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Matthias Freundel, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Informatiker und Gruppenleiter DIGITALISIERUNG

Das digitale Labor - Vision und Realität

Im Labor der Zukunft müssen die Prozesse reibungslos funktionieren. In vielen Bereichen wird beim digitalen Wandel aber noch nach Lösungen geforscht.

Trotz vieler offener Fragen und technischer Feinabstimmungen schreiten die Veränderungen auch in Laboren unaufhaltsam voran.   

In Laboren verändert die Digitalisierung das Arbeitsumfeld. Es klafft jedoch eine Lücke zwischen Anspruch und Wirklichkeit. Manche Labore sind schon komplett auf digitale Technik umgestellt, in anderen werden die Daten mit Stift und Notizbuch aufgeschrieben. Die Abläufe werden hier noch manuell geplant und dokumentiert.

Gegenüber schriftlichen Notizen bieten digitale Protokolle jedoch einen deutlichen Zeitgewinn und die Möglichkeit, sich auf die eigentliche Arbeit zu konzentrieren. Laborautomation hilft zudem, menschliche Fehlerquellen auszuschließen.

Die Ziele der Digitalisierung und Automatisierung sind klar umrissen: Es geht darum, den Ablauf im Labor zu optimieren und den Laboralltag effizienter zu planen. Wie kann die Gerätekapazität besser genutzt werden? Digitale Anwendungen ermöglichen die Vernetzung von Laborgeräten und der Status angeschlossener Geräte lässt sich zentral einsehen. Freie Geräte können so schnell und einfach gefunden werden.

Der digitale Wandel schreitet in rasendem Tempo voran. Manche Menschen kommen da nicht mit – oder wollen es nicht. Wie überall in der Arbeitswelt gibt es Mitarbeiter, die technischen Neuerungen zunächst skeptisch gegenüberstehen. Sie folgen dem Motto: Das haben wir immer so gemacht, warum soll das geändert werden? 

Dabei wird seit Jahren an Dingen wie Spracherkennung und Datenbrillen geforscht. Begriffe wie Cloud und das elektronische Laborbuch (Electronic Laboratory Notebook) haben in modernen Laboren längst Einzug gehalten.

Doch die Probleme liegen in den vielen kleinen Details. So wurde vor einigen Jahren die Datenbrille auf Messen vorgestellt. Sie ist mit einer integrierten Kamera und Hightech-Sensorik ausgestattet. Zu den Funktionen gehören die Überwachung von Abläufen, das Teilen von Informationen, aber auch die Dokumentation mittels Videoaufzeichnung.

Doch es stellte sich heraus, dass die Datenbrille für den Arbeitsalltag zu schwer ist. Außerdem ist das Sichtfeld relativ klein. Objekte werden erst ab einem Meter Entfernung erfasst. Laboranten arbeitet jedoch oft mit den Händen nahe am Körper.

„Viele Technologien brauchen eine bestimmte Adaption, um zu funktionieren“, sagt Matthias Freundel vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. Der Informatiker meint damit die Anpassung von Hardware, Software oder Daten, damit das Produkt in das Arbeitsumfeld integriert werden kann.

Seit rund einem Jahr steht Freundel als Gruppenleiter einem Team vor, das digitale Laborsysteme entwickelt. Die neue Arbeitsgruppe mit dem Namen „Digital Lab Services“ unterstützt Industriepartner bei der Planung und dem Management von Laborprozessen. Davon profitieren Unternehmen bei der Qualitätssicherung und Wirtschaftlichkeit. Zudem verbessern sich durch ergonomische Veränderungen die Arbeitsplätze von Mitarbeitern.

Im Fokus ihrer Arbeit stehen die Entwicklungen von reibungslos funktionierenden Systemen und individuell angepassten digitalen Lösungen. Die Digitalisierung schreitet jedoch nur in kleinen Schritten voran. „Der Biologe denkt anders als der Informatiker. Die Aufgabe besteht darin, die beiden Welten sinnvoll zusammenbringen“, sagt Freunden.

Das Fraunhofer Team sucht nach softwarebasierten Lösungen und überprüft zum Beispiel Pipettiervorgänge. Wenn eine Pipettierarbeit tausendmal wiederholt werden muss, ist eine Automatisierung sinnvoll. Eine Maschine kann das besser als ein Mensch. Es gibt jedoch auch Vorgänge mit der Pipette, die nur manuell ausgeführt werden können. Durch eine digitale Erfassung und Auswertung der Arbeitsschritte können diese jedoch deutlich optimiert werden.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt im Bereich der digitalen Spracherkennung. Wir kennen es von Amazons Alexa oder Google. Die Spracherkennung hat den Vorteil, Fragen und Befehle von Nutzern zu verstehen, ohne dass diese eine Eingabe auf einem mobilen Gerät oder PC vornehmen müssen. Die Wissenschaftler wollen sich diesen Vorteil einer hohen Zeitersparnis auch für Labore zu Nutze machen.

Die Probleme, die hier gelöste werden müssen, liegen ebenfalls im Detail. So muss der Voice Service nicht nur die Fachsprache erkennen, sondern auch die vielfältigen Nebengeräusche herausfiltern. Ansonsten können sich schnell Übertragungsfehler einschleichen. Und wo sind die Mikrofone am besten platziert – am Headset des Mitarbeiters oder im Raum? Doch bei der Spracherkennung ist das Fraunhofer-Team zuversichtlich. „Bei der Sprache sind wir auf einem guten Weg, die Probleme zu lösen“, sagt Freundel.

Bei der Nutzung einer Cloud hingegen fehlt es insbesondere an der Akzeptanz dieser Technik, obwohl die Vorteile auf der Hand liegen. Versuchsprotokolle lassen sich über Cloud-Anwendungen mit mehreren Anwendern weltweit gemeinsam optimieren und teilen. In Deutschland sind jedoch die Vorbehalte vor Clouds noch sehr groß. Datenschutz, sichere Verschlüsselung von Daten und Überzeugungsarbeit stehen bei diesem Projekt im Vordergrund.

Trotz vieler offener Fragen und technischer Feinabstimmungen schreiten die Veränderungen auch in Laboren unaufhaltsam voran. „Es ist schwierig eine Vorhersage zu treffen, aber ich würde sagen, dass die Digitalisierung in fünf Jahren in nahezu allen Laboren ihren Einzug gehalten hat“, sagt Freundel. 

Wobei die Informatiker stets betonen, dass die digitale Technik den Labormitarbeiter in seiner Arbeit unterstützen und nicht wegrationalisieren soll. Zudem eignet sich der Mensch für experimentelle, kreative Arbeiten besser als eine Software oder eine Maschine.

Fakten

Automatisierung und die Mensch-Maschine-Interaktion dienen der Qualitätsverbesserung. Im digitalen Labor lassen sich mindestens 20 Prozent der Arbeitszeit bei Mitarbeitern einsparen, schätzen die Wissenschaftler vom Fraunhofer Institut, die seit einem Jahr an Lösungen von Problemen im Zukunftslabor arbeiten.

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Journalist

Helge Stroemer

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