LABO: Sie bieten eine Plattform für Labore, mit der verschiedene Abläufe automatisiert werden können. Könnten Sie ein Beispiel für einen kompletten Ablauf beschreiben, den die Plattform LaboratorySYS übernehmen könnte?

Lambrecht: Ja, ein Betriebsablauf für die automatisierte Probenvorbereitung für NMR-Spektroskopie würde zum Beispiel so aussehen: Im NMR-Labor treffen Materialproben verschiedener Kunden in unterschiedlichsten Gefäßformen ein und müssen für eine standardisierte Spektroskopiehalterung vorbereitet werden. Mit „LaboratorySYS“ haben wir ein System entwickelt, das die Probenvorbereitung in den folgenden Schritten automatisiert: Für die automatische Handhabung von nahezu beliebigen Gefäßen hinsichtlich Größe, Form und Farbe verfügt LaboratorySYS über kollaborative Roboterarme (Cobots), die sechs Freiheitsgerade, also sechs unabhängig voneinander bewegliche Gelenke, haben. Die Cobots sind mithilfe von Kameras und KI-Modellen in der Lage, die Gefäße flexibel im Arbeitsraum zu lokalisieren und zu greifen. Die eingesetzten Kameras ermöglichen parallel einen Identifikationsscan des Gefäßes durch visuelle Erfassung und Auswertung von Barcodes, QR-Codes oder aufgedrucktem Text.

Ein optisches System unterstützt durch Künstliche Intelligenz erfasst Behälterform, -position und Probeninformationen auf dem Behälteretikett. © Gestalt Robotics

Durch die flexible Bewegungsführung der Kameras sind zudem Inspektionen oder Prüfungen von beliebigen Seiten und Winkeln möglich. Individuelle KI-Modelle von Anwendern zur Qualitätsprüfung sind einfach integrierbar und kundenspezifische Kontroll- und Messaufgaben setzen wir zudem gerne um. 

Welche weiteren Komponenten sind Teil des Systems?

Im Zuge verschiedener mechatronischer Prozessschritte setzen wir auf die Zusammenarbeit mit geprüften Zulieferern für Sonderaufbauten. Beispiele für integrierte Komponenten sind Labeldrucker, ein Multi-Lösungsmittel-Dosimat, Probenschubladen-Magazinsysteme, sicherheitskompatible Einzelprobenzuspeisungen und digital vernetzte Weitergabeschleusen für Glasphiolen.

Ist die Einbindung weiterer Laborgeräte möglich? Und inwiefern ist das System erweiterbar? Könnten auch weitere Roboterarme für bestimmte Tätigkeiten eingebunden werden?

Grundlegend kann Kommunikation mit weiteren Laborgeräten über diverse Standardprotokolle nahtlos realisiert werden. Bei Bedarf setzen wir zudem individuelle Software-Schnittstellen (beispielsweise REST) zur externen Kommunikation um. Die Modularität besteht auf Software und Hardware-Ebene, dazu gehört auch die Einbindung weiterer Roboterarme sowie deren kollisionsfreie Bahnplanung.

Wie funktioniert die Vorgabe der genauen Abläufe durch den Labormitarbeitenden? Wie aufwendig ist die Schulung?

Arbeitsabläufe werden innerhalb von LaboratorySYS als sogenannte Workflows definiert. Workflows bestehen aus einer frei definierbaren Abfolge von Teilaufgaben oder Skills mit Möglichkeiten zur logischen Verzweigung. Teilaufgaben und Skills lassen sich ohne Programmierkenntnisse aus parametrierbaren Modul-Templates zusammenstellen. Für Labormitarbeitende erfolgt in der Regel eine halbtägige Schulung, die primär eine begleitende Nutzung des Systems beinhaltet, um das Vertrauen in das System zu gewährleisten.

Zur Flexibilität: Kann man einfach zwischen verschiedenen Arbeitsabläufen, die im System vorgegeben wurden, wechseln? Das wäre ja gerade für Forschungslabore von Bedeutung.

Zwischen verschiedenen Workflows lässt sich wechseln, auch eine Kombination von Workflows ist möglich. Zusätzlich erfolgt eine grafische Visualisierung der Workflows und des aktuellen Systemzustands in Form von Ablaufdiagrammen. In Zukunft sind Drag-&-Drop-Funktionen geplant, mit denen sich die Workflows auch hochdynamisch per Klick anpassen lassen.

Die Plattform „LaboratorySYS“ kann zahlreiche Standardprozesse im Labor übernehmen. © Gestalt Robotics

Alle Prozessschritte und Ergebnisse sowie Abweichungen werden ja digital dokumentiert. Kann das System an jedes laboreigene Dokumentationssystem (LIMS) angebunden werden?

LIMS bieten firmenübergreifend keine Standards und benötigen somit immer eine Anpassung an den Datentransfer. Grundsätzlich dokumentiert LaboratorySYS intern durchgehend in einer neutralen Repräsentationsform. Wir sind mit unserer Erfahrung in der Schnittstellenerstellung immer in der Lage, die Anforderungen von Anwenderseite rasch und effektiv umzusetzen, so dass LaboratorySYS in direkter Kommunikation mit dem Rest des Labors und dem individuellen LIMS stehen kann.

Ist eine Einhausung erforderlich?

Die Notwendigkeit der Einhausung ergibt sich aus den Sicherheitsanforderungen der Labore und wurde bis jetzt immer angefordert. Dies geschieht physisch mittels Aluminiumprofilen und schlagsicheren Makrolonfenstern, oder mittels Laserschranken, die einen Not-Halt auslösen, wenn unerwarteter Eingriff entdeckt wird und zum Schutz vom Personal alles gestoppt werden muss.

Sind anwenderspezifische Konfigurationen möglich? Konzipieren Sie das System auch für spezielle Anwendungen im Kundenauftrag?

Das System ist jetzt schon bedingt von der individuellen Anforderungsanalyse vom Kunden und wird immer angepasst, da keine zwei Labore anwenderübergreifend identisch arbeiten. Wir verstehen es außerdem als unsere Aufgabe bei Gestalt Robotics, unsere Kunden von der ersten Projektskizze bis zur fertigen Lösung zu begleiten. Daher identifizieren wir mit den Anwendern und Entscheidern der Laborautomation zunächst die erforderlichen Systemvoraussetzungen in Workshops oder Konzeptionsprojekten und kümmern uns danach um die Umsetzung bzw. Anpassung des Basissystems.

Vielen Dank für das Interview.

Die Fragen stellte Dr. Barbara Schick.