Roboti automatizují sterilizační testy v laboratořích

Dva průmyslové roboty, jejichž pohyby jsou semi-synchronizovaně sladěny, rozpoznají a uchopí hadici a vloží ji do peristaltické pumpy. (Zdroj: Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez)

Potřeba automatizace v laboratořích neustále roste. Nicméně požadavky na roboticky podporovanou aplikaci v tomto kontextu jsou vysoké. Jak ji však lze technicky a ekonomicky smysluplně realizovat, ukazuje Fraunhofer IPA pomocí prototypu ve spolupráci se společností SKAN.

Roboti automatizují sterilizační testy v laboratořích

Manipulace s objekty patřila vždy k úkolům, které roboti nejčastěji vykonávají. Pro mnoho případů použití je to již optimálně vyřešeno a desítky let jsou v sériové výrobě v nepřetržitém provozu. Nejznámějším příkladem je karoserie auta, která je při výrobě v surové podobě přesunována zařízeními. Ale i v mnoha dalších prostředích je vysoká poptávka po větší automatizaci s robotikou. Patří sem laboratoře v oblasti vědy o živé přírodě a farmaceutickém průmyslu.

V laboratorním prostředí existuje řada neergonomických, opakujících se a monotónních úkolů, které jsou pro odborníky málo atraktivní. Navíc musí provozovatelé laboratoří v době nedostatku pracovních sil vůbec nejprve najít kvalifikované odborníky na laboratoře. Robotika může přispět k odlehčení dostupných odborníků, aby mohli využívat své kapacity pro více hodnotné činnosti. Dále je v laboratoři požadována efektivní, opakovatelná a procesně bezpečná práce, stejně jako bezchybné a úplné dokumentování, na což je robotika rovněž velmi vhodná. Pokud je robotické řešení navíc modulární, může splnit i náročné požadavky v tomto složitém prostředí.

Roboti manipulují s hadicemi

Příklad vývoje pro automatizovanou manipulaci s sterilizačními testy jako součástí kontroly kvality ve výrobě léků vznikl v rámci dvou projektů Fraunhofer IPA ve spolupráci se společností SKAN. Zatímco v prvním projektu šlo o základní ověření proveditelnosti, v dalším kroku vzniklo prototypové řešení manipulace, které již bylo patentováno. Při něm dva průmysloví roboti, jejichž pohyby jsou polo-synchronizovaně sladěny, vyndávají sterilizační testy z balení, rozpoznávají a uchopí hadici a umisťují ji do peristaltické pumpy. Robotická buňka odpovídá rozměrům typického sterilizátoru ve společnosti SKAN.

Výzvou je, že hadice jsou ohýbavé a tím pádem obtížně manipulovatelné. Navíc hrozí, že by se mohly zamotat. V rámci studie proveditelnosti však vývojářský tým ukázal, že prototyp funguje robustně a procesně bezpečně.

Obecně je třeba roboticky založené aplikace v laboratořích přizpůsobit požadavkům tohoto prostředí. Zmíněné ohýbavé části, jako jsou hadice nebo sáčky a podobně, jsou typickými objekty, s nimiž se robot díky vhodnému plánování trajektorií a uchopovací technice musí umět vypořádat. Navíc jsou přísné požadavky na sterilitu nebo čištění v výrobním prostředí, například podle „Good Manufacturing Practice“ (GMP). A v neposlední řadě je prostředí laboratoří a farmacie obecně velmi regulované, takže používané procesy a systémy musí fungovat spolehlivě.

Odborné znalosti o automatizaci a laboratorních procesech

Ve vývoji aplikace bylo využito rozsáhlé znalosti o náročných montážních, demontážních a manipulačních řešeních, stejně jako z přibližně 50 let zkušeností s průzkumy proveditelnosti v oblasti automatizace. Tyto průzkumy sahají od koncepce přes zakázkovou výrobu nástrojů a přípravků, výstavbu a hodnocení robotických aplikací až po přechod do malé série. Pro spolupráci se společností SKAN spolupracovali na Fraunhofer IPA odborníci z oddělení robotických a asistenčních systémů, laboratorní automatizace a bioprodukční techniky, kteří mohli přinést příslušné průmyslové znalosti do vývoje aplikace. Aktuálně společnost SKAN plánuje dále rozvíjet prototyp s pomocí systémového integrátora nebo výrobce zařízení do sériového produktu. Fraunhofer IPA může při tomto technologickém přenosu dále významně pomoci.