18. März 2019 
 
9. Mai 2017

Labor 4.0: Vernetzt und interaktionsfähig

Vollständig vernetzt, interaktionsfähig und individuell anpassbar: Das smartLAB schafft die Voraussetzungen für die intelligente Laborumgebung der Zukunft. Auf der Labvolution ist das Labor 4.0 zentrales Thema auf der smartLAB-Konferenz. DIE MESSE sprach mit Dr. Sascha Beutel vom Institut für Technische Chemie der Leibniz Universität Hannover über die Details.

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Herr Dr. Beutel, das Labor der Zukunft rücken Sie in Hannover auf der smartLAB-Konferenz in den Mittelpunkt. Wodurch zeichnet sich das intelligente „Labor 4.0“ aus?

Das smartLAB stellt den ersten Ansatz überhaupt dar, eine vollständig vernetzte, interaktionsfähige und individuell anpassbare Laborumgebung zu etablieren. Hierbei organisiert ein Labormanagementsystem (LIMS) die bidirektionale Ansteuerung aller Laborgeräte und ein digitales Laborjournal die strukturierte Archivierung aller erzeugten Daten.

Das etablierte System ist dazu in der Lage, über geeignete Mittlermodule auch ältere Bestandsgeräte, mit zum Beispiel analogen Schnittstellen, in den Aufbau zu integrieren, und erlaubt darüber hinaus eine direkte Interak­tion des Nutzers mit den Systemkomponenten über geeignete frontend-Systeme. Der gesamte smartLAB-Laboraufbau ist zudem modular, so dass er sich im Sinne des aus der Industrie entlehnten ballroom-Konzeptes nach den Bedürfnissen beziehungsweise Arbeitsvorgängen individuell umstrukturieren lässt.

Und besonders wichtig: Durch Funktionalisierung der einzelnen Wabenmodule und Integration von Laborgeräten wie Rührern, Waagen oder Sensoren direkt in die Oberfläche der Module erhält der Nutzer endlich wieder eine unverbaute Oberfläche für seine praktischen Laborarbeiten. Zusätzlich werden natürlich auch viele zukunftsweisenden Technologien im smartLAB aufgegriffen, thematisiert und getestet, wie zum Beispiel die Unterstützung durch für die Mensch-Maschine-Interaktion zugelassene Robotik, der Einsatz von 3D-Druck für die Herstellung individualisierter Materia­lien oder die Modifizierung von Laboroberflächen, um schmutz- oder wasserabweisende beziehungsweise selbstreinigende Oberflächen zu erzeugen. Wir verstehen uns als Plattform für die Testung innovativer Konzepte, die Zukunftstechnologien für die Laborumgebung adaptiert und so eine realistische Vision des Labors der Zukunft entwirft und aufzeigt.

Im Mittelpunkt stehen in diesem Jahr Themen wie Visualisierung, Interaktion und Kommunikation. Was bedeutet das konkret?

Insbesondere die Aspekte Visualisierung, Interaktion und Kommunikation sind aus unserer Sicht Kernelemente einer gelungenen smarten Laborumgebung. Denn nur eine geeignete und zeitnahe Visualisierung bietet dem Nutzer eine direkte Interaktionsmöglichkeit. Wir haben uns hier für eine Laborschutzbrille mit Datenbrillenfunktion entschieden, die zum Einen alle relevanten Informationen direkt ins Sichtfeld des Nutzers einblenden kann und es dem Nutzer zum anderen erlaubt berührungsfrei per Sprach- oder Gestensteuerung mit dem System zu interagieren. Zusätzlich wird es so möglich, auch geräteunabhängige Informationen wie zum Beispiel arbeitssicherheitsbezogene Informationen zu Chemikalien (GHS-Warnhinweise, H- und P-Sätze) als augmented reality-Funktion zu integrieren oder die Kamerafunktion der Datenbrille für eine Videodokumentation zu nutzen.

Darüber hinaus und unabhängig vom grundlegenden smartLAB-Konzept möchten wir für die smartLAB-Messepräsentation in diesem Jahr auch eine noch bessere Interaktivität mit dem Messebesucher erreichen. Der Zuschauer soll das smartLAB im besten Sinne „begreifen“ können, so dass wir viele Elemente entwickelt haben, die der Besucher selbst ausprobieren kann, wie zum Beispiel eine Datenbrillenapplikation, eine Logistik-App oder die Testung innovativer Oberflächenbeschichtungen. Über eine zusätzliche Twitter-Socialmedia wall (@smartLAB2017) erhoffen wir uns weiterhin ein direktes Feedback, beziehungsweise Kritik und Anregungen für die Weiterentwicklung unseres smartLAB-Ansatzes.

