Limiti software

Il software di controllo del bioreattore è stato scritto in Visual Basic durante un precedente lavoro di tesi e consta di un interfaccia grafica, mediante la quale è possibile imporre i valori di pH, pressione e portata e leggere i dati provenienti dai sensori. Il software effettua un controllo del pH aprendo le elettrovalvole della CO2 e d ell’aria, e regola i giri della pompa peristaltica mediante comunicazione seriale. Nel frattempo mostra in tempo reale i grafici di flusso, portata, temperatura e pH, con una frequenza di aggiornamento di circa una volta al secondo.

L ’alg oritm o d i con trollo d el p H è la p arte p iù d elicata d ell’in tero sistema e lavora nel modo seguente:

1. Inizialmente viene fatta gorgogliare aria nella camera di miscelazione.

2. Raggiunta una soglia pari a 0.05 unità di pH sopra il valore imposto, si immette CO2.

3. La CO2 viene fatta gorgogliare per un tempo t necessario ad abbassare il pH di una quantità prestabilita.

4. T erm in ato l’im p u lso d i an id rid e carb on ica, v ien e n u ov am en te inviata aria in cella.

5. Si riparte dal punto 2. (2)

Il tempo ottimale di immissione CO 2 è stato valutato a partire da modelli cinetico–ch im ici d el fen om en o d i d iffu sion e d ell’an id rid e carbonica in terreno di coltura. Sono stati effettuati numerosi esperimenti, al fine di valutare i corretti tempi di immissione, tali da comportare una variazione di pH nota. Questi tempi risultano essere notevolmente variabili, e dipendono strettamente dalle condizioni in cella. I d ati otten u ti son o stati tab u lati ed in seriti n ell’alg oritm o di controllo. Il software è quindi in grado di selezionare il tempo di immissione CO2 più adatto alla situazione, che in genere si aggira intorno agli 0,5 secondi.

Strozzatura Cella di coltura Bagnetto termostatato Sensore di temperatura Immissione aria e CO2 Elettronica di controllo PC Sensore di Flusso pH-metro Sensore di pressione Camera di miscelazione Elettrovalvole Pompa peristaltica

Le tarature dei sensori vengono effettuate manualmente, mediante u n a lettu ra d iretta, g razie all’ap p osito tool d ella N ation al In stru m en ts. Una volta calcolati i valori delle rette di taratura, questi vengono inseriti in appositi file di testo con estensione .ini, che il software provvederà a leg g ere all’av v io.

È disponibile, inoltre, una sezione di controllo manuale del sistema e un’altra di esportazione e visualizzazione dei dati. (2)

Il software in questione si è dimostrato essere abbastanza funzionale dal punto di vista del controllo, ma, durante il suo utilizzo presso il CNR di Pisa, ha mostrato numerosi problemi che ora andremo ad analizzare.

Uno dei problemi più importanti è legato alla strategia di controllo del pH, in quanto, come accennato precedentemente, questa si basa su una serie di dati acquisiti mediante test sperimentali, ed inseriti, sottoforma di tabella, n ell’alg oritm o d i con trollo.

Q u esto lim ita l’u tilizzo d el softw are a con d izion i d i lav oro ‚stan d ard ‛. Collegando, infatti, il bioreattore a nuove camere di miscelazione, o non controllando correttamente il rubinetto di strozzatura, ci si rende conto che il software non riesce a portare il sistema nel punto di lavoro desiderato, senza però segnalare alcun allarme di malfunzionamento. Q u esto com p orta ch e, n ella fase d i av v io, l’op eratore d eb b a osserv are atten tam en te l’an d am en to d ei p aram etri, così d a p oter reg o lare la strozzatu ra secon d o u n ap p roccio b asato su ll’esp erien za acq u isita n ell’u tilizzo d el sistem a.

Se, ad esempio, la strozzatura di uscita dei gas rimane troppo aperta, è im p ossib ile far salire la p ression e all’in tern o d ella cam era d i

m iscelazion e; l’op eratore, p ertan to, se n e p u ò ren d ere con to v erifican d o ch e, all’au m en tare d ella ten sio n e d i co n trollo su l regolatore, la pressione in cella non sale. In questo caso il software continua ad aprire il regolatore di pressione per cercare di aumentare la pressione in cella, non curandosi, però, di osservare se il cambiamento di apertura del regolatore, comporti o no un effettivo innalzamento della pressione n ella cam era d i m iscelazion e. Q u esto fa sì ch e, all’in tern o d ella cam era, cominci a gorgogliare molta aria, che tende, per la presenza di tensioattivi, a produrre schiuma nel terreno e a far fuoriuscire q u est’u ltim o dal canale di sfiato.

Un altro problema che spesso si verifica è dovuto al fatto che, al di sopra dei 9 Volt di tensione di comando, fornita al regolatore di pressione, questo va in blocco, spegnendosi; il software però non fornisce alcun messaggio di errore e non integra alcun sistema di controllo atto all’ev itam en to d el b locco.

Un altro inconveniente del software, che ne comporterà la completa riscrittura, risiede proprio nel linguaggio con cui è stato scritto. Il Visual Basic, infatti, è un linguaggio che non permette una comunicazione d iretta con l’H ard w are, e pertanto il software in questione si avvale di componenti ActiveX nella versione con National PCI, mentre si appoggia completamente sul runtime dei driver National Instruments nella versione USB.

E ’ b en e sottolin eare com e i p rob lem i riscon trati d al softw are n on sian o frutto di incompetenza o superficialità del programmatore che lo ha scritto, ma, piuttosto, nascono dal fatto che, quando il bioreattore è stato realizzato, si necessitava di un software che fosse semplicemente capace di leggere i dati dai sensori e controllare il sistema, secon d o l’alg oritm o

studiato. Tutto ciò per poter verificare il corretto funzionamento d ell’arch itettu ra realizzata.

Ad oggi invece, il bioreattore in questione, sta diventando un vero e proprio macchinario da laboratorio e, pertanto, necessita di un nuovo software, che possa essere utilizzato da persone aventi conoscenze elettron ico in form atich e d i b ase, com e, ad esem p io, ricercatori d ell’area medico biologica.

Il nuovo software dovrà, quindi, essere user friendly, stabile, sicuro ed av en te u n sistem a d i con trollo d ell’errore e d i an alisi d el risch io.

Bibliografia

1. Federico, Vozzi. . Tesi di laurea. Pisa : Università di Pisa, 2000 2. Rossi, Valerio. . Tesi di laurea. Pisa : Università di Pisa, 2002