Pausenlos präzise

Autorin Marion Annutsch Marketing/PR/Communications, Yaskawa Europe

Aus der Industrie sind Roboter schon seit Langem nicht mehr wegzudenken. Doch auch in Laborumgebungen hält die Automation jetzt Einzug. In Japan, dem Mutterland der Robotik, setzt man in der Pharmaforschung und -entwicklung schon seit einigen Jahren auf speziell für den Einsatz im Labor konzipierte Roboter. Mit Erfolg: Vergleichende Studien aus der japanischen Biomedizin beweisen, dass die Qualität und Reproduzierbarkeit der Arbeitsergebnisse eines Roboters im Vergleich mit Laborassistenten nicht nur deutlich besser sind, sondern sogar ganz neue Voraussetzungen für die Forschung an Ausgangssubstanzen schafft, deren Erzeugung bisher nicht ausreichend prozesssicher oder reproduzierbar möglich war.

Welches Potenzial in der Laborautomatisierung steckt, demonstrierte der Roboterhersteller Yaskawa auf der Analytica 2014 mit dem Dual-Arm-Roboter CSDA10F. Der menschenähnliche Roboter, der in München erstmals öffentlich in Europa zu sehen war, erstaunte das Fachpublikum mit seinen Fähigkeiten. In einer Live-Demozelle übernahm er komplexe Probenvorbereitungen und bediente Analysegeräte. Der zweiarmige Roboter ist dank multifunktionaler Werkzeuge und Greifer ausgesprochen vielseitig einsetzbar. Er arbeitet mit nahezu jeder vorhandenen Standardlaborausrüstung und ist in der Lage, mit herkömmlichen Analysegeräten umzugehen, wie sie von Handarbeitsplätzen her bekannt sind: z. B. Petrischalen, Handpipettierern, Inkubatoren oder Reaktionsgefäßen. Automatische Analytikgeräte mit spezialisierten Liquid-Handling-Systemen und teurem Verbrauchsmaterial sind dabei nicht notwendig. Im Labor kann der Roboter eine Vielzahl von Aufgaben übernehmen, die bisher dem Menschen vorbehalten schienen, wie die Bedienung von Zentrifugen oder Rütteleinheiten, das Öffnen und Schließen von Türen an Inkubatoren, Kühlschränken oder Öfen; das Einstellen und Herausnehmen von Proben sowie das Öffnen, Befüllen und Schließen von Safe-Lock- und Bechergläsern oder das Verteilen und Streichen von Flüssigkeiten mit Spateln. Der CSDA10F eignet sich sehr gut für standardisierte Testabläufe. Auch in der Verfahrensentwicklung, z. B. zur Definition, Absicherung und Optimierung von Prozessschritten vor dem Upscaling des Durchsatzes einer automatisierten Produktion, ist der Dual-Arm-Roboter CSDA10F daher eine interessante Lösung. In ersten Installationen ist er in Japan bereits in der Biomedizin-Synthese (Cancer Drug Development) und in der chemischen Analytik (Probenaufbereitung) im Einsatz.

Der CSDA10F basiert auf einem Roboter, der sich in der Industrieautomation bereits bewährt hat. In dieser neuen Variante wurde er speziell für die Hygieneanforderungen im Laborbereich ausgelegt. Er ist im abwaschbaren Hygienic Design konstruiert – auch eine H2O2-Sterilisation ist möglich – und verfügt über eine integrierte Installation innerhalb der Roboterarme. Entsprechend ist er reinraumzertifiziert nach ISO 14644-1.

Das Einsatzspektrum des Roboters ist dank seiner hohen Flexibilität breit gefächert – er kann schnell und einfach völlig neue Arbeitsabläufe hinzulernen. Viele typische Bewegungen (Pipettieren, „Eppi“ öffnen/schließen, Mikrotiterplatte handhaben, Inkubator öffnen/schließen, Schraubverschlüsse von Flaschen öffnen/schließen) wurden typisiert und als Module in einer Bewegungsbibliothek hinterlegt. Die Schnittstelle Mensch/Roboter ist über ein Touchpanel realisiert und visualisiert. Der Bediener komponiert und parametriert mithilfe einer übergeordneten Scheduling-Software lediglich die einzelnen Prozessschritte seiner gewünschten Arbeitsfolge. Noch mehr Flexibilität verspricht der BMDA3, der als Studie auf der Robotik-Fachmesse Automatica 2014 am Yaskawa-Stand zu sehen war: Der Dual-Arm-Roboter ist auf einer mobilen Plattform installiert und hat damit einen noch größeren Aktionsradius als der CSDA10F.

Für den CSDA10F wurde die Yaskawa Europe GmbH von der Senetics Healthcare Group mit dem Innovation Award 2014 ausgezeichnet. Eine Jury aus fachkundigen Experten der Healthcare-Branche hatte Yaskawa mit seinem menschenähnlichen Roboter als Preisträger in der Kategorie „Innovativste Produktidee oder Patent“ unter 243 Bewerbungen aus Unternehmen oder Forschungseinrichtungen ausgewählt.

Neben dem großen zweiarmigen Bruder können auch kleinere Robotermodelle einen wertvollen Beitrag zur Laborautomation leisten. So bietet Yaskawa mit dem Motoman MH3BM einen 6-Achsroboter, der speziell für Applikationen im Labor- und Reinraumbereich, wie zum Beispiel in der Biotechnologie, konzipiert wurde. Durch die Zulassung für den Einsatz in der Reinraumklasse ISO5D kann er überall dort genutzt werden, wo besondere Hygienevorschriften gelten: Bei der Entwicklung neuer Medikamente ebenso wie bei der Probenverarbeitung oder für pharmazeutische Dosierapplikationen. Der leistungsstarke Roboter handhabt Lasten bis zu 3 kg mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,03 mm. Beste Voraussetzungen für das Handling von Kleinteilen oder Anwendungen zur Überwachung, Prüfung und Forschung in Labors. Bei der Konstruktion wurde konsequent auf kompaktes Design geachtet: Die Montagefläche von lediglich 170 mm erlaubt eine Installation auf engstem Raum. Dabei besteht die Wahlmöglichkeit zwischen Boden-, Wand- oder Deckeninstallation. Der maximale Arbeitsbereich ist mit 160 ° in beide Richtungen dagegen großzügig ausgelegt. Der MH3BM wird mit der Kompaktsteuerung Motoman FS100 von Yaskawa betrieben. Die offene Architektur- und Programmierumgebung der Steuerung unterstützt Schnittstellen wie MotoPlus und MotomanSync, wodurch die Einbindung in alle Anlagen ermöglicht wird. Zudem ist die synchrone Bearbeitung durch mehrere Roboter möglich.

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