Le laboratoire intelligent du futur

Dans le laboratoire moderne, un changement de paradigme se profile. Avec la complexité croissante des processus de laboratoire, les solutions d'automatisation deviennent indispensables. La croissance constante des exigences légales et réglementaires rend également nécessaire un réseautage adapté aux besoins. Les appareils de laboratoire intelligents sont les moteurs de l'innovation dans le laboratoire du futur.

Les solutions intégrées d'automatisation et de numérisation seront présentées de manière pratique par des experts lors de l'analytica à Munich, du 10 au 13 mai 2016. En théorie et en pratique, des outils, logiciels et solutions réseau seront présentés, créant les conditions préalables pour le laboratoire intelligent.

Des solutions technologiques d'avenir ouvrent dans le laboratoire des opportunités et des défis jusqu'ici inconnus. Des degrés d'automatisation parfaitement développés et des modules d'appareils intégrés pour des capacités dynamiques permettent une conception de processus efficace et reproductible, c'est-à-dire validable, avec une gestion globale des données. Il s'agit de transférer les processus manuels vers des processus automatisés et d'intégrer les systèmes de gestion de l'information de laboratoire (LIMS) existants pour rendre le laboratoire encore plus efficace. Des systèmes de laboratoire intelligents, un réseautage individuel et une intégration durable du laboratoire dans la structure de l'entreprise augmentent non seulement la flexibilité, mais aussi la rentabilité de l'entreprise.

Dans un laboratoire industriel en croissance, il s'agit d'améliorer l'efficacité, d'optimiser les structures et d'accroître la flexibilité. Les conditions préalables essentielles et les facteurs de succès pour atteindre ces objectifs sont des systèmes d'analyse de haute résolution, communicants, des solutions d'automatisation fonctionnelles pour garantir les paramètres de réaction et la qualité du produit, ainsi qu'une disponibilité rapide des données et une gestion efficace des données.

Les technologies clés de l'avenir ont leur place dans la chaîne de valeur du laboratoire. Face à la numérisation croissante, différents processus et structures dans le laboratoire du futur doivent être repensés. Le début de cette nouvelle phase de développement dans le laboratoire nécessite des solutions d'automatisation complexes et holistiques. Le nombre d'appareils de laboratoire connectables en réseau avec des fonctions dites intelligentes va croître rapidement. Le laboratoire 4.0 commence à devenir une réalité.

Le laboratoire du futur exige une capacité de communication sans restriction entre les systèmes de laboratoire. L'objectif est de garantir, par une disponibilité continue des données, diverses fonctions supplémentaires flexibles jusqu'aux processus de contrôle surveillés. Les modules intelligents contrôlent déjà aujourd'hui des systèmes d'appareils, allument automatiquement les appareils de laboratoire et régulent divers processus dans le laboratoire. Par exemple, un armoire de sécurité peut automatiquement surveiller et réguler le débordement des récipients de collecte ou communiquer avec d'autres parties de l'armoire et des appareils. Des caméras intégrées dans divers outils de la technique de laboratoire contrôlent intelligemment leur environnement. À l'avenir, la communication entre les appareils de laboratoire gagnera en importance.

Le laboratoire intelligent représente une nouvelle ère dans le domaine. Les technologies d'appareils existantes doivent être rendues adaptées à l'avenir, et des réseaux de données hautement disponibles sont indispensables. Le flux massif de données doit être exploité de manière judicieuse. Une transmission rapide et sécurisée de volumes importants de données et des réseaux IP nécessitent une gestion économique des données.

Pont entre les sciences de la vie et la technique d'automatisation

L'équipe de recherche dirigée par Andreas Traube, chef du département d'automatisation de laboratoire et de bioproduction au Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, a développé des approches innovantes pour la mise en réseau des processus de laboratoire et d'analyse dans la chaîne de valeur, de la logistique des échantillons à la documentation. Des expériences en gestion LEAN et en optimisation des processus ont été intégrées au laboratoire dans le but d'améliorer durablement l'efficacité de tous les processus et, par conséquent, la performance du laboratoire. Grâce à leur mise en œuvre réussie, l'équipe de recherche a réussi à faire le pont entre les sciences de la vie et la technique d'automatisation. « Nous sommes convaincus que les laboratoires de sciences de la vie peuvent être rendus beaucoup plus efficaces grâce à l'interaction des solutions organisationnelles et techniques », explique Traube. « Le Fraunhofer IPA propose des solutions spécifiques pour l'ensemble du flux de travail d'un laboratoire LEAN et accompagne dans la mise en œuvre ainsi que dans le développement technologique. »

« Nous vivons dans une époque où les produits deviennent de plus en plus personnalisés. Par conséquent, les laboratoires de recherche et de test de produits dans divers secteurs jouent un rôle essentiel dans la création de produits », prévoit Traube. « La mise en réseau des éléments clés du laboratoire tels que les processus, l'analyse de données, les appareils et le personnel opérateur constitue l'élément central pour un laboratoire intelligent efficace », explique-t-il, en donnant un aperçu du futur. « Les bases technologiques pour cela existent déjà. Ces technologies influenceront et transformeront massivement le laboratoire dans les années à venir ! »

