El laboratorio inteligente del futuro

En el laboratorio moderno se vislumbra un cambio de paradigma. Con la creciente complejidad de los procesos de laboratorio, las soluciones de automatización se vuelven imprescindibles. Además, el aumento constante de los requisitos legales y regulatorios hace necesaria una conexión adecuada. Los dispositivos inteligentes de laboratorio son los impulsores de innovación en el laboratorio del futuro.

Las soluciones integradas de automatización y digitalización serán presentadas de manera cercana a los usuarios por expertos en la analytica en Múnich, del 10 al 13 de mayo de 2016. Se presentarán en teoría y práctica las herramientas, software y soluciones de red correspondientes, que crean las condiciones previas para un laboratorio inteligente.

Las soluciones de tecnología de la información orientadas al futuro abren en el laboratorio oportunidades y desafíos hasta ahora inimaginados. Los grados de automatización desarrollados de manera óptima y los módulos de dispositivos integrados para capacidades dinámicas permiten un diseño de procesos eficiente y reproducible, es decir, validable, con una gestión integral de datos. Es necesario transferir los procedimientos manuales a procesos automatizados e integrar los sistemas de gestión de información de laboratorio (LIMS) existentes para hacer que el laboratorio sea aún más eficiente. Los sistemas inteligentes de laboratorio y una conexión individual, así como la integración sostenible del laboratorio en la estructura empresarial, aumentan no solo la flexibilidad sino también la rentabilidad de una empresa.

Precisamente en el laboratorio industrial orientado al crecimiento, se trata de mejorar la eficiencia, optimizar las estructuras y aumentar la flexibilidad. Los requisitos y factores clave para alcanzar estos objetivos son los sistemas de análisis con tecnología de comunicación de alta resolución, soluciones de automatización funcionales para garantizar parámetros de reacción y calidad del producto, así como una rápida disponibilidad de datos y una gestión eficiente de los mismos.

Las tecnologías futuras importantes tienen su lugar en la cadena de valor del laboratorio. En el contexto de la digitalización creciente, en el laboratorio del futuro se deben repensar diversos procesos y estructuras. El inicio de esta nueva fase de desarrollo en el laboratorio requiere soluciones de automatización complejas y holísticas. La cantidad de dispositivos de laboratorio con capacidad de red y funciones inteligentes, llamadas Smart-Funktionen, crecerá rápidamente. El Laboratorio 4.0 comienza a hacerse realidad.

El laboratorio del futuro requiere la capacidad de comunicación sin restricciones de los sistemas de laboratorio. El objetivo es garantizar diversas funciones adicionales flexibles mediante la disponibilidad continua de datos, incluso en procesos de prueba supervisados. Los módulos inteligentes ya controlan hoy en día los sistemas de dispositivos, encienden automáticamente los dispositivos de laboratorio y regulan diversos procedimientos en el laboratorio. Por ejemplo, un armario de seguridad puede supervisar y regular automáticamente el desbordamiento de los recipientes de recolección o comunicarse con otras partes del armario y dispositivos. Cámaras integradas en las diversas herramientas de tecnología de laboratorio controlan de manera inteligente los objetos en su entorno. En el futuro, la comunicación entre los dispositivos de laboratorio adquirirá una importancia creciente.

El laboratorio inteligente representa una nueva era en el laboratorio. Las tecnologías existentes deben adaptarse para ser viables en el futuro, y las redes de datos altamente disponibles son imprescindibles. La avalancha de datos debe ser utilizada de manera significativa. La transmisión rápida y segura de grandes volúmenes de datos y las redes basadas en IP requieren un manejo económico de los datos.

Puente entre Ciencias de la Vida y Tecnología de Automatización

El equipo de investigación dirigido por Andreas Traube, jefe del departamento de automatización de laboratorio y tecnología de bioproducción en el Instituto Fraunhofer para Tecnología de Producción y Automatización IPA, desarrolló enfoques innovadores para la conexión de procesos de laboratorio y análisis en la cadena de valor, desde la logística de muestras hasta la documentación. Se transfirieron experiencias del gestión LEAN y la optimización de procesos al laboratorio con el objetivo de aumentar de manera sostenible la eficiencia de todos los procedimientos y, por ende, la capacidad del laboratorio. Con la implementación exitosa, el equipo de investigación logró, de manera ejemplar, construir un puente entre las Ciencias de la Vida y la tecnología de automatización. “Estamos convencidos de que los laboratorios de ciencias de la vida pueden ser mucho más eficientes mediante la interacción de soluciones organizacionales y técnicas. El Fraunhofer IPA ofrece soluciones específicas para todo el flujo de trabajo de un LEAN Lab y apoya en la implementación y en desarrollos técnicos”, explica Traube.

“Vivimos en una época en la que los productos cada vez son más personalizados. Como resultado, los laboratorios para la investigación y prueba de productos en diversos sectores se convierten en un factor clave en la creación de productos”, pronostica Traube. “La conexión de los elementos esenciales del laboratorio, como procesos, análisis de datos, dispositivos y personal, constituye el elemento central para un laboratorio inteligente y eficiente”, explica Traube y ofrece una visión del futuro. “Las bases tecnológicas para esto ya existen. Estas tecnologías influirán y cambiarán significativamente el laboratorio en los próximos años.”

