Farma 4.0: impulsada por la IA

La tecnología de visión de Cognex se utiliza ampliamente en toda la industria farmacéutica para la clasificación de pastillas (Imagen: Cognex)

Benjamín Skusedescubre cómo las soluciones de visión de vanguardia podrían hacer que la producción farmacéutica futura sea más eficiente, precisa y cumpla con las últimas regulaciones

Al producir medicamentos que salvan vidas en grandes cantidades, la industria farmacéutica ha requerido durante mucho tiempo estándares de seguridad superiores a los de muchas otras industrias. En resumen, la seguridad del cliente es primordial; en su forma más extrema, cumplir con estos estándares puede marcar la diferencia entre la vida y la muerte.

Esta es la razón por la que las empresas farmacéuticas fueron algunas de las primeras en adoptar soluciones de visión artificial, aunque los primeros sistemas de visión que aparecieron en la década de 1980 eran comprensiblemente primitivos. Por ejemplo, en 1981, el profesor Robert Shillman y dos estudiantes de posgrado, Marilyn Matz y Bill Silver, crearon una empresa llamada Cognex del Instituto Tecnológico de Massachusetts. El primer producto de la empresa fue DataMan, el único sistema industrial de reconocimiento óptico de caracteres (OCR) del mundo en ese momento, que se aplicó por primera vez para inspeccionar teclas de máquinas de escribir para garantizar que estuvieran ubicadas en la posición correcta.

"Se puede imaginar, las primeras computadoras que realizaban visión eran estantes que ocupaban media habitación, y los sistemas de visión solían costar entre 50.000 y 60.000 dólares, por lo que, ajustados a la inflación, eran súper, súper caros", dice Joshua Deats, gerente global de embalaje de Cognex. "Pero en términos de entrar en contacto con todas las grandes marcas farmacéuticas, fuimos uno de los primeros en ser realmente pioneros en OCR y también en la lectura de códigos de barras".

Las cámaras de Cognex también se utilizan en la industria farmacéutica para inspeccionar botellas y sellos de jeringas.(Imagen: Cognex, haga clic aquí para ampliarla)

Un avance rápido hasta el día de hoy, y el OCR (utilizado en instalaciones de empaque para leer y verificar la exactitud y legibilidad de información importante en las etiquetas de los frascos de pastillas, por ejemplo) es solo la punta del iceberg de lo que los sistemas de visión pueden hacer, no solo ayudando a las empresas a cumplir con estándares estrictos, pero también generando importantes ganancias de productividad.

Las aplicaciones que se han convertido en algo común y corriente incluyen desde la inspección de control de calidad de EPP hasta la inspección de envases de viales y botellas, y la identificación de falsificaciones. Steve Zhu, director de ventas para Asia de Teledyne Dalsa, un innovador canadiense líder en tecnología de imágenes y visión artificial, ofrece otra aplicación común. “Cuando me uní a la empresa hace casi 20 años, la primera aplicación de inspección en la industria farmacéutica fue la inspección de blisters para uno de los mayores fabricantes farmacéuticos de Asia”, recuerda. "Básicamente, necesitábamos detectar cápsulas faltantes en el blíster, si había una cápsula vacía, si había una mancha en la superficie del blíster o si había pelo u otra materia extraña en el exterior o en el interior".

El software iNspect de Teledyne Dalsa se utiliza para comprobar si hay cápsulas vacías y polvo filtrado en blisters (Imagen: Teledyne Dalsa, haga clic aquí para ampliarla)

En aquel momento, esto requería una cámara analógica acoplada a una luz de fondo infrarroja para poder ver el interior del blister. Hoy en día, mirar dentro de los blisters se realiza utilizando una de las cámaras de rayos X de Teledyne Dalsa junto con el software de visión Sherlock.

Con una dura competencia en este espacio, los proveedores de soluciones de visión artificial deben tener un punto de venta único. Para Cognex, ofrece una popular cartera de productos de alto rendimiento, ideal para la mayoría de las aplicaciones, lo que ha convertido a la empresa en uno de los principales proveedores mundiales de sistemas de visión, software, sensores y lectores de códigos de barras industriales. Para Teledyne Dalsa, se trata de ofrecer productos que permitan a los clientes ampliar los detalles. Y para Allied Vision, especialista alemán en tecnología de cámaras y soluciones de captura de imágenes, está proporcionando la solución precisa que se adapta a las necesidades de los clientes, ya sea a través de la amplia gama de productos de Allied Vision o mediante una solución personalizada.

