Firma: bAhead GmbH
Branche: Labore, F&E-Einrichtungen, Medizin- und Pharmaindustrie, Testzentren (Medizin)

Eingesetzte DENSO-Produkte: Cobotta

Firmenstandort: Deutschland
Website: www.bahead.de

HERAUSFORDERUNG

Moderne Test- und Produktlabore sind ein entscheidender Faktor für die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit ebenso wie für die Gesundheit einer Gesellschaft – das hat uns die Covid-19 Pandemie auf dramatische Weise gezeigt. Doch unsere Labore stoßen an ihre technologischen Grenzen: In F&E-Laboren steigen Aufwand und Kosten für die nächste Innovation kontinuierlich, während z.B. medizinische Testlabore seit Jahren unter Fachkräftemangel leiden – allein in Deutschland sind derzeit rund 3.000 MTA-Stellen unbesetzt –, sowie dem Kostendruck im europäischen Wettbewerb standhalten müssen. Und seit Beginn der Covid-19 Pandemie sind die Personal- wie Technikkapazitäten vieler Labore überlastet.

Gerade bei standardisierten Verfahren bieten sich (teil)automatisierte Lösungen an, die bislang vor allem in der Startphase sehr kostenintensiv, aufwändig in der Programmierung und schwerfällig in der Integration sind, dazu wenig flexibel und an bestimmte Systeme gebunden waren. Roboterbasierte Applikationen sind dabei nur separiert und eingehaust möglich gewesen – Arbeitsprozesse, Bedienung und Logistik in der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) wurden so erschwert.

LÖSUNG

Seit wenigen Jahren eröffnet die Integration von Cobots ganz neue Perspektiven für die roboterbasierte Automation in Laboren: So sind Cobot-Kompaktroboter wie der COBOTTA von DENSO Robotics speziell für die sichere und enge Zusammenarbeit mit dem Menschen ausgelegt. Sie kommen ohne Schutzzelle und umständliche Programmierung aus und rechnen sich wirtschaftlich auch für mittelständische Unternehmen, die Anschaffung amortisiert sich meist in wenigen Monaten. Entsprechend stieg der Anteil an Cobots im gesamten Robotermarkt weltweit 2019 um ganze elf Prozent.

Der COBOTTA steht im Zentrum eines neuen Laborkonzeptes, dem „Futurelab“: Das Projekt wird von dem Hamburger Unternehmen bAhead GmbH entwickelt, einem vor drei Jahren gegründeten Start-up, das mit der IAV Automotive Engineering und DENSO Robotics zwei starke Industriepartner überzeugen konnte. Das „Futurelab“ bietet für Life Science, Biotech und Medtech-Labore eine hocheffektive, flexible und sehr kosteneffiziente Laborautomatisierung, die sich auch auf Umwelt-, Lebensmittel- und Industrielabore übertragen lässt. 

„Wir kombinieren erstmals im Laborbereich drei disruptive Technologien miteinander – kollaborative Roboter, Drohnen sowie Künstliche Intelligenz. Alle Bestandteile des Systems sind kosteneffizient, multifunktional und genau aufeinander abgestimmt und zentral koordiniert über Schwarmintelligenz“, erklärt bAhead-Gründer und CEO Rainer Treptow. „Dadurch entsteht eine ganz andere Dynamik als bei einer herkömmlichen Laborautomatisierung, vor allem für Labore, die trotz kleiner Probenzahlen automatisieren müssen.“ 

Die Zentrale dieser drei Technologien ist der COBOTTA, der im Labor unterschiedlichste Aufgaben wahrnimmt. Eine am Arm montierte Autofokus-Kamera erkennt Positionen und Veränderungen, z. B. von Mischern oder Rotoren und lassen sich über KI nachsteuern. Das macht den Roboter zum Multitalent – vom intelligenten Pick&Place und Öffnen bzw. Schließen von Gefäßen über die Gerätebedienung bis hin zur Ablesung von z.B. Displays, Barcodes und die Datendigitalisierung bzw. -übertragung. Doch der entscheidende Vorteil des COBOTTA ist seine zentrale Funktion für die unkomplizierte Vernetzung der Geräte im Labor. Der Roboter macht die aufwändige Schnittstellen- Programmierung überflüssig, so dass bereits im Labor vorhandenes, bewährtes Equipment weiter verwendet werden kann – das spart Kosten und Zeit. 

