BioSensoLab - Labor biologique à emporter

Unité de laboratoire mobile avec dispositif de levage intégré pour châssis de camion standard. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel / Mobile laboratory unit with integrated lifting device for a standard truck chassis. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel

Deux postes de sécurité modulaires de classe II pour les travaux BSL-2. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel / Two modular class II safety workbenches for BSL-2 work. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel

Le laboratoire offre un espace pour jusqu'à sept postes de travail entièrement équipés. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel

Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour la Technologie Biomédicale IBMT ont développé le laboratoire biologique mobile « BioSensoLab », avec lequel ils peuvent présenter aux clients de nouvelles innovations et les tester ensemble – sur place dans l'entreprise. Ces nouvelles technologies concernent notamment des capteurs intelligents, couplés à une analyse par intelligence artificielle.

« Ne changez pas un système qui fonctionne » – cela s'applique particulièrement aux entreprises. Avant d'adopter de nouvelles méthodes dans leur production en cours et de risquer ainsi des arrêts de production, elles doivent tester et expérimenter ces procédés de manière approfondie. Et cela de préférence sur place. Cependant, les conditions ne sont pas toujours adaptées à cela. La proximité géographique devient encore plus importante lorsqu'il s'agit d'intelligence artificielle, IA, en combinaison avec des données sensibles. En effet, l'IA doit d'abord être entraînée avec des données appropriées pour pouvoir évaluer ultérieurement les données de capteurs recueillies et prendre des décisions en conséquence. Pour cela, les données sont souvent transférées via Internet vers le cloud. Cependant, les entreprises préfèrent souvent garder ces données sensibles en interne.

Plateforme de travail mobile « BioSensoLab »

Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer IBMT ont développé une solution à cet effet. « Avec notre plateforme de travail mobile « BioSensoLab », nous pouvons présenter directement chez le client de nouvelles technologies, par exemple dans le domaine de la production de cellules souches, et les appliquer ensemble », explique le Dr Thomas Velten, chef de groupe au Fraunhofer IBMT. « Les données sensibles n'ont pas besoin de quitter l'entreprise – le laboratoire peut par exemple être installé dans une salle de production sur le site de l'entreprise. » En effet, il offre avec une longueur de 7,8 mètres, une largeur de 2,5 mètres et une hauteur de trois mètres suffisamment d'espace pour des analyses biologiques et autres, tout en prenant peu de place. Conçu comme un laboratoire de niveau S2, il est utilisable pour des questions biologiques. Le niveau de sécurité 2 inclut le travail avec des micro-organismes pouvant présenter un danger potentiel pour le personnel de laboratoire et l'environnement. Des exemples de ces substances sont Salmonelles, agents herpès ou virus de la grippe. Les laboratoires S2 disposent généralement d'un contrôle d'accès et de dispositifs pour contenir les gaz et liquides infectieux.

De plus, l'infrastructure numérique du « BioSensoLab » est conçue pour permettre une intégration dans les systèmes informatiques et les installations de production existants. L'aménagement intérieur modulaire peut être adapté de manière flexible aux besoins, il est à la fois déplaçable et facile à monter ou démonter. En cas de changement de site, le laboratoire peut être transporté à l'aide d'un système de levage intégré et d'un camion.

Un élément clé du développement du laboratoire S2 mobile a été la mise en commun de différentes expertises : un partenaire industriel spécialisé dans la construction de véhicules spéciaux a apporté son savoir-faire pour la fabrication d'unités transportables, tandis que les chercheurs du Fraunhofer IBMT ont apporté leurs compétences en matière de laboratoires biologiques. « Nous avons également acquis au fil des années les compétences nécessaires pour construire des laboratoires mobiles, ce qui nous a permis de concevoir et de coordonner la construction », explique Velten. « Nous savons d'une part comment un laboratoire doit être équipé, par exemple en ce qui concerne la ventilation, et d'autre part, quelles installations le constructeur de véhicules peut intégrer. »

Les capteurs intelligents du Centre Fraunhofer pour l'intelligence des capteurs ZSI améliorent la qualité des produits

Lors de la construction du laboratoire mobile, les chercheurs du Fraunhofer IBMT avaient déjà en tête des applications concrètes : notamment les technologies qu'ils développent actuellement dans le nouveau Centre Fraunhofer pour l'intelligence des capteurs ZSI, en collaboration avec l'Institut Fraunhofer pour les procédés de contrôle non destructifs IZFP. Le point central : les capteurs intelligents recueillent de plus en plus de données, qui doivent être synthétisées en informations utiles – une tâche presque impossible pour l'humain. L'intelligence artificielle peut ici faire la différence : elle analyse le flot de données et, en fonction des résultats, prend des décisions en quasi temps réel. Des décisions qui minimisent l'usure et le rejet, tout en améliorant la qualité des produits fabriqués. « Notre objectif est de créer des dispositifs d'intelligence sensorielle : des capteurs intelligents dont les données sont analysées par l'intelligence artificielle et utilisées pour des décisions plus ciblées », explique Velten.

Un exemple de ce type de système de capteurs intelligents, que les chercheurs développent actuellement, concerne la production de cellules souches. « Nous ne voulons pas seulement vérifier des paramètres comme la température et le pH – et éventuellement devoir jeter une charge entière – mais aussi caractériser et surveiller sensoriellement les cellules souches elles-mêmes. Et ce, autant que possible, sans avoir à les prélever du bioréacteur », révèle Velten. La manière exacte dont cela peut être réalisé est en cours d'élaboration par l'équipe de recherche. Pour impliquer également l'industrie dans le développement et pour pouvoir expérimenter sur place, le laboratoire mobile offre des conditions optimales, tout comme pour démontrer ces innovations aux intéressés. Un autre exemple de ces développements concerne des cellules cardiaques contractiles, déjà cultivées au Fraunhofer IBMT et utilisées dans des systèmes d'essai. À l'avenir, les chercheurs souhaitent cultiver ces cellules sous forme de modèles 3D dans une plaque de culture, où par exemple 96 petits vaisseaux seraient alignés côte à côte. Ces cellules seront soumises à des tests toxiques automatisés et parallélisés : comment le rythme cardiaque change-t-il lorsqu'on administre certaines substances, comme des principes actifs ? Ces technologies, et d'autres, peuvent être développées, démontrées et utilisées chez les partenaires industriels dans le laboratoire mobile.