Thanh Luu, director junior de desarrollo empresarial de Allied Vision, explica: "Actualmente estamos trabajando mucho para aplicaciones como la inspección de viales/ampollas", detalla Luu. "Mientras se giran los viales, hasta 20 cámaras (dependiendo de la máquina) los inspeccionan en busca de grietas y rayones". Luu afirma que para aplicaciones como ésta, además de la inspección de etiquetas y lectura de códigos, los productos basados ​​en Ethernet de la empresa, como las cámaras 1GigE y 5GigE Alvium, son populares. Al ofrecer interfaces estandarizadas que son fáciles de usar y de instalar, estas cámaras cuentan con altas velocidades de fotogramas, lo que significa una inspección rápida con un alto rendimiento. Allied Vision también proporciona funciones de firmware útiles, como filtros de convolución personalizados o una matriz de transformación de color. "Estos permiten un alto contraste de imagen para la detección de bordes, lo que nuevamente es crucial para una inspección confiable de productos farmacéuticos", agrega Luu.

Con estos y muchos más sistemas de visión integrados en operaciones farmacéuticas en todo el mundo, ahora brindan un medio automatizado, confiable y objetivo para inspeccionar y analizar una amplia gama de productos farmacéuticos, al mismo tiempo que ofrecen capacidades de análisis de datos para acelerar el descubrimiento de fármacos, un proceso relativamente una forma barata y menos propensa a errores de optimizar los procesos de fabricación, visibilidad de extremo a extremo a lo largo de la cadena de suministro y verificación rápida de la autenticidad de los medicamentos.

Esto ha significado que tareas tradicionalmente confiadas únicamente a humanos sean asumidas cada vez más por sistemas de visión artificial. Un buen ejemplo proviene de Zhu: la inspección de lentes de contacto, necesaria para verificar que no haya partículas incrustadas, inclusiones o contaminación en la lente de contacto que puedan representar un peligro para el usuario. "Antes, solo usaban la inspección humana, por lo que seguramente afectaba la consistencia y había algún error humano", revela. Hasta hace poco, la transparencia de las lentes de contacto hacía que la implementación de la detección basada en visión artificial fuera un desafío en términos de precisión y coherencia. "Pero las soluciones de visión artificial de Teledyne Dalsa para este propósito se basan en el software de visión integrado iNspect, fácil de usar y de bajo costo, y en las cámaras Genie Nano de alta resolución". Estas cámaras CMOS con obturador global de alta velocidad y bajo ruido son ideales para tareas de inspección rápidas y detalladas, incluso cuando se trata de objetos transparentes como lentes de contacto.

La visión artificial también se puede utilizar para detectar partículas incrustadas, inclusiones o contaminación en lentes de contacto que podrían representar un peligro para el usuario (Imagen: Teledyne Dalsa)

Otro ejemplo es la inspección de pastillas. Inmediatamente después de la fabricación, las pastillas se introducen en un transportador que las gira suavemente a medida que pasan para confirmar que sus características son correctas en términos de dimensiones, textura de la superficie, forma, color y etiquetado, y para garantizar que no haya defectos en la superficie. Hasta hace poco, esto se dejaba en manos de los humanos, ya que las soluciones de visión artificial no podían hacer frente a la complejidad visual de la escena, y a menudo mostraban falsos positivos y omitían pastillas dañadas.

Pero los sistemas impulsados ​​por IA se están haciendo cargo de este laborioso y tedioso trabajo. El sistema de visión In-Sight D900 de Cognex es una cámara CMOS integrada con un conjunto completo de herramientas de aprendizaje profundo ideal para esta aplicación. Entrenado con imágenes de comprimidos sin defectos tomadas desde varios ángulos, detecta los comprimidos con anomalías y deja que el resto continúe con el proceso de producción.

In-Sight D900 es parte de una tendencia creciente hacia soluciones sofisticadas de IA. “El juicio de la IA, similar al humano, se está convirtiendo en el modus operandi”, resume Deats. “Juicios humanos tradicionales como '¿es una burbuja o una ampolla lo que lo convierte en un producto no conforme?' o '¿es un rasguño o en realidad un agujero en el paquete que compromete lo que hay dentro?' Son muy complicados para los sistemas de visión convencionales, e incluso para los humanos, pero no para los sistemas de visión artificial con IA”.

