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Leichtbauroboter Leichtbauroboter halten Einzug in die Labore

Autor / Redakteur: Helmut Schmid / Mag. Victoria Sonnenberg

Die Mensch-Roboter-Kollaboration gilt als smarte Automatisierungs- lösung, die sich seit einigen Jahren als Technologietrend in der Industrie etabliert hat. Dass zu den häufigen Anwendungsgebieten der kollaborierenden Roboter auch Arbeiten in medizinischen und industriellen Laboren gehören, ist jedoch weniger bekannt.

In Laboren sind kollaborierende Leichtbauroboter kein seltener Anblick mehr.
In Laboren sind kollaborierende Leichtbauroboter kein seltener Anblick mehr.
(Bild: Universal Robots)

Kollaborierende Leichtbauroboter arbeiten auf engstem Raum mit dem Menschen zusammen. Sie sind heute bereits weltweit in den unterschiedlichsten Branchen im Einsatz, zum Beispiel bei Pick&Place-Anwendungen oder bei Tätigkeiten, die trotz hoher Wiederholungsrate mit immer derselben Kraft und gleichbleibend hoher Präzision ausgeführt werden müssen.

Auch in Medizin- und Industrielaboren finden sich zunehmend Anwendungen, bei denen die Automatisierung durch Roboterarme die effizienteste Lösung darstellt.

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Kollaborierende Roboterarme für das Sortieren von Blutproben

So suchte beispielsweise die Gentofte-Universitätsklinik in Kopenhagen nach einem kostengünstigen Weg, um das manuelle Sortieren von Blutproben zu automatisieren. Die Lösung musste unter den beengten Platzbedingungen eines Labors funktionieren. Zudem sollte sie es den Labortechnikern ermöglichen, jederzeit manuell eingreifen zu können, wenn dafür Bedarf aufkommt.

Obwohl aufgrund steigender Patientenzahlen bis zu 20 % mehr Proben für die Analyse erwartet wurden, war es dem Management wichtig, den bis dahin gültigen Geschwindigkeitsstandard aufrechtzuerhalten: Demnach sollten 90 % aller Blutproben innerhalb einer Stunde nach Eingang im Labor analysiert werden können, ohne zusätzliches Personal einstellen zu müssen. Eine erfolgsversprechende Lösung bot nur der Einsatz kollaborierender Roboterarme.

Nur die Mensch-Roboter-Kollaboration ermöglicht die sichere Zusammenarbeit von Mensch und Maschine auf engstem Raum, wie sie in den Laboren der Universitätsklinik benötigt wurde. Bei Universal Robots sind die Roboterarme dafür mit acht justierbaren Sicherheitsfunktionen ausgestattet. Dadurch können sie nach erfolgreich abgeschlossener Risikobeurteilung ohne oder nur mit minimalen Schutzvorrichtungen betrieben werden. Sollte es doch einmal zu einer unerwarteten Kollision kommen, stoppt der Roboter sofort. Bei den Modellen von Universal Robots genügt je nach Einstellung und Typ bereits eine Krafteinwirkung von lediglich 50 oder 100 N, um den automatischen Sicherheitsstopp einzuleiten.

Diese Funktionen waren entscheidend für die Implementierung an der Universitätsklinik in Kopenhagen. Alle Blutproben kommen auf einem Förderband in das Labor, in dem es schlicht keinen Platz für eine Schutzumhausung gibt. „Wir brauchten eine eigensichere, leicht bedienbare Lösung, die auf Basis automatischer Bilderkennung in der Lage ist, Proben schnell zu greifen, zu sortieren und in das entsprechende Einführungsmodul für die Analyse einzusetzen. Universal Robots erfüllte diese Kriterien“, sagt Steen Stender, Chefarzt in der Universitätsklinik in Kopenhagen. Das Team arbeitet nun mit zwei UR5-Robotern.

Einer der Roboter in der Gentofte-Universitätsklinik hebt die Proben an und platziert sie an einem Barcodescanner. Eine Kamera fotografiert dann die Farbe des Schraubdeckels, anhand derer der Roboter erkennt, in welche der vier möglichen Ablagen er die Probe absetzen muss. Diese greift der zweite Roboterarm und bestückt damit die Maschinen für die Zentrifugation und Analyse. So bearbeiten die beiden Roboter etwa 3000 Proben täglich, sieben bis acht in der Minute. Das spart Zeit und entlastet den Mitarbeiter von einer monotonen Tätigkeit.

