BioSensoLab - Labor biologiczny na wynos

Mobilna jednostka laboratoryjna z wbudowanym urządzeniem podnoszącym do standardowych podwozi ciężarówek. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel / Mobilna jednostka laboratoryjna z wbudowanym urządzeniem podnoszącym do standardowego podwozia ciężarówki. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel

Dwa modułowe klasy II szafy bezpieczeństwa do pracy BSL-2. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel / Two modular class II safety workbenches for BSL-2 work. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel

Laboratorium oferuje miejsce dla nawet siedmiu w pełni funkcjonalnych stanowisk pracy. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel / The laboratory offers space for up to seven fully functional work-stations. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel

Badacze z Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT opracowali mobilne laboratorium biologiczne „BioSensoLab“, za pomocą którego mogą prezentować klientom nowe rozwiązania i wspólnie je testować – na miejscu w przedsiębiorstwie. Wśród tych nowych technologii szczególnie wyróżniają się inteligentne czujniki, połączone z analizą za pomocą sztucznej inteligencji.

„Nigdy nie zmieniaj działającego systemu” – to szczególnie ważne dla przedsiębiorstw. Zanim wdrożą nowe metody do swojej produkcji i ryzykują zatrzymanie się linii produkcyjnej, muszą one dokładnie przetestować i sprawdzić te rozwiązania. I najlepiej zrobić to na miejscu. Jednak warunki na miejscu nie zawsze są do tego przystosowane. Dodatkową wartość ma lokalność, zwłaszcza gdy chodzi o sztuczną inteligencję, SI, w połączeniu z wrażliwymi danymi. W końcu SI musi najpierw zostać wytrenowana na odpowiednich danych, aby później móc ocenić zebrane dane z czujników i podejmować na ich podstawie decyzje. Dane często przesyła się wtedy do chmury przez Internet. Jednak przedsiębiorstwa wolą mieć wgląd w szczególnie wrażliwe dane wewnątrz firmy.

Mobilna platforma robocza „BioSensoLab”

Badacze z Fraunhofer IBMT opracowali dla tego rozwiązanie. „Dzięki naszej mobilnej platformie roboczej »BioSensoLab« możemy prezentować nowe technologie, na przykład z zakresu produkcji komórek macierzystych, bezpośrednio u klienta i wspólnie je stosować”, wyjaśnia dr Thomas Velten, kierownik grupy badawczej w Fraunhofer IBMT. „Wrażliwe dane nie muszą opuszczać firmy – laboratorium może być na przykład ustawione w hali produkcyjnej na terenie firmy.” Ponieważ ma długość 7,8 metra, szerokość 2,5 metra i wysokość trzech metrów, zapewnia wystarczająco miejsca na badania biologiczne i inne, a jednocześnie nie zajmuje zbyt wiele przestrzeni. Laboratorium jest zaprojektowane jako laboratorium S2, co oznacza, że jest przeznaczone do badań biologicznych. Poziom bezpieczeństwa 2 obejmuje pracę z mikroorganizmami, które mogą stanowić zagrożenie dla personelu laboratorium i otoczenia. Przykładami takich substancji są salmonella, wirusy opryszczki czy wirusy grypy. Laboratoria S2 zazwyczaj mają kontrolę dostępu i wyposażenie do ograniczania emisji niebezpiecznych gazów i płynów.

Infrastruktura cyfrowa „BioSensoLab” jest tak zaprojektowana, aby można ją było zintegrować z istniejącymi systemami informatycznymi i urządzeniami produkcyjnymi. Modułowe wnętrze można elastycznie dostosować do potrzeb, jest zarówno przesuwne, jak i łatwo montowalne i demontowalne. Na potrzeby zmiany lokalizacji laboratorium można je przewieźć za pomocą zintegrowanego systemu podnoszenia i ciężarówki.

Podstawą rozwoju mobilnego laboratorium S2 było połączenie różnych specjalizacji: partner przemysłowy z branży budowy specjalistycznych pojazdów wniósł wiedzę na temat budowy przenośnych jednostek, natomiast badacze z Fraunhofer IBMT dysponują kompetencjami w zakresie biologicznych laboratoriów. „Przez lata zdobyliśmy kompetencje w budowie mobilnych laboratoriów, dzięki czemu mogliśmy je zaprojektować i koordynować ich budowę”, mówi Velten. „Wiemy więc, jak wyposażyć laboratorium, na przykład pod kątem techniki wentylacji, a także jakie urządzenia mogą zainstalować producenci pojazdów.”

Inteligentne czujniki z Centrum Sensorów i Inteligencji ZSI poprawiają jakość produktów

Podczas budowy mobilnego laboratorium badacze z Fraunhofer IBMT mieli już konkretne zastosowania na myśli: są to technologie, które obecnie rozwijają wspólnie z Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP w nowym Centrum Sensorów i Inteligencji ZSI. Kluczowym elementem jest: inteligentne czujniki, które zbierają coraz więcej danych, które muszą być przetwarzane na sensowne informacje – co dla ludzi jest coraz trudniejsze. Na tym polu wyróżnia się sztuczna inteligencja: analizuje ona ogrom danych i na podstawie wyników podejmuje decyzje niemal w czasie rzeczywistym. Decyzje te minimalizują zużycie i odrzuty, a także poprawiają jakość wyprodukowanych produktów. „Naszym celem są urządzenia z czujnikami opartymi na sztucznej inteligencji: inteligentne czujniki, których dane są analizowane przez SI i wykorzystywane do podejmowania bardziej celowych decyzji”, mówi Velten.

Przykładem takiego systemu czujników, który obecnie opracowują badacze, jest produkcja komórek macierzystych. „Chcemy nie tylko sprawdzać parametry takie jak temperatura i pH – i w razie potrzeby wyrzucić całą partię – ale także sensorycznie charakteryzować i monitorować same komórki macierzyste. I to możliwie bez konieczności ich wyjmowania z bioreaktora”, zdradza Velten. Jak dokładnie to może wyglądać, obecnie opracowuje zespół badawczy. Aby umożliwić włączenie przemysłu w rozwój i wspólne badania na miejscu, mobilne laboratorium zapewnia najlepsze warunki, a także umożliwia prezentację postępów zainteresowanym. Kolejnym przykładem takich rozwiązań są ukształtowane serca, które już hoduje się w laboratorium Fraunhofer IBMT i wykorzystuje w systemach testowych. W przyszłości badacze chcą hodować te komórki jako modele 3D w płytkach wielodzielnych, w których mogą znajdować się na przykład 96 małych naczyń obok siebie. W tych naczyniach będą prowadzone zautomatyzowane i zrównoleglone badania toksykologiczne: jak zmienia się bicie serca po podaniu określonych substancji, na przykład leków? Te i inne technologie będą rozwijane, demonstrowane i wykorzystywane w przedsiębiorstwach partnerskich w ramach mobilnego laboratorium.