Probenmanagement in der Futtermittelanalytik

Robotik im Labor – mehr als nur ein Hingucker

Um die Leistungsfähigkeit von Laboren zu steigern, werden derzeit immer mehr Roboter in Labore integriert. So übernimmt jetzt ein Robotersystem beim Landeskontrollverband Berlin-Brandenburg die Probenzuführung für die Analyse von Futtermitteln.

Bild 1: Das System „Green Motion“ zur automatischen Probenzuführung basiert auf Industriekomponenten. © LKV Berlin-Brandenburg

Ein Roboter entlastet die Mitarbeiter, gerade bei sich wiederholenden Tätigkeiten, so dass sich die Fachkräfte mehr um andere Bereiche rund um die Analytik kümmern können. Doch der Roboter steht nicht allein da, sondern wird in das gesamte Labornetzwerk integriert. Durch seine Schnittstellen zum Analysegerät und dem LIMS ist er ein Teil der gesamten Wertschöpfungskette. So können Effektivität und auch Wirtschaftlichkeit im Labor gesteigert und auch der Dokumentationsaufwand weiter reduziert werden. Mit stoischer Ausdauer und hoher Präzision übernimmt z. B. ein Roboter die Probenbereitstellung für spezielle Analysen im Futtermittellabor beim Landeskontrollverband Berlin-Brandenburg eV: Er greift Küvetten, scannt diese und führt sie dem NIRS-Analysegerät zu.

Bild 2: Die Küvetten werden in Magazinen gestapelt. Das Robotersystem entnimmt jeweils eine Küvette mit der zu analysierenden Probe, um sie in das Analysegerät zu überführen. Nach erfolgter Analyse werden die entsprechenden Proben in Magazine im Bereich für fertige Proben gesetzt. © LKV Berlin-Brandenburg

Der LKV Berlin-Brandenburg bietet als unabhängiger und neutraler Verband zahlreiche Dienstleistungen für Untersuchungen in verschiedenen Bereichen der Landwirtschaft. Seit der Gründung 1990 wurden Analysenspektrum und Dienstleistungsangebot gemäß den wachsenden Anforderungen seiner Mitglieder, insbesondere der Milcherzeuger, Molkereien und Mischfutterwerken, entwickelt und erweitert. Auch Universitäten und Forschungsanstalten nutzen das Analysespektrum des Verbandes. Seit dem Frühjahr 2022 werden bei dem Landeskontrollverband die Untersuchungen mittels Nahinfrarotspektroskopie im Futtermittellabor vollautomatisch durchgeführt. Die bei LuWe Solutions entwickelte Roboterlösung „Green Motion“ übernimmt die Zuführung der Proben zum NIRS-Analysegerät (Bild 1) und entlastet dadurch das Labor maßgeblich. Die Proben, z. B. von Silagen und Mischfuttermitteln, werden vor allem für landwirtschaftliche Betriebe, aber auch für Privatunternehmen und -personen, im Rahmen von Forschungsprojekten und Sortenversuchen auf wertgebende und wertmindernde Inhaltsstoffe untersucht.

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Ablauf – der Weg der Proben

Bevor die Proben analysiert werden, müssen sie entsprechend vorbereitet sein. Sie werden getrocknet, gemahlen und anschließend in Küvetten gefüllt. Anschließend werden jede Küvette und die Labor-Probennummer mit einem Handscanner gescannt und die Daten miteinander verknüpft. Dann werden die Küvetten in Magazine gestapelt. Die Magazine mit je zwölf Küvetten werden anschließend manuell in das System Green Motion eingesetzt (Bild 2). Es können je nach Konfiguration bis zu 130 zu analysierende Proben gepuffert werden, so dass eine „Walk away time“ von mehr als zwei Stunden möglich ist, in der Mitarbeitende sich dann anderen Aufgaben widmen können.

