Die Reinraumtauglichkeit unterschiedlicher Hersteller variiert jedoch deutlich

Roboter erobern die Medizintechnik

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Sie polieren künstliche Hüftgelenke, ziehen Spritzen auf und stehen am Ende selbst am Operationstisch: Roboter erobern immer neue Bereiche der Pharma- und Medizintechnik. Die Automatica bietet einen Überblick über das Leistungsspektrum der Automation in dieser Wachstumsbranche.

In welch rasantem Tempo die Automatisierungstechnik in sensible Produktionsbereiche der Pharma- und Medizintechnik Einzug hält, ist selbst für Brancheninsider überraschend. Dabei sind die Einstiegsvoraussetzungen für Anlagen, Komponenten und Roboter in dieser Champions League der Automation alles andere als einfach zu erfüllen. So müssen Montageanlagen für Medical Devices in den meisten Fällen anspruchsvolle Reinraumklassifizierungen erfüllen.

Welchen Aufwand dies im Einzelfall bedeutet und wie die Anlagenhersteller die Anforderungen in die Praxis umsetzen, zeigen Hersteller an den Messeständen der Automatica. Eine Hochleistungs-Montagelösung, die auf die Anforderungen in der Pharma- und Medizintechnikindustrie zugeschnitten ist, will Mikron Automation mit der neuesten Entwicklungsstufe der Mikron G05 präsentieren. Die neue G05 weist Verbesserungen in den Bereichen Ergonomie und Reinigung auf. Damit erfüllen die Anlagen die aktuellen GPM-Normen und Sicherheitsvorschriften.
Wie man Flexibilität in die Montageautomation bringt, demonstriert Sortimat Technology mit der neuen Montageplattform „Jetwing 2010“, die Montagen laut Herstellerangaben noch flexibler machen soll. Weiterer Vorteil: Bei der neuen Version sind zwischen acht und 48 Montagestationen anstelle der bisherigen zwölf Stationen möglich. Die Grenzen von der Halbautomation zur Vollautomation und von kleinen zu großen Stückzahlen werden damit fließend. Auf der Automatica wird der Jetwing 2010 in einer verketteten Anlage mit Clearliner und Reinraum-Transfersystem gezeigt.
Interessant verspricht auch der Besuch bei den Roboterherstellern zu werden. Anspruchsvolle Applikationen in der Medizin- und Pharmaindustrie sind mit Standardrobotern von der Stange kaum zu realisieren. Vielmehr zählen bei diesen Einsätzen Faktoren wie Reinraumtauglichkeit, leicht zu reinigende Spezialoberflächen und höchste Präzision.
Wer die Robotermodelle der Anbieter unter die Lupe nimmt, wird schnell feststellen: Die Reinraumtauglichkeit von Robotern unterschiedlicher Hersteller variiert deutlich. Der Grund dafür liegt in der unterschiedlichen Bauform der Roboter. Maschinen mit voll gekapseltem Aufbau, innen liegender Verkabelung und integrierter Antriebstechnik emittieren weniger Partikel als offene Konstruktionen und sind deshalb für Reinraumeinsätze besonders geeignet.
Einige Roboterhersteller und Forschungsinstitute haben sich bereits vor vielen Jahren auf Aufgabenstellungen in der Medizin- und Pharmabranche konzentriert und blicken heute auf jede Menge Erfahrung und Know-how zurück. Dies gilt gleichermaßen für den Bau von Robotern als auch für ganzheitliche Automatisierungslösungen.
An zwei Robotern, die in der Medizin- und Pharmaindustrie häufig eingesetzt werden, zeigt Stäubli Robotics, was derzeit technologisch möglich ist. Die Sechsachser TX 60 und TX 90 erfüllen in Super-Cleanroom-Ausführung die extrem hohen Anforderungen der Reinraumklasse ISO 2. Darüber hinaus sind beide Maschinen in sogenannter Stericlean-Ausführung verfügbar, was ihren Einsatz unter extremen Laborbedingungen ermöglicht.
„Wir dringen mit den Stericlean-Versionen in Bereiche vor, in denen der Einsatz von Robotern bis dato als unmöglich galt. Erstmals werden damit Sterilisations- und Dekontaminations-Prozesse automatisierbar, bei denen die Roboter dauerhaft einer dampfförmigen Wasserstoffperoxid-Umgebung ausgesetzt sind. Damit gelingt der entscheidende Durchbruch bei den Bemühungen zur Automatisierung solcher Prozesse“, verrät Dipl.-Ing. Manfred Hübschmann, Geschäftsführer Stäubli Robotics.
