Automatisierte Corona-Tests dank unermüdlichem Roboter

Das Ausmaß der Corona-Pandemie führte zu zahlreichen innovativen Entwicklungen der Industrie, um der Masse an neuen Herausforderungen mit effizenten Lösungen zu begegnen. 

So haben wir bereits über zwei Automatisierungsprojekte berichtet, zu denen item einen Beitrag leisten durfte – eine Anlage für die Herstellung von Atemschutzmasken und eine Workstation zur Auswertung von Corona-Tests. Vor diesem Hintergrund ist auch die weltweit erste automatisierte Corona-Teststation zu sehen, entwickelt von der Franka Emika GmbH aus München, einem Technologieführer bei intelligenten Roboterassistenten. Gegründet wurde das Unternehmen 2016 von den Brüdern Simon und Sami Haddadin. Letzterer erhielt 2019 den renommierten Leibniz-Preis und hat inzwischen den Lehrstuhl für Robotik und Systemintelligenz an der Technischen Universität München inne. Beide wurden 2017 von Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier für ihre technische und unternehmerische Innovation in der kollaborierenden Robotik und KI mit dem Deutschen Zukunftspreis ausgezeichnet. Zentraler Akteur der Teststation ist der Abstrich-Roboter „SR-NOCS“ (= „Swab Robot for Naso- and Oropharyngeal Covid-19 Screening“). Er führt selbstständig Nasen- oder Rachenabstriche zur Analyse bzw. für den Schnelltest durch. Dies erhöht nicht nur den Infektionsschutz deutlich – mit seiner Präzision und durchgängigen Einsatzfähigkeit ist er auch eine große Entlastung für das medizinische Personal. Für den Rahmen der robotergetriebenen Corona-Teststation wird die Baureihe X aus dem item MB Systembaukasten verwendet, die sich ideal für hygienesensible Anwendungen eignet.

Mit einzigartiger Robotertechnik Corona-Tests noch sicherer durchführen

Obwohl bei herkömmlichen Corona-Tests hohe Hygienestandards gelten, lässt sich aufgrund des direkten menschlichen Kontakts ein gewisses Infektionsrisiko letztlich nicht ausschließen. Beim Einsatz eines speziell hierfür entwickelten, robotergestützten Testautomaten ist das anders: Er kann sich per se nicht anstecken und eine Infektion weitergeben. Der SR-NOCS befindet sich in einer rundum abgeschlossenen Kabine und ist durch zwei Plexiglasscheiben vom Patienten getrennt. In der vorderen Scheibe befindet sich eine nach jedem Test ausgetauschte Einlassung, durch die der Roboter einen Aufsatz aus Plastik drückt und somit befestigt. Durch diesen Plastikaufsatz wiederum steckt der SR-NOCS ein Wattestäbchen für den Abstrichtest, das ihm von seinem menschlichen Kollegen angereicht wird. Dieser befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der Kabine. Den Startschuss sowohl für den Nasen- als auch Rachenabstrich gibt der Patient per Fußpedal. Er kann den Vorgang zudem jederzeit abbrechen und wiederholen. Um genügend Material für den Rachenabstrich-Test zu sammeln, muss das Wattestäbchen zwangsläufig weit vordringen. Gleichzeitig soll dies für den Patienten sanft geschehen. Hier war die Individualität des menschlichen Rachens die zentrale Herausforderung: „Neben dem variierenden Normalfall gibt es Deformationen, verschiedene Tiefen, manche haben einen Geburtsfehler wie die Hasenscharte“, erklärt Simon Haddadin.

Effizienzsteigerung bei Corona-Abstrichen durch Roboter-Assistenz

Gelöst werden konnte dieses Problem durch eine entscheidende Innovation der feinfühligen Roboter von Franka Emika: einen Tastsinn, der dem menschlichen nicht nur verblüffend ähnelt, sondern sogar überlegen ist. Möglich wird dies vor allem durch eine Art künstliches Gehirn mit Gedächtnis. Signale können somit interpretiert und Tätigkeiten erlernt werden. Daher ist der kollaborierende Roboter in der Lage, äußerst behutsam vorzugehen. Nach Durchführung des Corona-Tests wechselt der Roboter den Aufsatz aus und taucht die Finger seines Greifarms zur Desinfektion in ein Ultraschallbad. Durch diese kontaktlose Form des Corona-Tests, bei welcher der Roboter als Mittler zwischen Patient und Mitarbeiter fungiert, wird das Infektionsrisiko nahezu eliminiert. Zugleich gewährleistet das standardisierte Verfahren eine gleichbleibende Qualität ohne mögliche Schwankungen der Tests. Auch nach dem Ende der Corona-Pandemie lässt sich die Teststation für den Nachweis anderer Infektionskrankheiten wie Influenza oder Streptokokken nutzen.