Bild 3: Die Küvetten mit der zu untersuchenden Futtermittelprobe werden in das NIRS-Analysegerät überführt. © LKV Berlin-Brandenburg

Nach dem Start des „Green Motion“-Systems werden alle Magazinstellplätze in der Anlage gescannt. Damit verschafft sich das System sozusagen einen Überblick über die Anzahl der zu untersuchenden Proben, eine manuelle Eingabe ist somit nicht notwendig. Dann beginnt die automatische Zuführung der gefüllten Küvetten in das NIRS-Analysegerät (Bild 3).

Bild 4: Für die Küvetten gibt es verschiedene Ablagebereiche vor dem Analysegerät. Pufferbereiche: Auf der Position „Eingang“ wird jeweils die nächste zu analysierende Probe bereitgestellt und ihr Datamatrixcode gescannt. Bei „Ausgang“ wird die analysierte Probe abgelegt, während die nächste in das Analysegerät gesetzt wird. © LKV Berlin-Brandenburg

Die eindeutige Zuordnung erfolgt auch hier mittels Scannen des Datamatrixcodes auf der Küvette. Nach der Analyse durch das NIRS-Analysegerät wird auch das Ergebnis mit der Probennummer verknüpft. Das Roboter-System entnimmt die untersuchte Probe aus dem NIRS-Analysegerät und stellt diese auf die Ausgangspuffer-Position, den Zwischenablagebereich für analysierte Proben. Dann überführt der Roboterarm die nächste Probe in das Analysegerät. Danach wird die zwischengelagerte Probe in ein Magazin im Bereich für fertige Proben überführt und die nächste zu analysierende Probe aus dem anderen Magazinbereich entnommen und für die Analyse bereitgestellt (Pufferbereiche s. Bild 4)

Bild 5: Robotersystem und NIRS-Analysegerät befinden sich in einer Einhausung. © LKV Berlin-Brandenburg

„Der Roboter arbeitet, während sich das Personal um die weiteren Analysen und die Auswertung der Ergebnisse kümmern kann“, so Stefan Schönrock, Qualitätsmanagementbeauftragter vom LKV Berlin-Brandenburg eV. Inzwischen ist das System Green Motion seit einigen Monaten im Bereich Futtermittelanalytik des Landeskontrollverbandes im Einsatz. Die Vorteile, die sich durch diese automatisierte Lösung für den gesamten Prozessablauf ergeben, beschreibt Schönrock so: „Mit dieser innovativen Zuführung kann zum einen Zeit des Laborpersonals eingespart werden und zum anderen werden mögliche Fehler bei der Eingabe vermieden. In der Vergangenheit wurden alle Daten manuell eingegeben. Man hat die Freiheit gewonnen, den Arbeitsplatz zu verlassen und nicht immer dabeizustehen oder immer wieder nachschauen zu müssen, wie weit das NIRS-Analysegerät mit der Messung vorangekommen ist. Es können im laufenden Prozess Magazine durch einfaches Öffnen der Tür nachgestellt werden. Den Rest erledigt die ‚Green Motion‘. Mit der neuen Anlage ist dieser Prozess sicher und schneller geworden. Die Messung von Kontrollproben erfolgt nach unseren Wünschen. Wir selbst bestimmen das Intervall der Kontrollprobenmessung. Das spart Ressourcen, sichert die Ergebnisse maximal ab und beschleunigt die Ergebnisbestimmung der Proben.“

Fazit

Die Laborlandschaft wandelt sich weiter, und das wird mit der Umsetzung solcher Projekte deutlich. Wo früher viele manuelle Schritte notwendig waren, können wir heutzutage Robotik im Labor mit der entsprechenden Softwareumgebung platzieren. Solche Projekte und die Implementierung der Systeme sollten stets in Kooperation mit den Labor-Mitarbeitenden erfolgen.

AUTOR
Harald Lücht
Geschäftsführer
LuWe Solutions GmbH, Zetel
Tel.: 04452/70783-0
info@luwe-solutions.de
www.luwe-solutions.de

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