Zhu está de acuerdo y ofrece su propio ejemplo. "Se pueden utilizar técnicas de análisis de características para calificar la concentración de un color para un ingrediente farmacéutico, o la textura, por ejemplo, si la superficie es más lisa o más rugosa", explica. "Antes, los algoritmos de visión convencionales tenían dificultades para abordar algo con texturas complicadas, pero con la tecnología de inteligencia artificial y el aprendizaje profundo, en los que hemos estado trabajando últimamente, esto se vuelve muy posible".

A pesar de estos beneficios, la adopción de sistemas avanzados de visión artificial con IA ha sido lenta en la industria farmacéutica. Una razón es que los mismos estándares que hacen que la visión artificial encaje tan bien con la industria farmacéutica también retrasan los procesos de prueba y verificación de nuevos productos. La validación de productos de automatización también requiere mucho tiempo y dinero debido a la gran cantidad de documentación necesaria y la participación de diversas partes interesadas. Como resultado, si una empresa farmacéutica finalmente logra instalar un sistema de visión automatizado que funcione, tiende a mantenerlo.

La inspección de los sellos de las jeringas es otra aplicación farmacéutica moderna de las cámaras de Cognex (Imagen: Cognex)

Otra razón ha sido el esfuerzo, la inversión y el conocimiento necesarios para etiquetar imágenes, entrenar el sistema de inteligencia artificial para reconocer productos aceptables o defectuosos y personalizarlo según las necesidades de una empresa en particular. Por esto, Deats está entusiasmado con el último producto de Cognex, In-Sight 3800. “In-Sight 3800 tiene algo nuevo llamado aprendizaje de borde, que es básicamente un subconjunto del aprendizaje profundo, pero es realmente fácil de configurar y realmente potente”, explica. “Así que para obtener resultados de aprobación y fracaso en cosas que antes tomaban días o semanas programar usando la visión tradicional, ahora se puede lograr con cinco o seis imágenes. Y puedes categorizar 300 modos de falla diferentes sobre la marcha en el entorno de producción, sin ninguna licencia sofisticada, ya que todo se hace directamente en la cámara”.

Profundizando en la producción

Con importantes mejoras que se esperan de la IA, el aprendizaje profundo y tecnologías de imágenes 2D y 3D más avanzadas, ¿dónde más penetrará la visión artificial en la industria farmacéutica?

“Cuando tienes una línea de fabricación grande, cada vez que cambias de producto, cinco o seis personas van con una libreta y físicamente tienen que revisar cada punto de pellizco [lugares en una línea de producción que representan un peligro potencial para los humanos] y aprobarlo. al estándar del proceso de fabricación”, dice Deats. "Eso les cuesta a algunas empresas mil millones de libras esterlinas más al año". La solución de Cognex, en desarrollo con socios, es colocar de 60 a 70 cámaras pequeñas alrededor de la línea de fabricación con vistas a los puntos de aprisionamiento anticipados. Estas cámaras producen una serie de imágenes a partir de las cuales una biblioteca de aprendizaje profundo detecta cualquier anomalía. "Con esto, una persona puede verificar si es normal o no en un iPad, cerrarlo digitalmente y enviarlo a la nube sin ninguna intervención humana".

Zhu también tiene en mente aplicaciones específicas. “La cristalización es una especie de proceso de purificación durante la fabricación de medicamentos”, destaca. "Antes, había que poner todo bajo un microscopio en el análisis fuera de línea porque a la tecnología de visión convencional le resulta muy difícil separar cristales que se superponen, pero con la IA esto se vuelve factible".

En lo que están de acuerdo los tres es en que la visión artificial basada en IA, junto con el Internet de las cosas (IoT) y la robótica, será una tecnología clave para impulsar la próxima revolución tecnológica en la fabricación farmacéutica, Pharma 4.0. "Los potentes sistemas de visión permitirán a los clientes ofrecer una producción inteligente que los hará aún más eficientes, precisos y cumplirán mejor las normativas y requisitos establecidos", afirma Luu. Pero no sucederá de la noche a la mañana. "El desarrollo de sistemas como estos supone un alto coste, pero también supone un gran coste para los clientes integrarlos con su infraestructura existente", concluye Luu. "Llevará algún tiempo llegar al punto en que estos sistemas sean confiables y calificados en un entorno de fabricación farmacéutica".

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