Roboty automatyzują testy sterylności w laboratoriach

Dwa roboty przemysłowe, których ruchy są semi-synchronizowane i zsynchronizowane ze sobą, rozpoznają i chwytają wąż, a następnie wkładają go do pompy perystaltycznej. (Źródło: Fraunhofer IPA/Zdjęcie: Rainer Bez)

Zapotrzebowanie na automatyzację w laboratoriach stale rośnie. Jednak wymagania dotyczące robotycznych zastosowań w tym kontekście są wysokie. Jak można je jednak realizować w sposób technicznie i ekonomicznie sensowny, pokazuje Fraunhofer IPA za pomocą prototypu we współpracy z SKAN.

Roboty automatyzują testy sterylności w laboratoriach

Obsługa obiektów od zawsze należała do zadań, które najczęściej wykonują roboty. Dla wielu zastosowań jest to już rozwiązanie optymalne i od lat wykorzystywane w produkcji seryjnej. Najbardziej znanym przykładem jest karoseria samochodowa, którą podnoszą urządzenia w stanie surowym. Jednak w wielu innych środowiskach rośnie zapotrzebowanie na automatyzację z robotyką. Do nich należą laboratoria w branży nauk o życiu i farmaceutycznej.

W środowisku laboratoryjnym występuje wiele nieergonomicznych, powtarzalnych i monotonicznych zadań, które są mało atrakcyjne dla pracowników. Dodatkowo operatorzy laboratoriów muszą najpierw znaleźć wykwalifikowanych pracowników naukowych. Robotyka może pomóc odciążyć dostępnych specjalistów, aby mogli oni skupić się na bardziej wartościowych działaniach. Ponadto w laboratoriach wymagana jest efektywna, powtarzalna i bezpieczna w procesie praca oraz nieprzerwana i bezbłędna dokumentacja, do czego robotyka również jest doskonała. Jeśli rozwiązanie robotyczne jest jeszcze modułowe, może sprostać elastycznym wymaganiom tego złożonego środowiska.

Roboty obsługują węże

Przykładowy rozwój w zakresie zautomatyzowanej obsługi testów sterylności jako element kontroli jakości w produkcji leków powstał w ramach dwóch projektów Fraunhofer IPA we współpracy z SKAN. Podczas pierwszej współpracy chodziło o sprawdzenie podstawowej wykonalności, natomiast w kolejnym kroku powstało prototypowe rozwiązanie, które zostało już zarejestrowane jako patent. W tym przypadku dwa roboty przemysłowe, których ruchy są pół-synchronizowane, wykonują testy sterylności z opakowania, rozpoznają i chwytają wąż oraz wkładają go do pompy perystaltycznej. Komórka robotyczna odpowiada wymiarom typowego sterylizatora w SKAN.

Wyzwanie stanowi fakt, że węże są giętkie i trudne w obsłudze. Dodatkowo istnieje ryzyko, że mogą się zaplątać. Jednak w ramach studium wykonalności zespół deweloperski mógł wykazać, że prototyp działa niezawodnie i bezpiecznie w procesie.

Ogólnie rzecz biorąc, robotyczne zastosowania w laboratoriach muszą być dostosowane do wymagań tego środowiska. Wspomniane giętkie elementy, takie jak węże czy torby, są typowymi obiektami, z którymi robot musi sobie poradzić, korzystając z odpowiedniego planowania trajektorii i technik chwytania. Ponadto obowiązują surowe wymogi dotyczące sterylności lub procesów czyszczenia w środowisku produkcyjnym, jak np. „Dobra Praktyka Wytwarzania” (GMP). Co więcej, środowisko laboratoryjne i farmaceutyczne jest ogólnie bardzo regulowane, dlatego stosowane procesy i systemy muszą działać niezawodnie.

Ekspertyza w zakresie automatyzacji i procesów laboratoryjnych

W rozwój tej aplikacji zaangażowana była obszerna wiedza na temat skomplikowanych rozwiązań montażowych, demontażowych i obsługowych, a także około 50-letnie doświadczenie w badaniach wykonalności związanych z automatyzacją. Badania te obejmowały od koncepcji, przez budowę narzędzi i urządzeń dostosowanych do klienta, aż po budowę i ocenę aplikacji robotycznej oraz jej wdrożenie w małej serii. W ramach współpracy z firmą SKAN, eksperci z wyspecjalizowanych działów robotów i systemów wspomagających, automatyzacji laboratoriów oraz technologii produkcji biopreparatów współpracowali interdyscyplinarnie, aby wnieść odpowiednią wiedzę branżową do rozwoju aplikacji. Obecnie SKAN planuje rozwijać prototyp w kierunku produktu seryjnego przy pomocy integratora systemów lub producenta urządzeń. Fraunhofer IPA może dalej wspierać ten transfer technologii na szeroką skalę.