Die heutige digitale Revolution – Industrie 4.0, Big Data, Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) und intelligente Konnektivität – verändert die Arbeitsumgebungen von Grund auf. Während einige Branchen ihre Prozesse bereits tiefgreifend verändert haben, stehen andere, wie die Forschung, noch ganz am Anfang. Es zeichnen sich große technologische Umwälzungen ab, die die Forschung stark beeinflussen könnten. Wir von Alcimed geben in diesem Artikel einen Überblick über die Technologien, welche den Forschungsalltag verändern könnten.
Die ersten Schritte zur Digitalisierung des Labors sind noch sehr subtil und beschränken sich häufig auf die Einführung eines digitalen Laborjournals. Auch wenn das Labor von Tony Stark in der Iron-Man-Saga ein Science-Fiction-Labor bleibt, stehen den Forschungszentren heute einige grundlegende Elemente zur Verfügung.
Heutzutage sind Sprachassistenten wie Siri, Alexa und Google Home der breiten Öffentlichkeit bekannt und werden in unserem Privatleben häufig verwendet, um Musik abzuspielen, den Wetterbericht abzufragen oder einen Timer einzustellen. Während ein Forscher physisch mit etwas hantiert, könnte er in Echtzeit mit diesen Sprachassistenten interagieren, um auf Versuchsabläufe zuzugreifen, die Ergebnisse eines früheren Experiments zu suchen oder Sprachnotizen zum laufenden Experiment aufzunehmen. „Die Entwicklung solcher Funktionen erfordert die Implementierung benutzerdefinierter Datenbanken und das Erlernen einer neuen Semantik“, erklärt Vincent Pessey, Projektleiter bei Alcimed. Einige Unternehmen haben beschlossen, sich in diesem Nischenmarkt zu entwickeln, wie das amerikanische Start-up Helix AI, das einen Sprachassistenten speziell für Labors anbietet, der auf dem Alexa-System von Amazon basiert.
AR ermöglicht die interaktive Darstellung von Daten in Echtzeit in einer realen Umgebung. Apprentice Field Suite (AFS) ist ein Pionier dieser bahnbrechenden Technologie für Laboranwendungen, insbesondere in der biopharmazeutischen Industrie. Die AFS-Technologie kombiniert intelligente Brillen mit Software, um Experimente aus der Ferne zu verfolgen, Geräteinformationen anzuzeigen, Versuchsprotokolle zu projizieren und Experimente automatisch aufzuzeichnen, so dass der Forscher beide Hände für andere Aufgaben frei hat.
Heutzutage wird diese Projektion durch tragbare Geräte wie Brillen oder Tablets ermöglicht und ist daher recht einschränkend, da der Forscher ein unbequemes Gerät tragen muss. Es zeichnet sich jedoch eine interessante Alternative ab: die Abschaffung der Brille oder des Tablets durch die Entwicklung eines unabhängigen Systems, genauer gesagt einer Art Projektor, der die Visualisierung von Informationen auf jeder beliebigen Oberfläche ermöglicht. Diese Technologie wird allmählich eingesetzt, insbesondere zur Erleichterung von Montagearbeiten, wie das AR-Tool Light Guide Systems (LGS), das von der amerikanischen Firma OPS Solutions, LCC, entwickelt wurde.
Cobots, d. h. Roboterarme, die mit dem Bediener interagieren können, könnten im Labor der Zukunft eine wichtige Rolle spielen, insbesondere bei der Ausführung sich wiederholender oder heikler Aufgaben, die eine sehr hohe Reproduzierbarkeit erfordern. Diese kollaborierenden Roboter sind für ihre Präzision, Zuverlässigkeit und hohe Ausführungsgeschwindigkeit bekannt. Der Einsatz dieser Roboterarme in Laborumgebungen ist noch begrenzt, aber zwei Cobots von Universal Robots werden bereits für die Handhabung und Sortierung von Blutproben in einem medizinischen Analyselabor des Krankenhauses Gentofte in Dänemark eingesetzt. Das tschechische Unternehmen REPLAC-BM, das auf dem Markt für Farben und Lacke tätig ist, hat ebenfalls einen Cobot von Universal Robots erworben, um Farbkontrolltests mit einem Spektralphotometer durchzuführen. Bei diesen Beispielen arbeitet der Roboter mit dem Techniker zusammen, um ihn von sich wiederholenden Aufgaben zu entlasten und ihm die Möglichkeit zu geben, sich auf die Tätigkeiten zu konzentrieren, bei denen die menschliche Genauigkeit nach wie vor unerlässlich ist.
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Neben diesen neuen Ansätzen wird die Digitalisierung des Labors unweigerlich den Einsatz vernetzter Geräte oder Instrumente mit sich bringen. Einige Beispiele für mögliche Anwendungen vernetzter Objekte im Labor der Zukunft sind Verfolgung von Proben durch RFID-Etiketten, Echtzeitüberwachung der Laborumgebung (Temperatur, Feuchtigkeit usw.), Verwaltung von Geräten in Echtzeit über eine einzige Plattform, Steuerung von Fernexperimenten oder automatische Aufzeichnung von Versuchsdaten durch Instrumente, die mit Pipetten verbunden sind. In diesem Segment sind zahlreiche Unternehmen tätig, darunter Gao RFID INC, Monnit, Tetrascience, Cubuslab, Elemental Machines, Gilson und Thermofisher.
„Die Transparenz und Reproduzierbarkeit der Forschung, die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Daten, die schnelle Identifizierung von Faktoren, die den reibungslosen Ablauf eines Experiments beeinträchtigen können, und die gemeinsame Nutzung von Daten sind Herausforderungen, denen sich die Forscher stellen müssen und die nur durch die digitale Transformation des Labors erfolgreich bewältigt werden können“, fasst Vincent Pessey, Projektleiter bei Alcimed, zusammen.
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