Das Bild zeigt eine Chirurgin beim gemeinsamen Arbeiten mit einem Roboterarm an einem künstlichen Torso

Mit leichten und kollaborativen Roboterarmen wie dem Kuka LBR Med lassen sich viele Aufgaben im Gesundheitswesen automatisieren - nicht nur im OP. (Bild: Kuka )

Warum braucht es Roboter im Gesundheitswesen?

Neben einem Fach- und Arbeitskräftemangel, der auch stark den Gesundheits- und Pflegebereich trifft, sind es vor allem Kostengründe, die für einen verstärkten Einsatz von Robotern und besonders Cobots im Gesundheitswesen sprechen.


Laut einer jüngst vom EU-Statistikamt Eurostat veröffentlichten Erhebung ist das Thema Gesundheitsversorgung für die EU-Staaten  nach der sozialen Absicherung der zweitgrößte Kostenfaktor. Deutschland lag 2020 mit einem Anteil der Gesundheitskosten am Bruttoinlandsprodukt von etwa 8,5 % auf Platz sechs in Europa.

 

Die Balkengrafik zeigt den Anteil der Gesundheitsausgaben am Bruttoinlandsprodukt in den Staaten der EU
Der Anteil der Gesundheitsausgaben am Bruttoinlandsprodukt in den Staaten der EU (Bild: Eurostat)

Welche Arten von Robotern kommen im Gesundheitswesen zum Einsatz?

Im Blickpunkt der öffentlichen Wahrnehmung stehen bei der Gesundheitsversorgung bisher vor allem OP-Roboter. Der “da Vinci” des US-Herstellers Intuitive Surgical etwa ist ein roboter-assistiertes Chirurgiesystem, mit dem minimalinvasive Operationen im urologischen und gynäkologischen Bereich durchgeführt werden. Der Operateur steuert dabei in Echtzeit mit seinen Handbewegungen die Arme und die Instrumente des Roboter. Durch eine Untersetzung zwischen den Steuergeräten und den Roboterinstrumenten wird eine hohe Präzision möglich.

Das Bild zeigt den Chirurgieroboter da Vinci xi des US-Herstellers Intuitive Surgical
Der vierarmige Chirurgieroboter da Vinci xi (Bild: Intuitive Surgical)

Ein Roboter-Drucker für neue Haut

Welche Potentiale die Kombination von Robotik und additiven Fertigungsmethoden in der Medizin haben kann, zeigt ganz besonders auch einer der Finalisten für den Kuka Innovation Award 2022 „Robotics in Healthcare Challenge":

Das Ligō-Gerät des australischen Start-up-Unternehmens Inventia Life Science ist eine neuartige 3D-Bioprinting-Plattform, die die Heilung von Hautgewebe etwa nach großflächigen Verbrennungen unterstützt. Der Ligō-Roboter druckt winzige Tröpfchen mit den Hautzellen des Patienten und optimierten Biomaterialien direkt im Operationssaal in die Wunde. Auf diese Weise wird die gewebegesteuerte Regeneration angeregt, so dass der Körper sich selbst heilen und eine gesunde Haut wiederherstellen kann.

Alle Finalisten des Kuka Innovation Award 2022 „Robotics in Healthcare Challenge".

In dem Youtube-Video wird die Gewebe-Drucktechnik von Inventia Life Science erklärt.

Ein Roboter für Reinigung und Desinfektion

Oft geht es im Gesundheitswesen aber um wesentlich einfachere, aber dennoch nicht triviale Aufgaben für Roboter wie etwa Reinigung oder Desinfektion. Nicht erst seit Pandemiezeiten ist Hygiene in Einrichtungen des Gesundheitswesens sehr wichtig, um Infektionen zu vermeiden. Die neu eingeführte Hygienenorm DIN 130643 “Krankenhausreinigung” sichert zwar die Qualität, steigert aber auch den Aufwand für das Reinigungspersonal. Diese Herausforderungen adressiert das Forschungsprojekt “Roboterbasierte Reinigung und Desinfektion von Böden und Oberflächen in Einrichtungen des Gesundheitswesens” (RoReBO).

Das Bild zeigt den Reinigungs- und Desinfektionsroboter "DeKonBot 2" bei Testläufen auf Krankenhausfluren
Der Reinigungs- und Desinfektionsroboter "DeKonBot 2" bei Testläufen auf Krankenhausfluren. (Bild: Rainer Bez / Fraunhofer IPA)

Weshalb Reinigung durch Roboter nicht trivial ist

Projektpartner sind Adlatus Robotics, InMach Intelligente Maschinen, bwcon research und das Fraunhofer IPA. Als Anwendungspartner ist u. a. der Klinikverbund Südwest eingebunden. “Auf den Stationen und in Patientenzimmern ist meist nicht viel Platz, zudem befinden sich darin oft diverse medizinische Geräte oder persönliche Gegenstände. Dennoch ist der Anspruch der Einrichtungen, dass auch hier die Kanten und Ecken gründlich gereinigt werden”, erklärt Matthias Strobel, Geschäftsführer bei Adlatus Robotics, die Rahmenbedingungen für den Robotereinsatz.

Warum Türöffnen für Roboter eine schwere Aufgabe ist

Deshalb entwickelt Adlatus in RoReBO eine neue Bodenreinigungsplattform, die besonders für den Einsatz in diesen engen Umgebungen geeignet ist. Nachdem Wissenschaftler des Fraunhofer IPA bereits im Projekt "MobDi – Mobile Desinfektion" Funktionen für das roboterbasierte Desinfizieren häufig angefasster Objekte in Büroumgebungen wie Türklinken und Lichtschalter entwickelt haben, adressiert RoReBo jetzt Krankenhäuser und im Speziellen Flure, Patienten- und Behandlungszimmer als Einsatzumgebung.