Drei Anwendungsszenarien werden auf der Konferenz diskutiert und auf der Messe zu sehen sein. Was veranschaulichen die use-cases?

Die use-cases sind Fallbeispiele typischer Laborarbeiten, anhand derer wir das Potential der smartLAB-Laborumgebung aufzeigen wollen. In diesem Jahr zeigen wir den Start einer Bioreaktorkultivierung, die Analyse einer Bodenprobe auf Phosphat sowie die Testung von Popcorn auf enthaltenen Genmais.

Diese drei use-cases stehen exemplarisch für grundlegend verschiedene Anwendungsgebiete, in diesem Fall Biotechnologie, agrarische beziehungsweise Umweltanalytik sowie molekularbiolo­gische Lebensmittelanalytik und zeigen so das Potential für alle Laborbereiche auf. Die Beispiele wurden darüber hinaus auch aufgrund ihrer gesellschaftlichen Aktualität ausgewählt, etwa in Bezug auf kritische Phosphatbelastungen von Böden oder die Präsenz gentechnisch veränderter Organismen in unserer Nahrung.

Die Durchführung der use-cases wird hierbei vollständig digital unterstützt durchgeführt, so dass alle innovativen Elemente des smartLAB-Aufbaus genutzt werden und dem Zuschauer so anschaulich das Potential einer smarten Laborumgebung veranschaulicht wird.

Die Standardisierung von Labortechnologien ist ein Kernziel der smartLAB-Initiative. Welche Hürden sind noch zu meistern, damit sich alle Komponenten untereinander verstehen?

Tatsächlich ist die Standardisierung der Labortechnologien, beziehungsweise genauer gesagt, der Schnittstellenprotokolle der Laborgeräte, ein wichtiges Thema, um Technologien schnell und einfach in das Netzwerk einzubinden. Ein Traum wäre eine klassische plug&play-Funktionalität, um schnell und einfach neue Geräte einzubinden. Es existieren hierfür auch schon verschiedene Ansätze, wovon wir mit unserem Partner Fraunhofer IPA und dem dort entwickelten SiLA-Standard auch eines im smartLAB präsentieren, allerdings können wir als smartLAB-Initiative hier nur versuchen, Überzeugungsarbeit zu leisten, denn letztlich sind hier die Hersteller gefordert, sich dem Wettbewerb zu öffnen und sich auf einen Standard zu verständigen.

Unser Ansatz im smartLAB ist daher im Moment eher, mit dem aktuellen Zustand umzugehen, das heißt von heterogenen Schnittstellen und älteren, teilweise analogen Bestandsgeräten im Labor auszugehen und Lösungen für die aktuelle Situation zu erarbeiten, etwa in Form des oben genannten Mittler- oder Konnektormoduls, das in der Lage ist, verschiedenste Schnittstellenprotokolle für das LIMS zu vereinheitlichen.

Ein Blick voraus: Welche weiteren neuen Optionen eröffnen sich der Wissenschaft und der Industrie zukünftig mit einem smarten Labor?

Das smarte Labor wird sich aus meiner Sicht durchsetzen, wenn es gelingt, eine kritische Anzahl sogenannter workflows, also strukturierter Arbeitsabläufe, digital umzusetzen und diese für Nutzer in Form einer Applikationsdatenbank zugänglich zu machen. Denn noch ist die Programmierung dieser workflows, bei uns exemplarisch in Form der use-cases dargestellt, händisch und somit sehr aufwändig.

Daher sehe ich die Adaptierung smarter Laborumgebungen zunächst vor allem im Bereich stark repititiver Arbeiten, zum Beispiel in Analysen- oder Qualitätssicherungslaboren, in denen wiederkehrende workflows standardisiert abgearbeitet und dokumentiert werden müssen und weniger in wissenschaftlichen Forschungslaboren, wo fast jedes Experiment individuell ist und meist nur einmal durchgeführt wird. Hierfür lohnt sich der Aufwand für eine umfängliche Programmierung der workflows in der Regel nicht.

Einzelne Aspekte des smartLABs aber, wie zum Beispiel die Individualisierung von Labormaterialien mittels 3D-Druck oder die Kombination von Laborwaage mit einem Autodosagesystem, sind aber auch für den Forschungsbereich hoch interessant, so dass auch für diese Bereiche zukunftsweisende Inhalte durch die smartLAB-Initiative generiert und aufgezeigt werden.

http://www.uni-hannover.de

http://www.labvolution.de

 

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