Da ein Mitarbeiter mehrere Corona-Teststationen mit dem SR-NOCS parallel überwachen kann, ist eine Skalierung der Testkapazitäten schnell möglich.

– Fabio Tenebruso, Head of Medical Projects, Franka Emika

Eine klinische Studie in Kooperation mit der Technischen Universität München und dem Klinikum Rechts der Isar bestätigte die Effektivität des Corona-Testroboters. Die Qualität der Abstriche war der von menschlichen Mitarbeiten ebenbürtig. Auch bei den Probanden stieß der Testroboter auf eine hohe Akzeptanz. Da ein Mitarbeiter mehrere Corona-Teststationen mit dem SR-NOCS parallel überwachen kann, ist eine Skalierung der Testkapazitäten schnell möglich. Aufgrund der intuitiven Bedienung und Effizienzgewinne wird das medizinische Personal deutlich entlastet. Der Testautomat lässt sich an jedem Einsatzort in weniger als 3 Stunden einrichten und ist prinzipiell in der Lage, ohne jegliche Pause Corona-Tests durchzuführen. Inzwischen hat der Abstrich-Roboter eine Zulassung nach Medizinproduktegesetz (Klasse I) erhalten. Schließlich war die Entwicklung des SR-NOCS auch die Grundlagenarbeit für ein weiteres, noch größeres Projekt: Bei ProteCT geht es um robotergestützte Telediagnostik auch für die Zeit nach Corona. Diese soll Mediziner befähigen, potenziell infektiöse Patienten aus der sicheren Distanz so zu untersuchen, dass das Ganze einer konventionellen Untersuchung in nichts nachsteht.

Profiltechnik von item: Optimal für Robotik-Projekte geeignet  

Die Gründer von Franka Emika kommen aus dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Schon dort hatte man gute Erfahrungen mit der item Profiltechnik gemacht. Auch für die Rahmenkonstruktion der Corona-Teststation wurde item verwendet, in Form der Baureihe X: „Ich habe hier sehr auf Flächenbündigkeit geachtet, um besser desinfizieren zu können. Weil es einen kleineren Außenradius besitzt, kommt bei der Station das Profil X zum Einsatz“, sagt Benjamin Loinger, Industrial Designer bei Franka Emika. Auf der Baureihe X basieren die Profile XMS, die für den Bau von Maschinenkabinen optimiert sind. Durch die integrierten Kabelkanäle ist eine einfache Leitungsführung von einzelnen Leitungen oder großen Kabelbündeln möglich. Die anpassbaren Abdeckprofile verschließen diese Kabelkanäle und können mit Bedienelementen kombiniert werden. Bei XMS bleibt Staub draußen und Schmutz im Inneren. Generell verwendet Herr Loinger in seiner Arbeit item Komponenten vor allem als tragende beziehungsweise verbindende Elemente. Dabei präferiert er nicht eine einzelne Baureihe, sondern richtet sich ganz nach dem individuellen Projekt: „Hauptsächlich stelle ich mir die Artikel im MB Systembaukasten selbst zusammen und probiere gerne auch neue Produkte aus.“

Die Modularität ist natürlich der Hauptpunkt bei item, aber auch Wiederverwendbarkeit und Stabilität.

Zudem bietet die Profiltechnik Herr Loinger größtmögliche Flexibilität. Dies ist gerade bei Forschungsprojekten ein entscheidender Vorteil, da sich die konkrete Hardware oder Anschraubpositionen erst im Laufe des Projekts ergeben. Daneben schätzt er besonders, dass sich item Profile mit geschlossenen Nuten nahtlos mit anderen Elementen wie Blech und Holz verbinden lassen und somit zu einer besonders hochwertigen Optik beitragen. Sein Kollege, Solution Engineer Martin Kulzer, setzt die Aluminiumprofile vor allem bei Tischen für Roboter sowie Teststände und Demonstratoren ein. Auch ihm bringt ihre Verwendung zahlreiche Vorteile: „Die Modularität ist natürlich der Hauptpunkt bei item, aber auch die Wiederverwendbarkeit und Stabilität ist sehr nützlich. Speziell bei Demonstratoren und Testständen ist der Vorteil, dass Teile einfach befestigt und verschoben werden können.“

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