El Laboratorio 4.0 desde la perspectiva del sector

En general, se pueden distinguir dos tipos de laboratorios: el laboratorio de investigación académica y el laboratorio industrial de investigación o control de calidad. Para el primero, el Dr. Frank Schleifenbaum, director de marketing de Berthold Technologies, ve una menor necesidad de automatización de laboratorio, ya que las aplicaciones son poco estandarizadas y recurrentes. En cambio, ve un enfoque en la conexión del equipamiento de laboratorio, que puede ir desde un sistema automatizado de adquisición de químicos y material de laboratorio, hasta un intercambio de datos directo entre análisis (LIMS) y libros de laboratorio totalmente automatizados. “Para tal integración, se requieren interfaces correspondientes en hardware, electrónica y software”, afirma Schleifenbaum. “Idealmente, todos los dispositivos deben tener acceso a la red y comunicarse mediante un protocolo estandarizado, por ejemplo, SILA. En investigación, sin embargo, siempre debe existir la posibilidad de intervención del usuario en el proceso. Podrían considerarse dimensiones estandarizadas de los dispositivos. Por ejemplo, dimensiones normalizadas en una escala definida, para que el laboratorio, por ejemplo mediante mesas móviles, pueda adaptarse fácilmente al flujo de trabajo correspondiente.” Las demandas para laboratorios de rutina y análisis en la industria son diferentes. Aquí, no se prioriza la flexibilidad, sino la fiabilidad, el rendimiento y la prevención de errores. “En cualquier caso, debe existir un manejo automatizado de muestras, y la documentación de datos debe ser completamente automática. Los dispositivos intercambian datos y muestras entre sí, sin intervención manual. Las interfaces estandarizadas permiten combinar la centralización y la descentralización de laboratorios”, continúa Schleifenbaum. “Evaluaciones complejas de datos (‘Big Data’) pueden ser delegadas a potentes clústeres de computación, los datos se almacenan de forma centralizada y se correlacionan entre sí”, explica. “A pesar de toda la estandarización de los procesos de laboratorio, las interfaces uniformes ofrecen la posibilidad rápida de adaptar el laboratorio a otras tareas rutinarias.

Big Data

El Laboratorio 4.0 permite la captura y vinculación de grandes volúmenes de datos. “Por ello, deben impulsarse innovaciones que puedan generar automáticamente y de manera rápida esta gran cantidad de datos (‘High Throughput Screening’ y ‘Big Data’). Sin embargo, las interfaces deben estar definidas. Para ello, debe existir una normativa vinculante de una autoridad reguladora. Un consorcio informal de proveedores de laboratorios probablemente no será suficiente”, afirma Schleifenbaum. “La protección de datos será un tema importante al que la tecnología de redes deberá enfrentarse. La comunicación entre dispositivos debe ser tan sencilla que el usuario pueda crearla y ajustarla de manera autónoma.” La evaluación automática de datos debe ser capaz de aprender, es decir, buscar relaciones por sí misma, detectar dependencias y representarlas. Esto no reflejaría el procedimiento manual del usuario, sino que lo ampliaría. Según Schleifenbaum, esto proporcionará al usuario un entorno de laboratorio flexible, que puede adaptarse individualmente a las necesidades actuales, además de ofrecer un aumento en la calidad de los resultados analíticos y la posibilidad de capturar, organizar y evaluar automáticamente mayores volúmenes de datos.

Soluciones específicas del sector en la analytica en Múnich

En la analytica, que se celebra del 10 al 13 de mayo en Múnich, más de 1.100 expositores de todo el mundo mostrarán nuevos productos y métodos, también relacionados con el laboratorio del futuro. El Dr. Gunther Wobser, socio gerente de LAUDA, ve los desafíos del Laboratorio 4.0 en que “los dispositivos deben comunicarse entre sí”. LAUDA ofrece termostatos y circuladores con diferentes interfaces. Ofrecemos controladores para sistemas de automatización de laboratorio integrados de forma gratuita y nos encargamos del mantenimiento remoto para garantizar su disponibilidad permanente. “En la analytica, LAUDA presenta una novedad. Nuestra gran innovación en dispositivos en la analytica se llama PRO. Por primera vez, ofrecemos termostatos optimizados para aplicaciones en baños y termostatos para intercambiadores externos. La unidad de control es completamente independiente del termostato y puede colocarse de forma flexible donde sea necesario”, explica Wobser.

Además, nexygen® realiza su segunda presentación pública en la analytica y presenta ideas y desarrollos del laboratorio del futuro. nexygen® – THE NEXT GENERATION LAB es una iniciativa de las empresas Köttermann, Memmert, Hirschmann, 2mag y Sartorius. Los fabricantes alemanes de productos y servicios relacionados con el laboratorio han reconocido que las tendencias en el laboratorio, además de la miniaturización y automatización, incluyen un uso óptimo del espacio, reducción de costos operativos, intercambio de datos sencillo entre dispositivos y aumento de la flexibilidad y movilidad.

Conclusión

El Laboratorio 4.0 revoluciona el mundo del laboratorio, desde la logística de muestras hasta la gestión de datos, y permite enfoques innovadores para procesos personalizados. Big Data, computación en la nube, el Internet de las cosas y el Internet móvil jugarán un papel decisivo en el futuro para garantizar un crecimiento sostenible.