Hierfür wird der ebenfalls in MobDi entstandene Reinigungsroboter "DeKonBot 2" im Projekt um neue Funktionen erweitert. Beispielsweise erhält er neue adaptive Reinigungswerkzeuge. "Zudem ist vor allem das Öffnen der Türen eine wichtige neue Funktion", erklärt Simon Baumgarten, Projektverantwortlicher am Fraunhofer IPA. Die Steuerung für das Türöffnen ist herausfordernd, weil dabei die Bewegungen der mobilen Plattform mit denen des Roboterarms synchronisiert werden müssen.

Transport und Logistik in Kliniken kostet viel Zeit

Auch Transport- und Logistikaufgaben gehören im Gesundheitswesen zum Arbeitsalltag, binden aber Zeit, die dem Personal für die Pflegetätigkeiten fehlt. Zwar werden bereits heute in vielen großen Kliniken fahrerlose Transportfahrzeuge eingesetzt, allerdings sind diese nur in separaten Versorgungstrakten nutzbar. Inzwischen gibt es auch erste Serviceroboter, die sich unter Menschen bewegen und so den Transport innerhalb einer Station oder eines Wohnbereichs unterstützen können.

Die größeren dieser Roboter, die für das Tragen von Containern gedacht sind, haben jedoch oft Schwierigkeiten, in den engen Krankenhausfluren sicher und zuverlässig zum Ziel zu kommen. Kleinere Roboter erlauben dagegen nur den Transport von wenigen Einzelartikeln und bieten somit nur eine begrenzte Entlastung.

Bild zeigt eine Pflegekraft, die per Smartphone einen Transportrobober anfordert, der im Hintergrund einen Handwagen transportiert
Eine Pflegekraft kann den Transportroboter mit dem Smartphone an den gewünschten Einsatzort bestellen. (Bild: Rainer Bez / Fraunhofer IPA)

Der vom Wissenschaftler Theo Jacobs am Fraunhofer IPA entwickelte Transportroboter schließt diese Lücke. Als Unterfahrschlepper konstruiert, kann der Roboter mit seinem Fahrgestell unter verschiedene Pflegewagen oder Container fahren, diese anheben und autonom bis zu dem Patienten- oder Bewohnerzimmer bringen, in dem die Inhalte benötigt werden.

Im Gegensatz zu anderen Transportrobotern setzt das neue Gerät auf einen omnidirektionalen Antrieb mit speziellem Fahrwerk, mit dem sich der Roboter auch seitwärts bewegen kann. "Das ist wichtig, um eine schnellere Aufnahme von Lasten und das gefahrlose und zugleich zielgerichtete Fahren in engen oder voll gestellten Umgebungen zu ermöglichen", erklärt Jacobs.

"Außerdem ist das Fahrgestell in Länge und Breite variabel. So kann der Roboter Handwagen und Container verschiedener Größe und mit unterschiedlichen Radständen transportieren und braucht nur wenig Platz. Insgesamt ermöglichen die Bewegungen des Roboters einen intuitiven Umgang mit ihm, weil er sich ähnlich dem Menschen auch seitwärts bewegen kann", ergänzt Jacobs.

360-Grad-Sicherheitssensorik zum Schutz der Menschen

Damit der Roboter an Orten fahren kann, an denen sich nicht eingewiesene Personen aufhalten, ist er mit umfangreicher 360-Grad-Sicherheitssensorik ausgestattet, die Hindernisse auch nach hinten unter der Last hindurch detektiert. Kameras und Algorithmen der Bildverarbeitung erkennen aufzunehmende Wagen und ermitteln automatisch die notwendige Bewegung zum Andocken und Anheben der Last. Der Roboter muss vorab nur die ungefähre Position eines Wagens kennen, den er abholen soll.

Ein einzelner Roboter genügt auf diese Weise, um etwa den Wäschetransport für ein komplettes Pflegeheim zu automatisieren. Wenn Zeit ist, kann der Roboter weitere Transportdienste für Medikamente, Verbandsmaterial und mehr übernehmen. Zeitgesteuert können Routinetransporte ausgeführt oder spontan über ein Tablet oder Smartphone angefordert werden.

Analyse der Wirtschaftlichkeit

Ein Team des Fraunhofer-Zentrums für Internationales Management und Wissensökonomie IMW unter Leitung von Dr. Marija Radic untersuchte die Wirtschaftlichkeit des Roboters auf Basis einer Lebenszykluskostenrechnung. Diese umfasst alle Kosten, die auf den gemessenen und zukünftig erreichbaren Leistungsdaten und den Kosten des Roboters von der Anschaffung bis zur Entsorgung anfallen. Als Vergleichswert wurden die Kosten einer Hauswirtschaftskraft herangezogen, die lediglich die genannten Transporte durchführt. Diese verbringt derzeit täglich mehrere Arbeitsstunden mit dem Transport von Schmutzwäsche von allen Wohnbereichen zu einem Lagerbereich im Keller. Hinzu kommt das Verteilen von Frischwäsche auf die Wohnbereiche. »Übernimmt ein Roboter den gesamten Transport der Schmutz- und Frischwäsche, kann er bereits bei einer Abschreibungsdauer von drei Jahren wirtschaftlich eingesetzt werden. Die Wirtschaftlichkeit lässt sich noch deutlich steigern, wenn der Roboter weitere Transportdienste übernimmt«, erläutert Dr. Marija Radic, Abteilungsleiterin am Fraunhofer IMW. In diesem Szenario arbeitet der Roboter inklusive Ladevorgängen rund um die Uhr.

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