In weiteren Applikationen der Medizintechnik bewähren sich Stäubli-Roboter seit Jahren. Sei es bei der Zusammenstellung von toxischen Präparaten für Chemotherapien, bei der ein Sechsachser die einzelnen Bestandteile an Zytostatika hochgenau dosiert und flexibel abfüllt, oder bei der Herstellung medizintechnischer Produkte aus Kunststoff mit Spritzgießmaschinen. Das Teilespektrum ist dabei breit gefächert und reicht von Medikamentenzuführsystemen wie Spritzen, Infusionssets, Transfusions- und Dialyseequipment über Zentrifugen, Blutfilter, Inhalatoren, Diabetes-Care-Produkte bis hin zu Implantaten.
Dass man auch bei der Roboterschmiede Kuka längst nicht mehr nur auf Standard-Industrieapplikationen fokussiert, beweisen die Augsburger mit wegweisender Robotertechnologie für modernste Strahlentherapieverfahren. Gemeinsam mit Siemens Health Care ist es gelungen, ein hochpräzises Patienten-Positionierungssystem zu entwickeln, das im kürzlich eröffneten Heidelberger-Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT zum Einsatz kommt.
Bei der dort angewandten Therapie trifft ein Partikelstrahl aus Kohlenstoff-Ionen oder Protonen millimetergenau den Tumor des Patienten ohne das angrenzende Gewebe zu schädigen. Dank seiner sechs Freiheitsgrade kann der Kuka Roboter, der die Basis des Systems bildet, Patienten flexibel und präzise bewegen, was mit konventionellen Patiententischen nicht gelingt.
Bei der Patientenpositionierung bestand die Herausforderung vor allem darin, die notwendige Präzision und ein Höchstmaß an Sicherheit zu garantieren: „Dafür mussten wir eine ganze Reihe von Komponenten des Roboters anpassen. Aber es hat sich gelohnt; die Leistungsfähigkeit des Patienten-Positionierers ist bislang einzigartig“, berichtet Ralph Berke, Leiter des Bereichs Medizinrobotik bei Kuka Roboter. „Eine tonnenschwere Maschine bringt einen Patienten mit einer Genauigkeit im Submillimeter-Bereich in Stellung und kann bei Bedarf in Zehntel-Millimeter-Schritten die Position korrigieren. Damit setzen Siemens und Kuka Roboter einen neuen Standard.“
Aber auch in anderen Bereichen der Medizintechnik kommen Kuka Roboter seit Jahren erfolgreich zum Einsatz. So übernehmen zwei Sechsachser das vollautomatische Schleifen und Polieren von Implantaten. Dabei arbeiten die zwei Roboter beim Handling der Hüftprothesenschäfte quasi Hand in Hand. Der Hersteller Aesculap freut sich über gestiegene Produktivität sowie über reproduzierbare und einheitlich hohe Qualität.
Zwei Technologieprojekte aus dem Bereich Medizintechnik könnten sich zum Publikumsmagneten entwickeln. Das Institut für Robotik und Mechatronik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. zeigt das „DLR Herz“, das Patienten mit schwerer Herzinsuffizienz eine echte Alternative zur Herztransplantation bietet. Patienten sollen bei bestmöglicher Lebensqualität und Mobilität so rasch wie möglich in ihr gewohntes Umfeld zurückkehren. Mit der Entwicklung eines voll implantierbaren Herzunterstützungssystems DLR-VAD können die bisherigen Einschränkungen überwunden und eine langfristige Therapie durchgeführt werden. Die neuartige Antriebstechnik DLR-VAD basiert auf der langjährigen Entwicklung von Leichtbaurobotern.
Ein zweites bahnbrechendes Projekt ist „MiroSurge“, ein Robotiksystem für die minimal invasive Chirurgie. Wie bei vielen anderen Applikationen in der Robotik spielt bei MiroSurge die Bildverarbeitung eine Schlüsselrolle. Der Arzt steuert über spezielle Eingabegeräte drei Roboterarme, wovon zwei mit Instrumenten wie Zangen, Scheren und ein weiterer Roboterarm mit einer Stereo-Endoskopkamera bestückt sind.
„In den kommenden drei bis vier Jahren soll die Entwicklung der MIRO-Arme mit all den Optimierungs-, Reglereinstellungs- und Sicherheitsaspekten und medizinischen Zulassungen abgeschlossen sein und durch Integration in ein OP-Gesamtsystem marktreif gemacht werden“, so Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hirzinger, Direktor des Instituts für Robotik und Mechatronik am DLR.
Bei den Roboterarmen handelt es sich um die vom DLR entwickelten MIRO Leichtbauroboter mit nur je zehn Kilogramm Gewicht. Die ebenfalls vom DLR entwickelten minimal invasiven Instrumente erlauben durch integrierte Sensorik feinfühliges Operieren im Körper des Patienten. Der Chirurg sitzt dabei bequem an einer Eingabekonsole, die ihm sowohl die Kräfte und Momente an den Instrumentenspitzen als Force-Feedback darstellt, wie auch das Videobild aus dem Patienteninneren in 3D.
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