Robots automatiseren steriliteitstests in laboratoria

Twee industriële robots, waarvan de bewegingen semi-synchroniseerd op elkaar afgestemd zijn, herkennen en grijpen een slang en plaatsen deze in een peristaltische pomp. (Bron: Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez)

De behoefte aan automatisering in laboratoria groeit gestaag. Echter, de eisen aan een robotondersteunde toepassing in deze context zijn hoog. Hoe deze toch op een technische en economische verantwoorde manier gerealiseerd kan worden, toont het Fraunhofer IPA met behulp van een prototype in samenwerking met SKAN.

Robots automatiseren steriliteitstests in laboratoria

De handling van objecten behoort al altijd tot de taken die robots het meest uitvoeren. Voor veel toepassingsgevallen is dit ook al optimaal opgelost en worden ze al jarenlang in serieproductie ingezet. Het carrosserie van een auto, dat door de installaties in de ruwe constructie wordt getild, is hier het bekendste voorbeeld. Maar ook in veel andere omgevingen is meer automatisering met robotica sterk gevraagd. Daartoe behoren laboratoria in de life-science- en farmaceutische industrie.

Zo zijn er in de laboratoriumomgeving talrijke niet-ergonomische, repetitieve en daardoor monotone taken die voor vakbekwame medewerkers weinig aantrekkelijk zijn. Bovendien moeten laboratoriummedewerkers, vooral in tijden van arbeidskrapte, eerst gekwalificeerde laboratoriumspecialisten vinden. Robotica kan helpen om de beschikbare vakbekwame krachten te ontlasten, zodat zij hun capaciteit kunnen inzetten voor meer waarde toevoegende activiteiten. Daarnaast wordt in het laboratorium efficiënt, herhaalbaar en procesveilig werken gevraagd, evenals een feilloze en foutloze documentatie, waarvoor robotica eveneens uitstekend geschikt is. Als de robotoplossing bovendien modulair is ontworpen, kan ze voldoen aan de flexibele eisen in deze complexe omgeving.

Robots hanteren slangen

Een voorbeeldontwikkeling voor de geautomatiseerde handling van steriliteitstests als onderdeel van de kwaliteitscontrole in de geneesmiddelenproductie is ontstaan in het kader van twee projecten van het Fraunhofer IPA met SKAN. Terwijl het in de eerste samenwerking ging om het fundamenteel testen van de haalbaarheid, is in de volgende stap een prototype-handlingoplossing ontwikkeld die al is aangevraagd voor een patent. Hierbij grijpen twee industriële robots, waarvan de bewegingen semi-synchroniseerd op elkaar zijn afgestemd, steriliteitstests uit de verpakking, herkennen en grijpen een slang en plaatsen deze in een peristaltiepomp. De robotcel voldoet aan de afmetingen van een typische sterilisator bij SKAN.

Een uitdaging is dat de slangen buigzaam en daardoor moeilijk te hanteren zijn. Daarnaast bestaat het gevaar dat ze kunnen knopen. In een haalbaarheidsstudie heeft het ontwikkelingsteam echter kunnen aantonen dat de prototype robuust en procesveilig functioneert.

In het algemeen moeten robotgebaseerde toepassingen voor laboratoria worden aangepast aan de eisen van deze omgeving. De genoemde buigzame onderdelen zoals slangen of ook zakken en soortgelijke objecten zijn typische objecten waarmee een robot moet kunnen omgaan, dankzij passende trajectplanning en grijptechniek. Bovendien zijn de eisen op het gebied van steriliteit of reinigingsprocessen in de productieomgeving, zoals voorgeschreven door bijvoorbeeld de »Good Manufacturing Practice« (GMP), streng. En niet in de laatste plaats is de laboratorium- en farmaceutische sector zeer gereguleerd, zodat de gebruikte processen en systemen uiterst betrouwbaar moeten functioneren.

Vakkennis over automatisering en laboratoriumprocessen

Bij de ontwikkeling van de toepassing is uitgebreide kennis over veeleisende montage-, demontage- en handlingoplossingen en uit ongeveer 50 jaar ervaring met haalbaarheidsstudies rondom automatisering meegenomen. Deze onderzoeken lopen van de conceptfase via klantgerichte gereedschaps- en hulpmiddelenbouw, de opbouw en evaluatie van de robotapplicatie tot en met de overgang naar de kleinschalige serieproductie. Voor de samenwerking met het bedrijf SKAN werkten bij het Fraunhofer IPA vakexperts uit de gespecialiseerde afdelingen Robot- en assistentiesystemen, Laboratoriumautomatisering en Bioproductietechniek interdisciplinair samen, zodat ze de juiste branchekennis konden inbrengen in de ontwikkeling van de toepassing. Momenteel plant SKAN om het prototype verder te ontwikkelen tot een serieproduct met behulp van een systeemintegrator of machinebouwer. Het Fraunhofer IPA kan hierbij een uitgebreide ondersteuning bieden bij deze technologische overdracht.