Témata
Reklama

Využití robotů při úpravě stehenních kostí pro implantáty

Belgický start-up Texere Biotech v nedávné době zahájil v plně automatizovaném závodě výrobu, která je ve světovém měřítku první svého druhu. Firma odebírá femorální hlavice (tj. horní konec lidské stehenní kosti) a zpracovává je do kostkovitých implantátů, tzv. alograftů. Ve sterilních podmínkách zpracovává tento materiál do kostních náhrad šest robotů Stericlean dodávaných firmou Stäubli.

Dispozice výrobního zařízení není nikterak komplikovaná, provoz byl navržen na základě standardů automatizované výroby. Šest obráběcích stanic surový materiál přemění v zabalený koncový výrobek, přičemž veškerou manipulaci a balení provádí celkem šest robotů.

Co činí výrobu v belgickém závodě Frasnes-lez-Gosselies tak neobvyklou, je mimořádně čisté pracovní prostředí a zabudování výrobní linky do hermeticky uzavřeného a rozsáhle proskleného kontejneru o délce 12 metrů. To, co plně automatizovaný systém na konci opouští, je taktéž zcela odlišné od jiných produktů. Surovinou jsou lidské femorální hlavice odebrané pacientům, kteří se podrobili operaci náhrady kyčelního kloubu. Systém femorální hlavice opracovává tak, že nejen zůstane zachován minerální materiál, ale současně je kost ořezána do bloků standardizované velikosti.

Reklama
Reklama
Celý systém certifikovaný jako GMP je provozován v podmínkách čistého provozu a je instalován ve 12m kontejneru. (Zdroj: Texere Biotech)Jak vysvětluje zakladatel firmy Texere, Denis Dufrane, poptávka je po těchto alograftech, tj. neendogenních implantátech, vysoká:

„Přírodní kost je pro transplantaci kostí nejlepší materiál. Díky její mikroporéznosti ji lze dobře využít pro štěpy po odstranění nádorů, fúzi páteře apod. Současně je pacient ušetřen bolestivého odstranění autologní kosti.“

Cíl: plně automatizovaná výroba implantačního materiálu

Materiál je ideální pro štěpení, avšak jeho nabídka je bohužel nedostatečná. Důvodem je částečně fakt, že kostní banky, které se nacházejí v každé evropské zemi, dosud dokázaly kostní materiál připravovat pouze ručně. Denis Dufrane: „Tyto banky obvykle pracují s rychlostí dvě femorální hlavice za den. Z každé kosti extrahují dva, případně tři bloky, ale kolem 50 procent materiálu přijde vniveč.“

To Dufranea, který sám mnoho let pracoval v kostní a tkáňové bance, inspirovalo k založení vlastní firmy na automatizovanou výrobu kostních alograftů. Projekt se rodil více než deset let, avšak nakonec došel zdárného uskutečnění. Závod zahájil výrobu a má kapacitu pro zpracování 5 000 femorálních hlavic za rok. Díky vysoce přesnému měření a optimální segmentaci se z každé hlavice vyrobí v průměru pět bloků, a navíc kostní drť a prášek.

Stroj na řezání vodním paprskem nahradil zastaralou pilu na kosti

K hlavním výhodám plné automatizace zpracování patří vedle vyšší efektivity zpracování femorálních hlavic i zpětná sledovatelnost každého alograftového bloku a spolehlivé zabránění kontaminaci, a to včetně křížové kontaminace.

Zařízení zpracovává kyčelní kosti do kostkovitého náhradního kostního materiálu k použití v rámci nádorové chirurgie a spinální fúze. (Zdroj: Texere Biotech)V rámci projektu byla také vyvinuta nová řezací procedura. Dufrene k tomu uvádí:

„Dříve se hlavice řezaly ručně pomocí pásové pily. Nyní namísto toho používáme řezací stroj s vodním paprskem o tlaku 5 000 barů. Oproti řezání pilou nebo frézování tato technologie nevytváří tak vysoké teploty, které mohou zničit přírodní materiály. Nepoužíváme ani žádné přídavné látky.“

Roboty Stericlean činí nemožné možným

Palčivou výzvou ve fázi plánování projektu byl výběr robotů. Z pohledu firmy Texere se tento úkol ukázal jako poměrně jednoduchý. „Společně s naším partnerem pro automatizaci, firmou 1-2-3 Automation, jsme oslovili různé výrobce robotů. Rychle se ukázalo, že řada Stericlean výrobce Stäubli je pro nás tím nejlepším řešením, neboť nabízí bezkonkurenční standardy hygieny a současně mnoho referencí spokojených zákazníků v oblasti zdravotnických technologií, včetně operačních sálů.
Roboty Stericlean jsou od základu navrženy právě pro tyto aplikace. Kompletní zapouzdření se stupněm krytí IP 67 umožňuje používání v nepříznivých podmínkách i v prostředích náročných na hygienu. Části vystavené extrémnímu namáhání se vyrábějí z nerezové oceli. Povrchová úprava zvyšuje odolnost vůči korozi, přičemž zajišťuje spolehlivou odolnost v prostředích s VHP (odpařeným peroxidem vodíku). Krycí vrstva laku vykazuje nadměrně odolný povrch. Všechny roboty z řady šestiosých zařízení Stericlean ve výsledku splňují vysoké nároky GMP (dobré výrobní praxe).

