Inteligente e integrado en red: así es Lab 4.0, el laboratorio del futuro

A menudo bajo el concepto Industria 4.0, la digitalización y las redes continúan extendiéndose en todos los sectores de la economía. La convergencia de los mundos físico y virtual está progresando más rápido en algunas industrias que en otras. En general, los laboratorios no han mantenido el ritmo de los desarrollos actuales. Hay mucho por hacer en cuanto a estrategias, infraestructura, equipos y tecnología, sin olvidarse de los entornos TI y la automatización de procesos. Los laboratorios se están poniendo al día en todos los sentidos, según un informe de Achema.

En el laboratorio del futuro, los sistemas y las tecnologías se comunicarán de forma autónoma y los flujos de proceso se automatizarán. Los armarios de seguridad, por ejemplo, detectarán cuándo se desbordan depósitos de recogida y se comunicarán con otros accesorios y equipos. Las cámaras podrán controlar los equipos de laboratorio y procesar secuencias. Los módulos inteligentes serán capaces de encender y apagar los equipos. Cada vez más, el control de los flujos de proceso se basará cada vez más en la comunicación paritaria entre los equipos de laboratorio. Esto es lo que esconde el Lab 4.0.

SmartLab, la red nacional alemana de innovación, pretende hacer realidad la visión del Lab 4.0 inteligente e integrado en red. Recibe fondos del Ministerio Alemán de Asuntos Económicos y Energía (BMWi), bajo el programa de innovación para pymes implantado a nivel nacional (ZIM). Aproximadamente 20 compañías e instituciones han unido sus fuerzas en la red, entre otras: Eppendorf AG, Instituto Fraunhofer de Tecnología de Producción y Automatización (IPA), Herr M, Itizzimo, Köttermann, labfolder, Lorenscheit, Lupyled, PreSens Precision Sensing, Sartorius, Schmidt + Haensch, Zühlke Engineering y Deutsche Messe AG. El Instituto de Química Técnica en la Universidad de Hannover se encarga de la gestión del proyecto. “SmartLab nos brinda la oportunidad de colaborar con otros profesionales, para hacer realidad la visión del laboratorio del futuro. El intercambio de información entre las empresas y sus cliente locales genera valiosos estímulos para futuros proyectos”, afirma la doctora Tanja Musiol, gerente de proyecto de marketing y gestión del portfolio de productos en Eppendorf AG.

El objetivo de la red es impulsar el desarrollo y la estandarización de innovaciones tecnológicas para laboratorios, así como para las aplicaciones y soluciones relacionadas. Entre los resultados deseados destacan flujos de profeso simplificados, mejor calidad, más eficiencia y mayor fiabilidad de proceso. Para que un entorno de laboratorio satisfaga todas estas necesidades, requerirá componentes y funcionalidades que funcionen en conjunto, mientras que los sistemas robóticos se encargarán de muchas de las tareas manuales. “El futuro, también en el laboratorio, radica en la combinación interactiva de dinámica, networking digital, automatización, robótica, superficies inteligentes y diseños y estrategias de vanguardia”, declara el doctor Simon Bungers, CEO de Labfolder y portavoz del Grupo SmartLab.

En Hannover se puede ver un prototipo de Lab 4.0, el llamado SmartLab, que fue desvelado en 2015 como ejemplo de laboratorio visionario en la feria Labvolution dedicada a la tecnología de laboratorio.

SmartLab abre nuevas perspectivas, también respecto a lo que sucede entre bastidores. El hecho de que SmartLab no tenga mesas ni bancos de laboratorio llama la atención de inmediato. En su lugar, se compone de módulos hexagonales individuales de nido de abeja, cada uno con una altura de 90 centímetros. Así se consigue ahorrar espacio y una flexibilidad significativa para el diseño del laboratorio. La lista de características innovadoras incluye dispositivos compatibles con la red, automatización, robótica, superficies con funciones de pesaje y medición, impresoras en 3D y gafas de datos que pueden emitir instrucciones y activar una alarma en caso necesario. Pero, en SmartLab, la verdadera tecnología de vanguardia es la interacción entre los diferentes dispositivos y equipos y el software desarrollado específicamente. Lab 4.0 está completamente integrado a la red, hecho considerado como excepción en entornos reales de laboratorio. “El proyecto SmartLab es un modelo a seguir por el sector de laboratorio no solo en Alemania, sino también en el resto del mundo”, destaca el doctor Thomas Scheper, jefe de TCI. “En SmartLab, los diversos componentes tecnológicos están conectados en red, proporcionando soporte digital para todos los flujos de trabajo, lo que simplifica las operaciones y mejora la seguridad y la fiabilidad”.

Este laboratorio inteligente del futuro ha impresionado también las autoridades gubernamentales. “SmartLab es un buen ejemplo de excelencia investigadora en Baja Sajonia”, indica el ministro de Economía de Baja Sajonia, Olaf Lies. “SmartLab merece ser apoyado, sobre todo porque los socios empresariales y la comunidad investigadora están creando soluciones integradas en red que bien podrían cambiar el modo de funcionamiento de los laboratorios en el futuro”. El Ministerio de Ciencia y Cultura y el Ministerio de Trabajo y Transporte de Baja Sajonia están aportando fondos para el proyecto. SmartLab forma parte de la exposición permanente de la Academia de Tecnología de Deutsche Messe, en el recinto ferial de Hannover, y se puede utilizar para presentaciones y formación en el entorno empresarial.

