["","","smartLAB, der Prototyp des «Labor 4.0»","",""]

Unter dem Schlagwort «Industrie 4.0» halten Digitalisierung und Vernetzung Einzug in alle Bereiche der Wirtschaft. Die physische Welt verschmilzt mit der virtuellen, in manchen Branchen geht es schneller, in manchen langsamer. Grosser Aufholbedarf besteht in Laboren: Konzepte, die Einrichtung, Ausrüstung und Technik, ganz zu schweigen von der Vernetzung und Einbindung in die IT-Umgebung oder die Automatisierung von Abläufen – in allen Bereichen gilt es aufzuholen. Die grosse Anforderung an das Labor der Zukunft lautet, dass Systeme und Technologie selbst kommunizieren und Vorgänge automatisiert ablaufen. So überwacht beispielsweise ein Sicherheitsschrank das Überlaufen von Sammelbehältern, kommuniziert mit anderen Einrichtungsgegenständen und Geräten. Kameras können Labortechnik und damit Prozesse steuern. Intelligente Module schalten Geräte ein und aus. Insgesamt werden die Ab-läufe im Labor immer mehr von der eigenständigen Kommunikation der Laborgeräte untereinander gesteuert. Die Vision heisst «Labor 4.0». Ziel: Entwicklung und Standardisierung Die Vision vom intelligenten und vernetzten «Labor 4.0» will das deutsche smartLAB-Innovationsnetzwerk verwirklichen. Es wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) gefördert. Rund 20 Unternehmen und Institutionen aus Forschung und Industrie haben sich zusammengetan: Eppendorf AG, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automati-sierung (IPA), Herr M, iTiZZiMO, Köttermann, labfolder, Lorenscheit, Lupyled, PreSens Precision Sensing, Sartorius, Schmidt + Haensch, Zühlke Engineering sowie Deutsche Messe AG. Die Leitung des Projekts liegt beim Institut für Technische Chemie (TCI) der Leibniz Universität Hannover. «Im smartLAB haben wir als Unternehmen die Möglichkeit, im Verbund mit anderen die Vision einer Laborzukunft zu verwirklichen. Der Austausch unter-einander und mit den Kunden vor Ort bringt wichtige Impulse für zukünftige Projekte», erklärt Dr. Tanja Musiol, Projektleiterin Portfoliomanagement Marketing bei der Eppendorf AG. Ziel des Netzwerkes ist die Entwicklung und Standardisierung innovativer Labortechnologien und darauf basierender Applikationen und Lösungen. Mit ihrer Hilfe sollen Abläufe vereinfacht, die Qualität verbessert, die Effizienz gesteigert und gleichzeitig die Prozesssicherheit erhöht werden. Damit die Laborumgebung allen Anforderungen gerecht werden kann, müssen alle Komponenten und Funktionalitäten ineinandergreifen und Robotersys-teme viele Handgriffe übernehmen. «Dynamische, digitale Vernetzung, Automation und Robotik, integrierte funktionale Oberflächen und modulare Konzepte – im Zusammenspiel all dieser Technologien liegt die Zukunft, auch die Zukunft des Labors», bestätigt Dr. Simon Bungers, CEO von labfolder und Sprecher der smartLAB-Gruppe. Das intelligente Zukunftslabor in Hannover Einen Prototyp des «Labor 4.0» gibt es derzeit in Hannover. smartLAB heisst er und wurde als visionäres Musterlabor erstmals in 2015 auf der Labortechnikmesse Labvolution vorgestellt. Sowohl optisch als auch hinter den Kulissen geht das smartLAB neue Wege. Dem Laien fällt zunächst auf, dass das smartLAB nicht aus Tischen oder Laborbänken besteht, sondern aus einzelnen sechseckigen Waben-Modulen, jedes von ihnen 90 Zentimeter hoch. Das spart Platz und gestaltet den Aufbau des Labors flexibel. Vernetzte Geräte, Automation und Robotik, Oberflächen, die wiegen und messen können, 3-D-Drucker oder auch Datenbrillen, die Anweisungen geben und notfalls Alarm schlagen können sind wesentliche technologische Neuerungen. Das eigentlich Bahnbrechende des smartLAB aber passiert im Zusammenspiel der einzelnen Geräte und mithilfe speziell entwickelter Software. Das Labor 4.0 arbeitet komplett vernetzt, was bislang in der Labor-Realität noch die Ausnahme ist. «Das smartLAB-Projekt hat nicht nur für die Laborbranche in Deutschland, sondern auch weltweit Vorbildcharakter», bestätigt Professor Dr. Thomas Scheper, Leiter des TCI. «Im smartLAB vernetzen wir einzelne technologische Komponenten so, dass alle Arbeitsläufe digital unterstützt und damit nicht nur einfacher, sondern auch sicherer werden.» Innovation Center für Laborautomatisierung Neue Technologien für ein smartes Labor der Zukunft entwickelt, gemeinsam mit Partnern aus der Industrie, auch das