Mobilné biologické laboratórium

Mobile Laboreinheit mit integrierter Hubeinrichtung für Standard-LKW-Fahrgestelle — Mobilná laboratórna jednotka s integrovaným zdvíhacím zariadením pre štandardný podvozok nákladného auta. Zdroj: https://www.ibmt.fraunhofer.de

Výskumníci z Fraunhoferovho inštitútu pre biomedicínske inžinierstvo IBMT v Nemecku vyvinuli mobilné biologické laboratórium „BioSensoLab“, pomocou ktorého môžu zákazníkom predvádzať novinky a spoločne ich testovať – na mieste v spoločnosti. Týmito novými technológiami sú najmä inteligentné senzory spojené s vyhodnocovaním umelou inteligenciou. Laboratórium bude prezentované v spoločnom stánku Fraunhofer na veľtrhu MEDICA 2022 v Düsseldorfe od 14. do 17. novembra 2022.

»Nikdy nemeňte zabehnutý systém« – to platí najmä pre firmy. Predtým, ako prijmete nové metódy vo svojej súčasnej výrobe a riskujete, že sa linky zastavia, je potrebné procesy dôkladne otestovať a vyskúšať. A najlepšie na mieste. Nie vždy sú však na to okolnosti určené. Miestna blízkosť má dodatočnú váhu, pokiaľ ide o umelú inteligenciu, AI, v kombinácii s citlivými údajmi. Koniec koncov, AI musí byť najprv vyškolená s príslušnými údajmi, aby mohla neskôr vyhodnotiť údaje zo senzorov a na základe nich sa rozhodnúť. Za týmto účelom sa dáta často presúvajú do cloudu cez internet. Spoločnosti by však najradšej mali citlivé údaje interne.

Mobilná pracovná plošina BioSensoLab

Výskumníci z Fraunhoferovho inštitútu IBMT na to vyvinuli riešenie. Ako vysvetlil Dr. Thomas Velten, vedúci pracovnej skupiny vo Fraunhoferovom inštitúte IBMT: „S našou mobilnou pracovnou platformou ‚BioSensoLab‘ dokážeme predviesť nové technológie, napríklad z oblasti výroby kmeňových buniek, priamo zákazníkovi a spoločne ich použiť. Ani citlivé dáta nemusia opustiť firmu – laboratórium je možné zriadiť napríklad v dielni v areáli firmy.“ Pretože je 7,8 metra dlhé, 2,5 metra široké a 3 metre vysoké a zároveň poskytuje dostatok priestoru pre biologické a iné štúdie, nezaberie príliš veľa miesta. Laboratórium je riešené ako laboratórium S2, takže ho možno využiť na biologické otázky. Úroveň bezpečnosti 2 zahŕňa prácu s mikroorganizmami, ktorá predstavuje možné nebezpečenstvo pre laboratórny personál a životné prostredie. Príkladmi takýchto látok sú salmonela, herpetické patogény alebo chrípkové vírusy. Laboratóriá S2 majú zvyčajne kontrolu vstupu a zariadenia na uchovávanie infekčných plynov a kvapalín.

Digitálna infraštruktúra „BioSensoLab“ je tiež navrhnutá tak, aby sa dala integrovať do existujúcich IT systémov a výrobných zariadení. Modulárny interiér sa dá flexibilne prispôsobiť požiadavkám, je pohyblivý a ľahko sa inštaluje a demontuje. Pre zmenu miesta je možné laboratórium prepravovať pomocou integrovaného zdvíhacieho zariadenia a vozíka.

Spojenie rôznych odborných znalostí bolo pre vývoj mobilného laboratória S2 elementárne: Priemyselný partner zo špeciálnej konštrukcie vozidiel priniesol know-how pre konštrukciu prenosných jednotiek, výskumníci Fraunhoferovho inštitútu IBMT, na druhej strane kompetencie pre biologické laboratóriá. Ako uviedol Velten: „V priebehu rokov sme nadobudli aj zručnosti na budovanie mobilných laboratórií, takže sme boli schopní navrhnúť a koordinovať stavbu. Takže na jednej strane vieme, ako musí byť vybavené laboratórium, napríklad čo sa týka ventilačnej techniky, no na druhej strane vieme aj to, aké systémy môže výrobca vozidla nainštalovať.“

Inteligentné senzory z Fraunhoferovho Centra pre Inteligenciu snímača ZSI zlepšujú kvalitu produktu

Už pri budovaní mobilného laboratória mali výskumníci Fraunhoferovho inštitútu IBMT na mysli konkrétne aplikácie: konkrétne technológie, ktoré v súčasnosti vyvíjajú v novom Fraunhoferovom centre pre senzorovú inteligenciu ZSI spolu s Fraunhoferovým inštitútom pre nedeštruktívne testovanie IZFP. Kľúčový bod: Inteligentné senzory zhromažďujú stále viac údajov, ktoré je potrebné zhustiť do zmysluplných informácií – čo je pre ľudí takmer nemožné. Umelá inteligencia tu môže zabodovať: analyzuje záplavu údajov a na základe výsledkov sa rozhoduje takmer v reálnom čase. Rozhodnutia, ktoré minimalizujú opotrebovanie a odpad a zlepšujú kvalitu vyrobených produktov. Ako dodal Velten: „Naším cieľom sú zariadenia na inteligenciu senzorov: inteligentné senzory, ktorých údaje vyhodnocuje umelá inteligencia a využíva ich na cielenejšie rozhodnutia.“

Príkladom takéhoto inteligentného senzorového systému, ktorý výskumníci v súčasnosti vyvíjajú, je oblasť výroby kmeňových buniek. Ako prezradil Velten: „Nechceme len kontrolovať parametre, ako je teplota a pH ako doteraz – a prípadne musíme celú dávku vyhodiť –, ale aj charakterizovať a monitorovať samotné kmeňové bunky pomocou senzorov. A pokiaľ možno bez toho, aby sme ich museli z bioreaktora vyberať.“ Výskumný tím v súčasnosti presne pracuje na tom, ako sa to dá urobiť. Mobilné laboratórium ponúka najlepšie podmienky na to, aby bolo možné zapojiť priemyselné podniky do vývoja a vykonávať spoločný výskum na mieste, ako aj možnosť predviesť vývoj zainteresovaným stranám. Ďalším príkladom takéhoto vývoja sú bunky bijúceho srdca, ktoré sa už kultivujú vo Fraunhoferovom inštitúte IBMT a používajú sa v testovacích systémoch. V budúcnosti chcú vedci tieto bunky pestovať ako 3D modely vo vlnitej doske, v ktorej je vedľa seba umiestnených napríklad 96 malých nádob. V nich sa majú vykonávať paralelné a automatizované toxikologické testy: Ako sa zmení srdcový tep, keď sa pridajú určité látky, ako napríklad účinné látky? Tieto a ďalšie technológie môžu byť vyvinuté, demonštrované a používané priemyselnými partnermi v mobilnom laboratóriu.

Na veľtrhu MEDICA od 14. do 17. novembra 2022 v Düsseldorfe vedci predstavia mobilné laboratórium „BioSensoLab“ a Fraunhoferovo centrum pre senzorovú inteligenciu ZSI, ktoré spoločne prevádzkujú Fraunhofer IBMT a Fraunhofer IZFP (hala 3, stánok E74/F74).