90 % aller Blutproben in weniger als einer Stunde abwickeln

Damit konnte die Klinik ihre Ansprüche trotz eines Zuwachses von etwa 20 % mehr Proben pro Tag erfüllen, ohne zusätzliches Personal für diesen Arbeitsvorgang zur Verfügung stellen zu müssen. Die Vorgabe, 90 % aller Blutproben in weniger als einer Stunde nach Ankunft im Labor abzuwickeln, konnte eingehalten werden. „Unsere Belegschaft hat die Roboter enthusiastisch angenommen. Uns ist bewusst, dass jede unbearbeitete Blutprobe im Labor einen wartenden Patienten bedeutet. Unseren ambulanten Patienten ersparen wir so auch eine zusätzliche Fahrt in die Klinik. Wenn ihre Blutproben innerhalb von einer Stunde analysiert werden, bekommen sie die Ergebnisse noch am selben Tag. Und Proben, die wir stationären Patienten am frühen Morgen entnehmen, sind bereits untersucht, wenn die Ärzte ihren morgendlichen Rundgang machen“, fasst Stender zusammen.

Da sich die Roboter an ihren Werkzeugschnittstellen je nach individuellen Anforderungen mit unterschiedlichsten Werkzeugen bestücken lassen, sind verschiedenste Anwendungen denkbar. Die AGH University of Science and Technology im polnischen Krakau konnte ebenfalls zwei Herausforderungen mit UR-Robotern lösen: An einer Roboterstation hat ein UR5 die Aufgabe, Stammzellen in den Körper zu implantieren. Der Roboterarm wurde für diese hochpräzise Aufgabe ausgewählt, weil er die gleiche Bewegung wieder und wieder gleichbleibend genau ausführen kann. Er erlaubt eine Wiederholgenauigkeit von 0,1 mm, die eine menschliche Hand selbst bei großer Konzentration auf Dauer nicht erreichen kann.

Roboter übernimmt gefährliche Medikamentenherstellung

In einem weiteren Projekt setzt die Universität einen UR5 an einer Mischstation für Zytostatika-Arzneimittel ein, die in der Chemotherapie bei Krebs Anwendung finden. Bislang konnte das Medikament nur von Mitarbeitern spezialisierter Krankenhausapotheken hergestellt werden, da der Vorgang Substanzen mit hoher Toxizität freisetzt, in deren Umgebung Menschen nur wenige Stunden arbeiten dürfen. Ein UR-Roboter ist weder davon betroffen, noch benötigt er eine sauerstoffreiche Atmosphäre. So lassen sich Prozesse – in einer Umgebungstemperatur von 0 bis 50 °C – effizient automatisieren, für die Mitarbeiter bisher aufwendig ausgerüstet werden mussten.

Doch es gibt noch viele weitere Aufgaben, die der Kollege Roboter in einem Labor übernehmen kann. Etwa bei Lebensdauertests, für die sich stetig wiederholende Bewegungen, manchmal mehrere Millionen Ausführungen, wichtig sind. Der Roboter kann so eingestellt werden, dass er ansteigende oder abfallende Kräfte während der Bewegung misst und aufzeichnet. So registriert er beispielsweise einen Bruch des getesteten Objekts und stoppt die Ausführung.

In anderen Fällen ist die absolut präzise durchgeführte Reinigung von Geräten, Werkstücken oder Behältern ein entscheidendes Qualitätskriterium. Ein Roboter führt den Reinigungsvorgang jedes Mal mit der gleichen Präzision aus und erreicht so immer alle Ecken und Winkel eines Objekts. Mit einer Schutzhülle versehen sind die Roboter außerdem reinraumtauglich einsetzbar, leicht zu desinfizieren und zu säubern.

Neue Möglichkeiten dank Automatisierung

Die Mensch-Roboter-Kollaboration zeichnet sich durch einen Mehrwert für Unternehmen und Mitarbeiter aus. Durch kollaborierende Leichtbauroboter haben moderne Labore neue Möglichkeiten, Abläufe effizient zu automatisieren, die früher viel Zeit und Aufwand gekostet haben. Kreative Beispiele beweisen: Der Varianz möglicher Anwendungen sind dabei kaum Grenzen gesetzt. MM

* Helmut Schmid ist General Manager Western Europe bei Universal Robots A/S in 81377 München, Tel. (01 60) 93 49 12 27, hsh@universal-robots.com

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