Fraunhofer IPA. Ort des Geschehens ist das Innovation Center für Laborautomatisierung Stuttgart, kurz nICLAS. Unter den Projektteilnehmern sind industrielle Anwender und Entwickler sowie Partner, welche die Brücke zu Forschung und akademischer Ausbildung schlagen. «Das fächerübergreifende Aufgabenfeld erfordert ein multidisziplinäres Team, um erfolgreich im internationalen Wettbewerb zu bestehen. Wir freuen uns daher, mit den Unternehmen Precise Automation, Tecan, Liconic, Thermo Fisher Scientifc, Promega sowie Festo starke Partner gefunden zu haben, die uns neueste Geräte und innovative Technologien zur Verfügung stellen», freut sich nICLAS-Projektleiter Mario Bott vom Fraunhofer IPA. Der Hintergrund: Automatisierung wird derzeit nur in einem Bruchteil der Labore weltweit forciert. Ein Grund hierfür sind strenge Regularien sowie multivariante, nicht-standardisierte Prozesse im Laboralltag. «Die Proben und Produkte im Labor unterliegen strengsten Qualitätsanforderungen. Für Unternehmen ist es entsprechend teuer und aufwändig, neue Technologien zu etablieren», so Mario Bott. Ausserdem galt die manuelle Arbeitsumgebung der Labore viele Jahre lang als Vorteil. Man war der Ansicht, damit sei man schneller und flexibler. Auf dem Weg zur vernetzten Datenfabrik Allmählich findet auch bei Unternehmen ein Umdenken statt. «Labore an zentralen Schnittstellen im Unternehmen werden immer mehr zu vernetzten Datenfabriken: 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», betont Mario 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.» Kooperative Forschung und Entwicklung Erste Impulse und Denkanstösse liefert das nICLAS-FutureLab bereits. Ein Beispiel: intelligentes Tracking. Am Fraunhofer IPA wurde ein Trackingsystem entwickelt, das Handbewegungen mit 3D-Bildverarbeitung automatisch dokumentiert und auswertet. Eine 3D-Kamera, die über einer Sterilbank angebracht ist, zeichnet die Handbewegungen der Mitarbeiter auf und leitet die Daten live an ein Informationssystem weiter. Hier werden sie mit Bewegungserkennungsalgorithmen ausgewertet, klassifiziert und in ein Protokoll überführt. Das System erfasst somit lückenlos und ganz genau jeden einzelnen Prozessschritt. Das spart Zeit, entlastet die Mitarbeiter und liefert bessere Ergebnisse. Ein weiterer Vorteil: Das Trackingsystem kommt mit einfacher Soft- und Hardware aus und eignet sich daher auch für kleine Labore. Auch bei «TeachIT», einer weiteren Lösung der IPA-Wissenschaftler, werden in kürzester Zeit Laborrobo­ter angelernt. Dafür werden die Multi­- titterplatten in der Arbeitsfläche mit Barcodes ausgestattet. Eine 3D-Kamera am Roboterarm er-kennt die Markierung und zeigt dem Roboter, wohin er greifen muss. Initiative SiLA für einheitliche Standards In vielen Laboren der Biotechnologie, Pharmazie und Diagnostik existieren hoch spezialisierte, heterogene Gerätelandschaften. Da die zugrundeliegenden IT-Strukturen jedoch meistens historisch gewachsen sind, können die Geräte gar nicht oder nur unzureichend koordiniert werden. Die Lösung für dieses Problem sind Gerätetreiber und Plattformen, die einheitlichen Standards entsprechen. Da sie sich mit Produkten aller Hersteller «verstehen», ermöglichen sie die gewünschte Integration der heterogenen Komponenten. Um zukunftsfähige IT-Lösungen für automatisierte Labors entwickeln zu können, engagieren sich derzeit Systemhersteller, Softwaredienstleister, Systemintegratoren sowie Pharma- und Biotechunternehmen im Rahmen der SiLA-Initiative (Standardization in Lab Automati-on) für verbindliche Standards. Ziel dieser Ini­tiative ist eine reibungslose Integration von Laborgeräten und IT-Systemen unterschiedlicher Hersteller. Dafür braucht es einheitliche Kommunikationsschnittstellen, Gerätetreiber sowie Laborverbrauchsmaterialien. Die Mitglieder des Non-Profit-Konsortiums entsenden hoch spezialisierte Experten in verschiedene technische Arbeitsgruppen, um gemeinsam verbindliche Standards zu entwickeln. Nach Auskunft des Fraunhofer Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (Fraunhofer IPA), ebenfalls Mitglied im SiLA-Konsortium, müssen Hersteller von Geräten und Komponenten die SiLA-Konformität ihrer Entwicklungen zertifizieren lassen. Das Institut bietet dazu sowohl eine erste Beratung als auch eine anschliessende automatische Konformitätsprüfung und Zertifizierung an. www.achema.de