Junto con socios de la industria, en instituto Fraunhofer IPA está desarrollando nuevas tecnologías para los laboratorios inteligentes del futuro. El escenario elegido es el centro de innovación Niclas de Stuttgart. La lista de colaboradores activos incluye usuarios industriales y desarrolladores, así como socios que construyen puentes para el sector de la investigación y la educación. “Teniendo en cuenta el amplio alcance de la tarea, se necesita un equipo multidisciplinario capaz de competir con éxito en el escenario internacional. Estamos encantados de tener entre nosotros a socios altamente cualificados dentro del sector industrial, como Precise Automation, Tecan, Liconic, Thermo Fisher Scientifc, Promega y Festo on board, que ponen a nuestra disposición equipos punteros y tecnología innovadora”, informa Mario Bott, gerente de proyecto de Niclas del Fraunhofer IPA.

El contexto es el siguiente: la automatización es una prioridad solo para una minoría de laboratorios en todo el mundo. Esto se debe a la estricta normativa y a flujos de proceso no estandarizados de múltiples variantes presentes en las operaciones del día a día. “Las muestras y los productos en el laboratorio deben cumplir criterios de calidad extremadamente exigentes. La introducción de nuevas tecnologías cuesta a las empresas mucho tiempo y dinero”, explica Mario Bott. Además, la naturaleza manual del trabajo realizado en los laboratorios se ha considerado durante mucho tiempo como una ventaja, una tarea más rápida y más flexible.

Se está produciendo un cambio de mentalidad en muchas empresas. “Cada vez son más los laboratorios ubicados en las principales interfaces empresariales que se están transformando en fábricas de datos, funcionando como laboratorios de diagnóstico o para liderar el descubrimiento y desarrollo de nuevos medicamentos, el aseguramiento de la calidad y el lanzamiento de productos. La información que generan es extremadamente valiosa para la gestión de la empresa”, enfatiza Mario Bott. “Y, no solo eso, ya que la creciente personalización de productos y procesos basada en terapias y diagnósticos personalizados está presentando nuevos retos para los laboratorios. El desarrollo de soluciones de hardware y software modulares a largo plazo es fundamental para gestionar la complejidad futura. Aquí es donde Niclas entra en juego”.

Un sistema de seguimiento desarrollado en el Fraunhofer IPA que documenta y analiza los movimientos de la mano utilizando el análisis de imágenes en 3D. Con la cámara en 3D montada sobre el banco estéril se registran los movimientos de la mano, datos que luego son transmitidos en directo a un sistema de información. Después, con la ayuda de algoritmos para reconocer el movimiento, se analiza esta información, se clasifica y se registra. Este sistema captura y registra con precisión cada paso de proceso, sin olvidarse nada. Permite ahorrar tiempo, reducir la carga de trabajo y conseguir mejores resultados. Tiene también una ventaja adicional. Como el sistema de seguimiento se ejecuta en hardware y software simples, es adecuado para laboratorios pequeños.

Gracias a TeachIT, otra solución desarrollada por investigadores del IPA, también se consigue ahorrar tiempo en las operaciones diarias de laboratorio. Los robots de laboratorio se pueden configurar muy rápido mediante aprendizaje automático. Para ello, se aplican códigos de barras a placas multipocillo en la superficie de trabajo. Una cámara 3D en el brazo robótico detecta las marcas e indica al robot por dónde debe agarrar.

Muchos laboratorios de biotecnología, farmacéuticos y de diagnóstico cuentan con equipamiento altamente especializado y heterogéneo. La infraestructura TI subyacente suele evolucionar con el tiempo, haciendo que la coordinación entre los diferentes dispositivos sea difícil o imposible. En consecuencia, se crea la necesidad de implantar controladores de dispositivo y plataformas que cumplan con estándares uniformes. Al poder comunicarse con productos de cualquier otro fabricante, permiten la integración de componentes heterogéneos.

Fabricantes de sistemas, proveedores de servicios de software, integradores de sistemas, productores farmacéuticos y compañías de biotecnología están trabajando conjuntamente en la iniciativa Sila (estandarización en la automatización de laboratorios) para determinar un conjunto de estándares definitivos, a fin de obtener una base uniforme para el desarrollo de soluciones de automatización TI para los laboratorios del futuro. El objetivo de esta iniciativa es la perfecta integración entre los equipos de laboratorio y los sistemas TI de diferentes proveedores. Para ello se necesitarán interfaces de comunicación estandarizadas, controladores de dispositivo y consumibles de laboratorio. Diferentes expertos altamente especializados, miembros de este consorcio sin ánimo de lucro, se han organizado en grupos de trabajo técnicos para desarrollar conjuntamente los estándares definitivos. Según el instituto Fraunhofer IPA, que también es miembro del consorcio Sila, los nuevos equipos y componentes requerirán un certificado de conformidad Sila. Además de servicios de consultoría inicial, el instituto ofrece la posibilidad de llevar a cabo pruebas y certificaciones de conformidad automatizadas.

Los informes de tendencias Achema son elaborados por periodistas internacionales especializados. Dechema no asumirá ninguna responsabilidad por la información inexacta o incompleta.