Roboter im Laboreinsatz

Von Insellösung bis systemintegrierter Robotik

Roboter können Teil einer komplexen Automatisierungslösung sein. Im Milchlabor Weser Ems übernimmt ein Roboter Vorgänge zur Probenvorbereitung und Probenbereitstellung.

Die Einsatzmöglichkeiten von Robotern im Labor sind vielfältig. Sie agieren längst nicht mehr in einer Insellösung, sondern können Teil einer komplexen Automatisierungslösung sein. Durch die Integration ins Labornetzwerk wird die Kommunikation zwischen Robotik, Analytik und Laborinformationsmanagementsystem möglich.

Automatisierung mit Robotik im Milchlabor Weser Ems. © Landeskontrollverband Weser Ems e.V.

Viele Tätigkeiten im Labor sind zeitintensiv und wiederholen sich häufig. Darüber hinaus fordern die Abläufe eine hohe Genauigkeit, um reproduzierbare Analyseergebnisse zu erzielen. Genau für solche Vorgänge bietet sich der Einsatz von Robotik an. Es bieten sich dadurch viele Vorteile:

  • Reduzierung laufender Kosten im Labor
  • Unterstützt im Hinblick auf Fachkräftemangel
  • Entlastung der Mitarbeiter, da eintönige Tätigkeiten entfallen
  • Verbesserung im Hinblick auf Arbeitsergonomie, da eine körperlich belastende Tätigkeit nicht mehr durch Mitarbeiter ausgeführt wird
  • Labormitarbeiter haben Zeit für andere wichtige Arbeitsschritte
  • Reproduzierbarkeit der Ergebnisse durch maschinelle Genauigkeit
  • Optimierung von Arbeitsabläufen im Hinblick auf Produktivität und Präzision möglich.
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Der Einsatz eines Laborroboters lohnt sich nicht nur bei einem hohen Probenaufkommen. Durch die hohe Flexibilität eines Roboters ist es möglich, dass dieser verschiedene Tätigkeiten ausführt. Ein Roboter im Labor kann zum Beispiel am Vormittag ein Untersuchungsgerät mit Proben bestücken und am Nachmittag eine Pick-and-Place-Tätigkeit vornehmen. Dabei arbeitet der Roboter häufig nicht in einer Insellösung, sondern agiert im Labor mit anderen Geräten und Datenbanken. Beim Unternehmen LuWe Solutions entwickeln Spezialisten maßgeschneiderte Laborautomatisierungslösungen mittels Robotik. Durch die Integration der Robotik im Netzwerk des Labors entstehen neben der deutlichen Reduktion an manuellem Dokumentationsaufwand im Labor zudem neue Möglichkeiten, wie das folgende Beispiel zeigt.

Das Milchlabor Weser Ems eG ist ein akkreditiertes Labor nach der Rohmilchgüteverordnung und untersucht jährlich ca. 5,5 Mio. Milchproben. Täglich werden im Milchlabor in Leer (Ostfriesland) bis zu 20 000 Milchproben angeliefert. Diese Milchproben müssen auf ihre Qualitätsmerkmale untersucht werden. Dafür stehen fünf moderne Analysegeräte zur Verfügung, die mittels Laser- und Infrarottechnologie jeweils bis zu 600 Proben je Stunde untersuchen.

Der Industrieroboter übernimmt Tätigkeiten zur Probenvorbereitung: Er setzt die Milchproben in ein Wasserbad, entnimmt dann die erwärmten Proben und schüttelt sie zwecks Homogenisierung. © LuWe Solutions

Die untersuchten Parameter sind auch Grundlage für die Bezahlung der Anlieferungsmilch der Milcherzeuger durch die Molkereien sowie ein betriebswirtschaftliches Hilfsmittel für das Management und die Fütterung der Milchviehherden in den Betrieben. Des Weiteren liefern die Parameter der Milch Gesundheitsmerkmale der Tiere, die wichtige Informationen für die milchwirtschaftlichen Betriebe und deren Herdenmanagement sind und eine Grundlage für die Herdbuchzucht bilden. Um den steigenden Kosten in der Agrarwirtschaft entgegenzuwirken und das Dienstleistungs- angebot für die milchwirtschaftliche Betriebe zu erweitern, investiert das Milchlabor Weser Ems in die Automatisierung ihrer Prozesse.

