Technologien für das smarte Labor der Zukunft

Im Innoavtion Center nICLAS entwickeln die Mitglieder Technologien für das smarte Labor der Zukunft. Hier zu sehen: die automatisierte Herstellung von Hautzellen in der Tissue Factory. / At the Innovation Center nICLAS, members develop technologies for the smart lab of the future. Seen here: automated manufacturing of skin cells at the Tissue Factory.

Moderne Labore gleichen in ihren Strukturen heute oftmals noch einer klassischen Manufaktur. Geräte und Prozesse sind nicht vernetzt und die kostbare Probe wird meist händisch von den Mitarbeitern prozessiert. Lange Zeit reichte dieser Aufbau aus, um die Innovationskraft der Labore auszuschöpfen. Heutzutage generieren sie jedoch vielfach größere Datenmengen, denen das bekannte Vorbild nicht mehr gewachsen ist. Im Innovation Center für Laborautomatisierung Stuttgart, kurz nICLAS, entwickelt das Fraunhofer IPA gemeinsam mit Partnern aus der Industrie neue Technologien für ein smartes Labor der Zukunft. Beim nICLAS-Forum am 23. März 2017 in Stuttgart stellte sich das Team erstmals vor.

Automatisierungslösungen werden derzeit nur in einem Bruchteil der Labore weltweit eingesetzt. Ein Grund hierfür sind strenge Regularien sowie multivariante, nicht-standardisierte Prozesse im Laboralltag. »Die Proben und Produkte, die in Laboren prozessiert werden, unterliegen strengsten Qualitätsanforderungen. Für Unternehmen ist es entsprechend teuer und aufwendig, neue Technologien zu etablieren«, meint nICLASProjektleiter Mario Bott vom Fraunhofer IPA. Außerdem galt die manuelle Arbeitsumgebung der Labore viele Jahre lang als Vorteil, denn hier lassen sich Prozesse vermeintlich schneller und flexibler anpassen als mit automatisierten Geräten und Plattformen.

Labore werden zu Datenfabriken

Allmählich findet bei den Unternehmen ein Umdenken statt: »Labore werden immer mehr zu vernetzten Datenfabriken, die an zentralen Schnittstellen im Unternehmen stehen: sei es als Diagnostiklabor, in der Lead-Discovery für neue Medikamente oder in der Qualitätssicherung und Produktfreigabe. Sie generieren Informationen, die für die Unternehmenssteuerung äußerst wertvoll sind«, informiert Bott. Darüber hinaus stellt die wachsende Personalisierung von Produkt und Prozess durch personalisierte Diagnostik und Therapie die Labore vor neue Herausforderungen. Um die aufkommende Komplexität beherrschbar zu machen, müssen nachhaltige, modulare Lösungen für Hard- und Softwaresysteme entwickelt werden. Hier setzt nICLAS an.

Das Innovation Center auf dem Fraunhofer-Campus in Stuttgart bietet Unternehmen und Forschungseinrichtungen eine Plattform, sich zu vernetzen und gemeinsam innovative Technologien und Automatisierungslösungen zu entwickeln. Unter den Projektmitgliedern sind industrielle Anwender und Entwickler vertreten sowie Partner, die die Brücke zu Forschung und akademischer Ausbildung schlagen. »Das fächerübergreifende Aufgabenfeld benötigt ein multidisziplinäres Team, um erfolgreich im internationalen Wettbewerb zu bestehen. Wir freuen uns daher, mit den Firmen Precise Automation, TECAN, Liconic, Thermo Fisher Scientifc, Promega sowie Festo starke Partner gefunden zu haben, die uns beispielsweise neueste Geräte und innovative Technologien zur kooperativen Entwicklung zur Verfügung stellen«, freut sich der Projektleiter. Damit greife das Team stets auf das neueste Equipment und die erforderliche Expertise zurück, um die Grundlagen für das Labor von morgen zu schaffen.

Virtuelle Labore und vernetzte Forschung

Erste Impulse und Denkanstöße durch das sogenannte nICLAS-FutureLab gibt es bereits. Im Bereich der Intralogistik werden z. B. Anwendungen für das Tracking von Materialien entstehen. »Auf diese Weise ist die Position kostbarer Proben oder Patientenmaterial stets bekannt. Das digitale Abbild kann für Planung, Prozessüberwachung und Dokumentation eine wertvolle Assistenz für die Laborkräfte bilden«, schildert Bott. Ein zweiter Schwerpunkt stellt die Mensch-Maschine-Interaktion im regulierten Umfeld dar. Mit TeachIt soll zum Beispiel der Einlernprozess für Roboterlösungen drastisch vereinfacht werden. Zudem geht das Projektteam der Frage nach, wie sich Augmented Reality zur Unterstützung in regulierten Prozessen einbringen lässt. »In vielen Laboren ist das handschriftliche Laborbuch weiterhin zentrale Informations- und Dokumentationsschnittstelle. Mit Augmented Reality könnten sich die Mitarbeiter in Zukunft die benötigten Informationen bedarfs- und personenbezogen anzeigen lassen«, informiert Bott. Darüber hinaus widmen sich die Experten der Frage, wie durch serviceorientierte Plattformen eine Virtualisierung von Laborprozessen erfolgen kann. Mit Cell-Share wird beispielsweise die Bestellung von Zellsystemen per Lab-Store erprobt. Das Ergebnis kommt unkompliziert, schnell und kostengünstig zum Kunden.

Die Fraunhofer-Gesellschaft legt mit einer Anschubfinanzierung von mehr als 600 000 Euro die Basis für nICLAS. Interessierte Unternehmen und Forschungseinrichtungen können sich der Gemeinschaft anschließen, um gemeinsam das Laborumfeld von morgen zu gestalten. Die Auftaktveranstaltung am 23. März 2017 gab erste Einblicke in nICLAS und ermöglichte es den Teilnehmern, die Projektpartner persönlich kennenzulernen.