Die aktuelle Lage zeigt: Das Gesundheitswesen stößt schnell an seine Grenzen, wenn Laborkapazität fehlt, oder wenn die bestehenden Test-Installationen nicht flexibel genug umrüstbar sind, hebt Yaskawa hervor. In dieser Situation böten Laborroboter eine Alternative zur manuellen Testdurchführung.

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Bei der robotergestützten Automatisierung eines Laborprozesses bieten sich grundsätzlich zwei Möglichkeiten, wie der Hersteller weiter erläutert:

Zum einen die Teilautomatisierung. Bei dieser führt der Roboter immer wiederkehrende Handhabungstätigkeiten des Laborpersonals durch und bringt so eine Entlastung. Der Roboter übernimmt Handhabungsaufgaben, die Prozessführung bleibt beim Laborpersonal oder auch beim Analyseautomaten.

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Zum anderen die komplette Automatisierung des Testvorgangs, inklusive Probenvorbereitung, Pipettieren, Testdurchführung einschließlich des Bedienens aller Analysegeräte durch den Roboter. Der Roboter übernimmt Prozessführung und Handhabungsaufgaben.

Hier versucht man möglichst universell verwendbare Standard-Arbeitszellen aufzubauen, mit einem zweiarmigen Roboter als zentralem Element, den man auf beliebige Laborausrüstung umbauen und flexibel umprogrammieren kann. Eine solche Lösung kann Laborprozesse 24 Stunden am Tag autark und mit Präzision und Wiederholgenauigkeit durchführen.

Teilautomatisierung mit MRK

Im Falle einer Teilautomatisierung, also wenn der Roboter zu Handlingzwecken nachgerüstet werden soll, sind robotergestützte Automatisierungslösungen mit kollaborativen Robotern sehr schnell einsetzbar, so das Unternehmen.

Ein solcher Roboter ist zum Beispiel der MRK-fähige Motoman HC10DT von Yaskawa. Für den Einsatz im Labor sind vor allem zwei Varianten des 6-Achsers geeignet: der in der Schutzart IP67 ausgeführte HC10DT IP67 und der hygienegerecht ausgeführte HC10DTF, dessen Betriebsstoffe/Getriebefette eine Lebensmittelzulassung besitzen.

Mit dem Direct Teach (DT)-Verfahren führt der Anwender den Roboterarm von Punkt zu Punkt einer Bewegungssequenz. Mit Hilfe vorbelegter Tasten am Roboter bestimmt er dann, ob ein Greifer an einer Position geöffnet oder geschlossen werden soll. Diese Bewegungssequenz speichert er in einer Bibliothek ab, und der Roboter kann diese Sequenz beliebig oft wiederholen. Dazu sind auch Bediener in der Lage, die keine Roboter-Programmierexperten sind.

Vollautomatisierte Roboterzelle

Die Konzeption und Neuinstallation einer vollautomatisierten Roboterzelle hingegen benötige einige Monate, betont der Hersteller. Wenn eine solche Standard-Roboterzelle einmal installiert ist, die in Frage kommenden Labor- und Analytikgeräte um den Roboter herum aufgebaut sind, und wenn im Laufe der Zeit eine Bibliothek von Bewegungsmustern gewachsen und vorhanden ist, „dann können solche Zellen schnell und einfach für neue Aufgaben umprogrammiert werden“, sagt Thomas Goldfuss, Geschäftsführer von Goldfuss Engineering. Das Unternehmen hat bereits mehrere Labor-Zellen mit Robotern von Yaskawa für Kunden umgesetzt.

Ein speziell für die Laborautomatisierung entwickelter Roboter ist zum Beispiel der zweiarmige Roboter Motoman CSDA10F des Herstellers. Er hat eine menschenähnliche Statur und zwei Arme, die sowohl individuell als auch synchronisiert Bewegungen ausführen können. Multifunktionale Werkzeuge und Greifer ergänzen den Roboter.

Er arbeitet mit nahezu jeder vorhandenen Standard-Laborausrüstung und ist in der Lage, mit herkömmlicher Laborausstattung umzugehen, wie sie von Handarbeitsplätzen her bekannt sind, erklärt das Unternehmen. Automatisierungsgerechte Ausstattung, wie Pipettierer mitsamt teurer Spitzen oder Mikrotiterplatten-Bahnhöfe seien zwar hilfreich, um den Durchsatz zu verbessern, aber nicht erforderlich.

Die vorhandenen Analytikgeräte könnten mitsamt ihrer softwaretechnischen Anbindung übernommen werden, so wie sie sind, auch wenn sie nicht für die klassische Automatisierung optimiert worden seien. In seiner Labor-Arbeitsstation kann der Roboter eine Vielzahl von Aufgaben abarbeiten, die bisher dem Menschen vorbehalten schienen, wie das Öffnen und Schließen von beliebigen Reaktionsgefäßen oder das Pipettieren und Dosieren von Flüssigkeiten oder Pulvern. Auch das Herstellen von Nährlösungen mit Spateln, das Einstellen und Herausnehmen von Proben sowie die Bedienung von Geräten wie Zentrifugen, Rüttlern oder Inkubatoren sind möglich.

Der CSDA10F ist in größeren Installationen in Japan bereits in der Biomedizin-Synthese (Cancer Drug Development) und in der chemischen Analytik (Probenaufbereitung) im Einsatz. Er wurde speziell für die Hygieneanforderungen im Laborbereich ausgelegt, etwa durch eine besonders substanzresistente Lackierung, abwaschbares Hygienic Design, H2O2-Sterilisation und Reinraumtauglichkeit gemäß ISO 14644 – 1.