Geschäftsführer des Landeskontrollverbands Weser Ems: Dr. Ernst Bohlsen. © Landeskontrollverband Weser Ems e.V.

„Uns war es wichtig, dass wir eine Automatisierungslösung finden, die perfekt zu unseren Abläufen und Anforderungen passt. Wir wollten eine Automatisierung, die sich unseren Bedürfnissen maximal anpasst und dabei auch die Folgekosten wie z. B. Transportmedien der Proben etc. im Blick hat. Des Weiteren war uns wichtig, zukünftig die Möglichkeit zu haben, neue Untersuchungsmethoden durch ein Ausschleusen von Proben zu implementieren“, so Dr. Ernst Bohlsen, Geschäftsführer des Landes-kontrollverband Weser Ems e.V. Dabei müssen nicht nur jede Menge Arbeitsschritte genau befolgt werden, um die Qualität der Untersuchungsergebnisse zu gewährleisten, es fallen auch viele Daten an. „Das Labor der Zukunft muss mit vernetzten Geräten arbeiten und Abläufe automatisieren, um hier Fehler zu vermeiden“, so Dr. Ernst Bohlsen. Ingenieure aus dem Unternehmen Luwe Solutions realisierten dies mit der robotergestützten Automatisierung White Motion. Das zentrale Element in dieser Automatisierungsanlage ist ein Industrieroboter, der nach dem Probeneingang die Milchproben in ein Wasserbad setzt, um diese zu erwärmen. Nach dem Erwärmen werden die Proben mit dem Roboter entnommen, durch Schütteln homogenisiert und mittels eines patentierten Verfahrens geöffnet. Nach dem Öffnen der Probenbehälter werden die registrierten Milchproben dem Analysegerät zugeführt.

Umsetzen von Milchproben. © LuWe Solutions

Nach der Analyse kann das System White Motion die Proben mit dem Roboter sortieren, so dass auch weitere nachgelagerte Untersuchungen, wie z. B. Trächtigkeitsuntersuchungen erfolgen können. Bei der Konzeptionierung und der Umsetzung der Entwicklung war es wichtig, dass sich die Automatisierung an die bestehende Umgebung anpasst. So können z. B. die Probenflaschen und Transportbehälter weiterverwendet werden, so dass die Abläufe außerhalb des Labors nicht verändert und Kosten gespart werden – auch ein Beitrag zur Nachhaltigkeit.

Dieses Projekt zeigt, dass Robotik keine Insellösung sein muss: Hier wurde die Automatisierung White Motion auf Wunsch des Anwenders in das bestehende Netzwerk des Labors integriert und das Datenmanagement weiter ausgebaut. So kann zukünftig neben statistischen Auswertungen auch unmittelbar auf Untersuchungsergebnisse reagiert werden. Werden z. B. bestimmte Ergebnisparameter bei der Untersuchung überschritten (z. B. der somatische Zellgehalt der Milch), so reagiert das System White Motion umgehend und sortiert diese Proben für weitere detaillierte Nachuntersuchungen aus. Die beschriebene Robotik-Lösung zeigt, wie ein Roboter in die Abläufe des Anwenders eingebunden werden kann und wie darüber hinaus eine Integration ins Labor-eigene Netzwerk zum Beispiel genutzt werden kann.

Die Geschäftsführer der Luwe Solutions GmbH: Jens Wessels (li.) und Harald Lücht (re.). © LuWe Solutions

„Wir denken, dass sich das Labor in absehbarer Zeit verändert und dass zukünftig mehr Robotik in den Laboren Mitarbeitern bei ihrer täglichen Arbeit unterstützt“, gibt Luwe-Solutions-Geschäftsführer Jens Wessels einen Ausblick. „Der Fachkräftemangel, die Risikominimierung (Stichwort: Corona) und die Reproduzierbarkeit der Untersuchungen beschleunigen diesen Prozess. Zudem kommt es durch den Einsatz von automatisierten Prozessen zu einer deutlichen Vereinfachung hinsichtlich der Dokumentation für die Akkreditierung der Labore.“

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

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