„Wir haben uns nach einem genauen Produktvergleich für den COBOTTA entschieden, weil dieser die beste Kombination für eine rundum sichere MRK-Lösung bietet“, berichtet Rainer Treptow. „Überzeugt haben uns die offene Plattform, die einfache Bedienbarkeit, die funktionale Sicherheit mit einem inhärent sicheren Design, die TÜV-Zertifizierung und schließlich die gute Qualität und der so wertvolle DENSO Robotics Support.“ Entscheidend für die Anwendung waren ferner technischen Parameter wie Geschwindigkeit hohe Wiederholgenauigkeit sowie das geringe Eigengewicht von nur 4 kg bei einer Traglastfähigkeit von bis zu 500g. 

Der Roboter kann z.B. eine Mikrotiterplatte – ein Standardprobenformat zur Untersuchung biologischer Eigenschaften von Proben –, mit 96 Wells (kleine Gefäße für die Proben) mit einer Geschwindigkeit von nur 50 Sekunden je Well auf 5/100 mm genau anfahren und jeweils in ein Well eintauchen, ein ausgezeichneter Wert, erklärt Rainer Treptow. 

Ein Schienensystem macht den COBOTTA im Labor mobil an verschiedenen Arbeitsplätzen einsetzbar und erweitert zugleich den Aktionsradius des Roboters – auf den Arbeitstischen und in der Höhe, denn die meisten Anwendungen befinden sich ca. 10 cm über den Arbeitsflächen oder erfordern ein Hineingreifen, z.B. wenn der Roboterarm in eine Zentrifuge greifen muss. Das Rail System erweitert so das Leistungsspektrum des Labors und erhöht die Effizienz: Der Roboter kann in wenigen Minuten an verschiedenen Arbeitsplätzen eine jeweils andere Aufgabe übernehmen und bringt so gerade in der Startphase einer Laborautomation einen hohen Mehrfachnutzen und eine deutliche Kostenersparnis. 

Zur intelligenten Logistik gehört ferner das „Tower-Hotel“, ein kosteneffizientes, multifunktionales und vollautomatisches Hochregallager, das die „short range“

Aufgaben des COBOTTA an den Arbeitsplätzen mit der „long range“-Logistik im Labor verbindet. Hier können standardisierte Container unterschiedlichste Inhalte aufnehmen, z. B. Consumables (Laborverbrauchsmaterialien), Proben oder Reagenzien (chemische Stoffe, die bei Kontakt mit anderen Stoffen eine spezifische Reaktion zeigen). Die Container bieten Platz für je 4-5 MTPs, die ein COBOTTA dank Multigripper (mehrere Greifer in einem) und Custom Trays problemlos greifen kann.

Die Drohnentechnologie ist die zweite Technologie für das „Futurelab“. Die Drohnen übernehmen die Laborlogistik; dank Multisensorsystem und Kameras ermöglichen diese eine punktgenaue Indoor-Navigation, Schwarmsteuerung und millimetergenaue Landung auf der Landeplattform des Tower-Hotels, die auch als Ladestation dient.

Die dritte und zentrale Technologie im Einsatz ist Künstliche Intelligenz: als „Gehirn“ des Labors fungiert ein KI-basiertes, zentrales Steuerungssystem, das alle Prozesse, d.h. Geräte, Drohnen, Tower-Hotel und COBOTTA, versteht und ggf. über KI oder Schwarmintelligenz steuert. Die Arbeitsabläufe werden über ein Endgerät wie etwa Tablet oder Laptop, geplant, gestartet und überwacht. Die Systemsteuerung dokumentiert jeden Schritt und ermöglicht so ein datenbasiertes Qualitätsmanagement. Hinzu kommt eine Anbindung an eine Cloud, u.a. ausgestattet mit einer Open Source Datenbank für COBOTTA-Programmmodule, Geräte und Consumables, auf die Nutzer Zugriff haben: Langfristig entsteht so ein sich selbst optimierendes System mit einer wertvollen Wissensdatenbank.