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
Automatizovaná výroba implantátů just-in-time

Pro zakázkovou výrobu vysoce přesných implantátů v časovém limitu 24 hodin vsází švýcarský výrobce a poskytovatel zdravotnických prostředků pro osteosyntézu, firma Medartis, na obráběcí centra a robotické systémy Hermle.

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.

Související články
Přírodní modely inspirují automatizační techniku

V polovině dubna se v na hannoverském výstavišti konal přední světový veletrh technologií Hannover Messe 2015, který v pěti dnech sdružil průmyslovou automatizaci a IT, techniku pohonu, fluidní techniku a energetickou techniku, techniku životního prostředí, průmyslové subdodávky, výrobní technologie a služby, výzkum a vývoj.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

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.

Elektrické polohování? Snadno a pro každého!

S výjimkou specialistů si většina z nás pod pojmem elektrické servo v oboru automatizace představí složitou techniku určenou právě oněm expertům. Pokrok nejen v oboru elektrických pohonů však směřuje k výraznému zjednodušení, nejnovější generaci servomotorů Festo uvede do provozu i laik. Výrazně přitom pomáhá především software Festo Automation Suite, postupně integrující všechny dříve samostatné pomůcky a nástroje.

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.

Multispojky zrychlují odlévání statorů elektromotorů

Mohelnický závod společnosti Siemens je největším evropským závodem na výrobu nízkonapěťových asynchronních elektromotorů. Založen byl v roce 1904. Siemens vyrábí elektromotory také v závodech v Drásově a Frenštátu pod Radhoštěm, kde se vyrábějí elektromotory s vyššími osovými výškami (nad 200 mm), zatímco v Mohelnici se vyrábějí asynchronní elektromotory s osovými výškami od 63 do 200 mm. Mohelnický závod denně vyrobí více než čtyři tisíce elektromotorů, které většinou slouží k pohonu průmyslových zařízení, jako jsou například ventilátory, čerpadla, kompresory či obráběcí stroje.

Propojené procesy a inteligentní výroba

Světové potravinářské společnosti se povedlo sloučením informačních a provozních technologií propojit procesy, lidi a technologie. Přineslo to zvýšení produktivity, méně papírování i úspory energií. S transformací pomohla společnost Rockwell Automation svým konceptem Connected Enterprise.

Mobilní roboty pro štíhlou výrobu

Flex je technologická společnost s více než 200 000 zaměstnanci ve 30 zemích, která vyrábí inteligentní produkty s mottem Live Smarter. V rámci svého provozu využívá štíhlých, efektivních a flexibilních výrobních procesů. Inovativní výrobní technologie zahrnují aplikace postavené na Průmyslu 4.0, internetu věcí (IoT) a robotické automatizaci.

Použití RCD s frekvenčními měniči

Jak vybrat správný RCD pro použití s frekvenčními měniči a vyhnout se tak nežádoucímu vypínání a dosáhnout maximální doby nepřetržitého provozu?

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