Le laboratoire 4.0 du point de vue sectoriel

On peut essentiellement distinguer deux types de laboratoires : le laboratoire de recherche académique et le laboratoire industriel de recherche ou d'assurance qualité. Pour le premier, le Dr Frank Schleifenbaum, directeur marketing de Berthold Technologies, voit une moindre nécessité d'automatisation du laboratoire, car les applications sont peu standardisées et répétitives. Il voit plutôt une approche dans le réseautage de l'équipement de laboratoire, allant d'un système automatisé d'approvisionnement en produits chimiques et en matériel de laboratoire, à un échange de données direct entre appareils d'analyse (LIMS), jusqu'à des cahiers de laboratoire entièrement automatisés. « Pour une telle intégration, il faut des interfaces appropriées en matériel, électronique et logiciel », explique Schleifenbaum. « Idéalement, tous les appareils disposent d'un accès réseau et communiquent via un protocole standard, par exemple SILA. Dans la recherche, il doit toutefois toujours être possible pour l'utilisateur d'intervenir dans le processus. Des empreintes uniformes des appareils pourraient être une solution. Des dimensions normalisées dans une gamme définie pourraient permettre d'adapter facilement le laboratoire — par exemple, par des tables mobiles — au flux de travail correspondant. » Il voit les exigences pour les laboratoires de routine et d'analyse industrielle différemment. Ici, la flexibilité n'est pas la priorité, mais la fiabilité, le débit et la prévention des erreurs. « Dans tous les cas, un traitement automatisé des échantillons doit être assuré, la documentation des données doit être entièrement automatique. Des appareils échangent des données et des échantillons entre eux, sans intervention manuelle. Des interfaces standardisées permettent de combiner centralisation et décentralisation des laboratoires », poursuit Schleifenbaum. « Des analyses de données complexes (« Big Data ») peuvent être externalisées vers des clusters de calcul puissants, les données étant stockées de manière centralisée et croisées », ajoute-t-il. Malgré la standardisation de tous les processus de laboratoire, des interfaces uniformes offrent la possibilité rapide de réaménager le laboratoire pour d'autres tâches routinières.

Big Data

Le laboratoire 4.0 permet la collecte et la liaison de grandes quantités de données. « Il faut donc stimuler des innovations capables de générer automatiquement et rapidement cette multitude de données (« High Throughput Screening » et « Big Data »). Cependant, les interfaces doivent être définies. Cela nécessite des directives contraignantes d'une autorité de régulation. Un consortium lâche de fournisseurs de laboratoires ne suffira probablement pas », explique Schleifenbaum. « La protection des données deviendra un enjeu important, auquel la technologie réseau devra répondre. La communication entre appareils doit être aussi simple que possible, afin que l'utilisateur puisse la créer et l'ajuster lui-même. » La valorisation automatique des données doit ensuite être capable d'apprendre, c'est-à-dire rechercher des corrélations, détecter et représenter des dépendances. Elle ne refléterait pas simplement la démarche manuelle de l'utilisateur, mais la compléterait. Selon Schleifenbaum, cela offrira à l'utilisateur une environnement de laboratoire flexible, adaptable à ses besoins actuels, tout en améliorant la qualité des résultats analytiques et en permettant de collecter, organiser et analyser automatiquement de plus grandes quantités de données.

Solutions sectorielles lors de l'analytica à Munich

Lors de l'analytica, qui se tiendra du 10 au 13 mai à Munich, plus de 1 100 exposants du monde entier présenteront de nouveaux produits et méthodes — y compris pour le laboratoire du futur. Dr Gunther Wobser, associé gérant de LAUDA, voit le défi du laboratoire 4.0 dans le fait que « les appareils doivent communiquer entre eux ». LAUDA propose à cet effet des thermostats et des circulateurs avec différentes interfaces. Nous mettons gratuitement à disposition des pilotes pour des systèmes d'automatisation de laboratoire intégrés et assurons une disponibilité continue via une maintenance à distance. » Lors de l'analytica, LAUDA présentera une nouveauté. « Notre grande innovation en matière d'appareils lors de l'analytica s'appelle PRO. Pour la première fois, nous proposons des thermostats optimisés pour les applications en bains et des thermostats externes pour des applications extérieures. L'unité de commande est totalement indépendante du thermostat et peut être placée de manière flexible où cela est nécessaire », explique Wobser.

De plus, nexygen® fait sa deuxième apparition publique à l'analytica, présentant des idées et des développements pour le laboratoire du futur. nexygen® – THE NEXT GENERATION LAB est une initiative des entreprises Köttermann, Memmert, Hirschmann, 2mag et Sartorius. Les fabricants allemands de produits et services liés au laboratoire ont compris que, face aux tendances telles que la miniaturisation et l'automatisation, il est également essentiel d'optimiser l'utilisation de l'espace de laboratoire, de réduire les coûts d'exploitation, de faciliter l'échange de données entre appareils, et d'augmenter la flexibilité et la mobilité.

Conclusion

Le laboratoire 4.0 révolutionne le monde du laboratoire, de la logistique des échantillons à la gestion des données, et permet des approches innovantes pour des processus personnalisés. Le Big Data, le cloud computing, l'Internet des objets et l'Internet mobile joueront un rôle crucial dans la sécurisation de la croissance future en tant que technologies de nouvelle génération.