Implantáty zpracovává šest identických robotů Stäubli. Zde je vyobrazena sterilizační stanice. (Zdroj: Texere Biotech)

Šest robotů – šest úkolů

V šesti stanicích podél zpracovací linky je umístěno šest identických robotů TX60 Stericlean. První z nich zdvihne femorální hlavici z podnosu a přenese ji k jednotce pro zpracování obrazu, která posoudí její velikost a tvar. Tyto údaje se pak využívají ke zmapování řezných křivek pro následující fázi, ve které další robot kostní materiál přenese k plně zapouzdřenému stroji pro řezání vodním paprskem.

Robot číslo tři odebírá výsledné kostkovité alografty a pokládá je na podnos. Následující dva roboty pak zajišťují manipulaci s alografty během jejich chemického ošetření a sterilizace. Ve stanici číslo šest poslední z robotů Stericlean vkládá jednotlivé kostky do nádobek. Po vakuovém zabalení a individuálním označení jsou nádobky uskladněny v hlubokém zmrazení až do dodávky klientům.

Pro zabránění kontaminaci se pro každou novou kyčelní kost používají nové čelisti. (Zdroj: Texere Biotech)

Unikátní projekt automatizace

I když na úkolech prováděných těmito roboty není nic neobvyklého, je tento projekt přesto jedinečný – v neposlední řadě vzhledem k produktu a přísným podmínkám manipulace s přírodními implantáty. Roboty zaujmou nejen svou kompatibilitou s čistým prostředím, ale i dynamikou, přesností a spolehlivostí.
Různé další aspekty projektu pak ukazují, s jakými výzvami se projekt ve své konstrukční fázi musel vypořádat. Pro každý kyčelní kloub musí například být použita zvláštní sada nádobek, štítků, a dokonce i čelistí. Robot Stericlean ve stanici 2 hraje roli hlavního robota, přičemž ovládá pohon čerpadla stroje pro řezání vodním paprskem a plní mnoho dalších klíčových funkcí. Než bylo možné instalovat kterýkoli z robotů, provedla firma 1-2-3 Automation rozsáhlé simulace za účelem ověření všech pohybových sekvencí v systému.

Po více než desetiletém snažení se dostavil výsledek. Daniel Dufrene, zakladatel a generální ředitel Texere Biotech. (Zdroj: Texere Biotech)

Výhody pro kostní banky, nemocnice a pacienty

Daniel Dufrene je spokojen s tím, že se investovaný čas, úsilí a kapitál vyplatily: „Poprvé se nám povedlo realizovat kompletně automatizovaný systém pro zpracování kostního materiálu. Výsledkem je výrazně lepší využití materiálu, vyšší objemy a nižší náklady. Plná automatizace nám ale především poskytuje velmi vysokou úroveň bezpečnosti, protože tak lze vyloučit kontaminaci, včetně té křížové. Jedná se o současný zlatý standard pro kostní implantáty.“ Toto hodnocení podporuje i certifikace GMP, která podle Daniela Dufrena nemůže být udělena systémům založeným na manuálním procesu.

V konečném efektu budou z této vysoce specializované automatizované technologie s podporou robotů nejvíce profitovat pacienti v nemocnicích, neboť díky pionýrské práci firmy Texere nyní lze výrazně zmírnit nedostatek materiálu pro náhradu lidské kostní tkáně. Jako první budou z této novinky profitovat země Beneluxu a sousední státy. Zakladatelé společnosti Texere nevylučují, že vybudují a budou následně provozovat podobné provozy i v jiných oblastech, např. v Asii. Alografty jsou koneckonců stejně vzácnou a stejně poptávanou komoditou i všude jinde na světě.

Stäubli

www.staubli.com/cs-cz/

Reklama
Související články
Názorové fórum odborníků

Respondenty jsme požádali o jejich názor na podobu budoucích technologií. Současná situace přinesla mnoho omezení, mezi jinými postihla také dodavatelské řetězce, znemožnila včasné dodávky do výrobních podniků a přinesla vyšší nároky na bezpečnost zaměstnanců. Jaké nové technologie podle vás mají v současné situaci největší potenciál se prosadit?

Moderní technologie z Miskinu pomáhají léčit

Měřicí sondy Renishaw jistě velmi dobře zná každý náš čtenář a každý druhý obráběč. Plní nezbytnou a důležitou funkci v kontrole kvality v mnoha strojírenských aplikacích již téměř padesát let. Produkty společnosti se však neomezují pouze na prvky kontroly kvality, ale s technickým pokrokem a vývojem lidské společnosti se vyvíjí také portfolio této nadnárodní společnosti. Od roku 2011 vyrábí zařízení pro 3D tisk z kovů, která nacházejí uplatnění mj. v lékařství. Kvalita je důležitý faktor v průmyslové výrobě i v běžném životě, avšak zdraví je nade vše.

