Agamede gilt als die erste Wissenschaftlerin der Geschichte. Homer beschrieb sie im 12. Jahrhundert vor Christi. als eine, die mit der Heilkraft aller Kräuter vertraut war und sie richtig zu mischen verstand. Sie ist die Namenspatronin eines am Institut für Bioorganische Chemie der Polnischen Akademie der Wissenschaften (ICHB PAN) entwickelten Laborautomatisierungssystem.
Die Besonderheit des Roboterlabors Agamede liegt jedoch nicht nur in der Automatisierung der Laborarbeit, sondern in der Integration von Automatisierung und Künstlicher Intelligenz. Dank dieser Kombination ist das System ein „geschlossener Kreislauf“, in dem die Roboter Experimente vorbereiten, die Ergebnisse zu einem festen Zeitpunkt ablesen und die Daten interpretieren, um selbständig den nächsten Versuchszyklus vorzubereiten. Die Aufgaben des Bedieners beschränken sich auf die Definition der Fragestellung, den Entwurf der Versuchsanlage und des korrekten Ablaufs und Betriebs der Anlage. Die Aufgabe des neuen Systems ist es, Experimente 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche durchzuführen und Ergebnisse zu liefern.
KI macht Roboter Agamede zum Herzstück des Labors
Die meisten automatisierten Systeme mit hohem Durchlauf benötigen nach Beendigung eines Zyklus eine Person, die die Ergebnisse subjektiv analysiert und die nächsten Versuchsreihen plant. Anders Agamede: Das System interpretiert dank des KI-Moduls die Experimente ohne menschliche Beteiligung, basierend auf mathematischen Modellen. „Agamede kann von zentralen Diagnoselabors, Pharmaunternehmen in der Medikamentenentwicklung, Onkologielabors auf der Suche nach personalisierten Therapien, aber auch in F&E-Abteilungen von biotechnologischen Unternehmen zur Optimierung von Bioprozessen eingesetzt werden“, so Radosław Pilarski, PhD, der Erfinder und Chefingenieur des KI- und Roboter-Systems.
Die Arbeit an Agamede begann am Institut für Bioorganische Chemie der Polnischen Akademie der Wissenschaften in Poznań schon 2015. Seit März 2020 wird das Roboterlabor auch für Corona-Test eingesetzt. „Unser Institut war das erste in Polen, das einen Test zum Nachweis von Sars-CoV-2 entwickelt hat“, erinnert sich Prof. Marek Figlerowicz, Direktor des ICHB PAN. „Wir beschlossen daher, die Automatisierung von Agamede mit unseren Corona-Tests zu kombinieren und entwickelten ein Hochdurchsatz-Diagnoseprotokoll, mit dem wir 15 000 Proben an einem Tag testen können. Bei einer manuellen Analyse kann eine Person höchstens einige hundert Proben pro Tag bearbeiten.“
Roboter, Software und SPS aus einer Hand
Mitsubishi Electric stellte einen 6-Achs-Roboter, SPS-Steuerungen und die Software Melfa Basic zur Verfügung. Der Mitsubishi-Electric-Industrieroboter mit seiner langen Armreichweite ist die zentrale Komponente der Anlage. Er reproduziert die Arbeit eines Labortechnikers, der die Analysegeräte kontinuierlich gemäß den vom Bediener in die Steuerungssoftware eingegebenen Versuchsprotokollen bedient.
Ein integrierter Satz von robotergesteuerten Werkzeugen ermöglicht Experimente im Mikromaßstab auf 96- wie auch 384-Well-Mikrotestplatten. Diese Suite umfasst industrielle Zellkultur-Inkubatoren, Platten- und Tip-Feeder, Pipettierstationen, Etikettierer, Barcode-Scanner, Plattenversiegler, Fluoreszenz-Reader und Spektrophotometer. Einen besonderen Platz in der Geräteausstattung nimmt das automatisierte Konfokalmikroskop HCA mit vier Fluoreszenzkanälen ein. Es fotografiert und analysiert Millionen von Zellen und Gewebestrukturen in ähnlicher Qualität und Effizienz. Ergänzt wird das Gerät durch einen akustischen Dispenser, der Flüssigkeitsmengen im Nanoliterbereich dosiert.
Im Projekt wird Forschung und Industrie verknüpft
Das System integriert also Robotik mit Laborgeräten. „Eine komplizierte Aufgabe, die der Zeitdruck nicht einfacher machte. Das Agamede-Projekt ist ja ein interdisziplinäres Projekt, das die Welten der Robotik, der Informatik, des Industriedesigns, der Mathematik, der Biologie und der Chemie verbindet“, sagt Tomasz Scholz, Robotik-Ingenieur bei Mitsubishi Electric. Und er ergänzt: „Dabei war es schwierig, die Kluft zwischen der akademischen Welt und der industriellen Welt zu überbrücken.“
Bei der Planung des Systems wurde auch auf den Laborraum geachtet. Ein Reinraum für die aseptische Zellkultur, in den meisten Laboren dunkel und fensterlos, bekam hier ein neues Gesicht. Das Roboterlabor ist dank großer Fenster gut beleuchtet. Das ermöglicht eine ständige Beobachtung und Kontrolle des Systems, ohne dass man unbequeme Reinraumanzüge tragen muss. (su)
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