는 동안 동물의 귀 태그를 읽고 이를 해당 카트리지의 QR 코드에 연결한다. 당일 샘플링을 마치면 농부는 카트리지 QR 코드와 연결된 동물 ID 등 샘플링 데이터를 블루투스를 통해 스마트폰의 SNPshot 모바일 앱으로 전송하고, 필요시 클라우드 기반 SNPshot 허브와도 동기화할 수 있다. 샘플링 과정이 완료되면 테스트 튜브를 카트리지에서 분리해 택배를 통해 DNA 실험실로 보낸다. 이 테스트 튜브에는 완충 용액이 포함돼 있기 때문에 배송을 위해 냉각할 필요가 없다. 카트리지와 재활용 가능한 슬리브 모두 샘플러에 빠르고 쉽게 넣을 수 있다. 과정 중 대부분의 사용자는 한쪽에는 새 카트리지가, 다른 쪽에는 사용한 카트리지가 들어가는 간단한 투피스 공구 벨트를 착용한다.
각 동물마다 새 카트리지를 사용하기 때문에 샘플 오염 위험이 최소화된다. SNPshot 카트리지의 장점은 표준 실험실 테스트 튜브와 호환된다는 점이다. 따라서 DNA 실험실로 보낼 때 테스트 튜브는 일반 실험실 장비에서 사용하기에 적합한 크기라는 장점이 있다. 전체 프로세스의 원활한 디지털화는 동물 식별과 관련된 기존의 문제를 최소화하는 데도 도움이 된다.
정교한 카트리지 생산
샘플링 카트리지는 9개의 구성품으로 구성돼 있으며, 하나에는 식염수가 채워져 있다. 과거에는 이러한 카트리지를 제조하는 데 엄청난 노동력이 필요했기 때문에 이는 생산 병목 현상의 원인으로 지목되기도 했다. SNPShot은 프로세스를 자동화하고 분당 20개의 속도로 완제품 카트리지를 생산할 수 있는 시스템이 필요했다. RML은 카트리지 본체를 사출 성형기에서 직접 가져오는 A101 사출 성형 어셈블리 기계를 솔루션으로 제안했다. 나머지 8개의 구성품은 별도의 트레이 컨베이어에 적재되며, 여기서 분리돼 별도의 유닛으로 적재될 수 있다.
어셈블리 기계는 로봇 3대, 정밀 포지셔닝을 위한 Beckhoff 서보축 3대, 부품 식별을 위한 카메라 8개, 식염수 디스펜서 유닛, QR 바코드 프린터, 모든 부품의 완벽한 추적성을 위한 데이터베이스 통합으로 구성돼 있다. 카트리지의 각 캡에는 사전 인쇄된 미니어처 데이터 매트릭스 코드가 있다. 이 코드는 어셈블리 프로세스 중 판독돼 RestAPI 인터페이스를 통해 클라우드 데이터베이스로 전송된다. 그러면 코드가 검증되고 동일한 인터페이스를 통해 보조 QR 코드를 받게 된다. 최종적으로 카트리지 본체 외부에 인쇄되는 것은 이 보조 QR코드다.
고성능 산업용PC와 편리한 시각화 기능
컨트롤러로는 클록 주파수가 3.6GHz인 쿼드 코어 Intel Core i7 프로세서가 탑재된 Beckhoff의 C6030 초소형 산업용PC가 선택됐다. 고성능 프로세서는 까다로운 어플리케이션에 필요한 모든 컴퓨팅 성능을 제공한다. RML Machinery에 따르면 이 시스템은 정교한 모션 작업, 총 8대의 카메라에 대한 이미지 처리 제어, 클라우드 기반 데이터 교환, 3대의 로봇에 대한 인터페이스 제어, 그리고 이 모든 모듈을 사용자 친화적인 운영자 인터페이스에 결합한 정교한 인간-기계 인터페이스 등을 안정적으로 처리한다. RML Machinery는 “뛰어난 컴퓨팅 성능이 매우 콤팩트한 디자인으로 제공된다는 사실은 시중의 다른 제품에 비해 제어 캐비닛의 크기도 더 작아진다는 것을 의미한다”고 설명했다.
Beckhoff 산업용PC에 연결된 두 개의 터치스크린 모니터는 사용 편의성이 매우 뛰어나다. TwinCAT HMI가 탑재된 모니터로 하나로는 편리한 시각화와 기계 제어가 가능하고, 다른 모니터로는 이미지 처리 어플리케이션에서 각 카메라의 라이브 피드를 확인할 수 있다. 운영자는 전체 프로세스 순서에 대한 명확한 인사이트를 얻을 수 있다.
정밀 축은 EtherCAT을 통해 산업용PC와 통신하는 Beckhoff AX5103 서보드라이브로 관리된다. 시스템은 시각화를 위한 TwinCAT 3 HMI 서버 외에도 효율적인 데이터 통신을 위해 TwinCAT 3 PLC 및 TwinCAT 3 NC PTP, TwinCAT 3 데이터베이스 서버, TwinCAT 3 TCP/IP, TwinCAT 3 IoT HTTPS/REST 역시 사용한다. RML Machinery에 따르면, Beckhoff가 제공하는 PC 및 EtherCAT 기반 제어 기술의 개방성 덕분에 RML은 단일 하드웨어 공급업체로만 머무르지 않고, 고정밀 위치 추적 시스템을 제공할 수 있었다고 평가했다.