Metav otevře novou veletržní sezónu

Mezinárodní veletrh výrobní techniky a automatizace Metav se bude konat v polovině března v Düsseldorfu. Již od roku 1980 ve dvouleté periodicitě prezentuje stroje, výrobní systémy, řešení pro kompletní výrobní procesy i doprovázející služby. K jeho stěžejním bodům patří obráběcí a tvářecí stroje, výrobní systémy, přesné nástroje, automatizace materiálových toků, počítačové technologie, průmyslová elektronika a příslušenství.

Související články
Roboty si při výrobě myček mění nástroje

Společnost Miele využívá ve svém uničovském závodě systémy MPS130 od Stäubli, které slouží pro výměnu nástrojů u robotů pracujících na linkách na výrobu myček nádobí.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Automaticky naváděná vozidla
v moderní výrobě

Automatizace, robotika, koncept Průmysl 4.0, business intelligence a všechna související řešení – každá firma v dnešní době myslí právě na tyto oblasti a hodlá je implementovat pro svoji lepší budoucnost. V současné době to totiž nejsou jen velká trendová slova; jsou to zásadní konkurenční výhody, které časem určují lídra na trhu.

Vítězná kombinace výkonu a designu

Nová řada SCARA robotů Stäubli TS2 zaujala silnou pozici na trhu s průmyslovými roboty a nyní tyto čtyřosé roboty získaly jedno z nejžádanějších designových ocenění Red Dot Design Award 2021 v kategorii Product Design. Jedná se o další skvělý úspěch této stále nové řady, kteráposunuje hranice dynamiky, přesnosti a čistoty.

Flexibilní robotické značení laserem

Zapojení laseru do výrobního procesu je jednou z pokročilých technologií, u kterých se propojení s robotickým ramenem přímo nabízí. Firma Lintech jako jeden z mála dodavatelů laserových zařízení poskytuje kompletní službu od testování vzorků přes vývoj a návrh zařízení až po stavbu, dodání a zabudování stroje do linky, jak je ostatně vidět i na této aplikaci.

Premiéra tří šestiosých robotů

Je tu premiéra tří nových robotů se střední nosností. Modely TX2-140, TX2-160 a TX2-160L rozšiřují aktuální generaci TX2 na celkem devět modelů. Jejich pevná struktura a inteligentní konstrukce z nich činí ideální volbu pro různé aplikace při všech okolních podmínkách – od drsných až po sterilní. Přináší nejvyšší úroveň bezpečnosti a konektivity.

Robot testuje uzamykací systémy vozidel

Společnost Kiekert je lídrem světového trhu v oblasti uzamykacích systémů dveří vozidel. Ve svém největším závodě v Přelouči vyrábí každý den přibližně 180 000 automobilových zámků. Mezi řadu automatizovaných úkonů při montáži a testování patří 100% prohlídky pájených spojů. Robot Stäubli s vysokou přesností manipuluje se vzorky v kompaktní rentgenové testovací buňce.

Roboty pro mytí průmyslových dílů

Ať už se jedná o nasazení ve výrobách dodavatelů automobilového průmyslu, nebo o inovativní závod společnosti Dürr pro mytí dílů, využití šestiosých robotů Stäubli řady TX a RX v provedení HE se stává novým standardem pro mytí dílů v rámci výrobní linky.

Automatická přeprava hliníkových desek s milimetrovou přesností

Dopravu těžkých hliníkových desek zajišťují ve společnosti Austria Metall AG (AMAG) autonomní transportní platformy a přispívají tak významným způsobem k flexibilitě interní logistiky. Tyto všesměrové plošiny se pohybují zcela autonomně a provádějí tak samostatně poslední výrobní krok.

Praktický návod, jak zavést robotizaci

V posledních letech jsou výrobní firmy doslova bombardovány tématy o robotizaci a automatizaci. Z praxe ale víme, že problém nastává v momentě, kdy se firmy rozhoupou udělat první krok. Jednoduše neví, kde začít. A není se čemu divit. Tak výraznou změnou často procházejí vůbec poprvé a nemůžou se opřít o předchozí vlastní zkušenost.

3D strojové vidění pro průmyslové roboty

Průmyslové roboty existují již několik desetiletí a své místo si našly nejprve v automobilovém průmyslu. S úkoly vyžadujícími vysokou míru opakovatelnosti, velkými sériemi a nevysokými rychlostmi byly automobilky ideálním místem pro využití prvních typů průmyslových robotů. Dnes jsou roboty v rostoucích počtech rozmisťovány do dalších průmyslových odvětví včetně potravinářského, farmaceutického a leteckého. Mnoho průmyslových robotů je dnes vybavováno systémem 3D strojového vidění.

Roboty a bavorské klobásy

Robot KUKA paletizuje plechovky bavorských klobás u výrobce potravin v Bavorsku. Systém urychluje proces balení a tím uvolňuje pracovníky firmy z namáhavé práce.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit