Laboratório 4.0 – Integrado e Inteligente: este é o laboratório do futuro

Muitas vezes chamada de indústria 4.0, a digitalização e as redes continuam a se espalhar por todos os setores da economia. A convergência dos mundos físico e virtual está progredindo mais rapidamente em algumas indústrias do que em outras. Em geral, os laboratórios não acompanharam os desenvolvimentos mais recentes. Ainda há muito trabalho a ser feito em estratégias, infra-estrutura, equipamentos e tecnologia, para não falar de ambientes de TI e automação de processos. Os laboratórios agora se encontram no modo catch-up de maneira geral.

No laboratório do futuro, sistemas e tecnologias se comunicarão de forma autônoma, e os fluxos de processo serão automatizados. Os armários de segurança, por exemplo, detectarão transbordamento em tanques de coleta e se comunicarão com dispositivos e outros equipamentos. As câmeras serão capazes de controlar o equipamento de laboratório e as sequências de processos. Os módulos inteligentes ligarão e desligarão o equipamento. Cada vez mais, o controle dos fluxos de processos será baseado em comunicação de ponta a ponta entre os equipamentos do laboratório. Esta é a visão por trás do Laboratório 4.0.

Objetivo: desenvolvimento e padronização de tecnologias inovadoras para laboratórios

A rede nacional alemã de inovação smartLAB pretende tornar realidade a visão do laboratório inteligente integrado em rede 4.0. O financiamento do Ministério da Economia e Energia (BMWi) da Alemanha está no âmbito do programa nacional de inovação SME (ZIM). Aproximadamente 20 empresas e instituições uniram forças nas redes: Eppendorf AG, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Herr M, iTiZZiMO, Köttermann, Labfolder, Lorenscheit, LUPYLED, PreSens Precision Sensing, Sartorius, Schmidt + Haensch, Zühlke Engineering e Deutsche Messe AG. O projeto está sendo gerenciado pelo Instituto de Química Técnica da Universidade Leibniz de Hannover. “O smartLAB nos dá a oportunidade de trabalhar com os outros para tornar realidade a visão do laboratório do futuro. O compartilhamento de informações entre as empresas e os clientes no site gera um estímulo valioso para projetos futuros”, disse a Dra. Tanja Musiol, Gerente de Projetos de Marketing de Gerenciamento de Portfolio, da Eppendorf AG.

O objetivo da rede é impulsionar o desenvolvimento e a padronização de tecnologia inovadora, juntamente com as aplicações e soluções associadas. Os resultados pretendidos incluem fluxos de processos simplificados, melhor qualidade, maior eficiência e maior confiabilidade do processo. Um ambiente de laboratório que atenda a todas essas necessidades exigirá componentes e funcionalidades que funcionem em conjunto, e os sistemas robóticos realizarão muitas das tarefas manuais. “O futuro, incluindo o futuro do laboratório, consiste na combinação interativa de redes dinâmicas, digitais, automáticas, robóticas, superfícies inteligentes e projetos e estratégias de última geração”, afirmou o Dr. Simon Bungers, CEO da Labfolder e porta-voz do grupo smartLAB.

O laboratório do futuro em Hannover

Um protótipo do Lab 4.0 está em exibição em Hannover. O laboratório é chamado de smartLAB, e foi revelado como um laboratório de modelo visionário em 2015 feira de tecnologia de laboratório LABVOLUTION. O smartLAB abre novos caminhos visualmente e também no que se passa nos bastidores. O fato de o smartLAB não ter mesas e bancadas laboratoriais imediatamente chama a atenção. Em vez disso, ele é composto de módulos hexagonais individuais no formato favo de mel, cada um com 90 centímetros de altura. Isso economiza espaço e proporciona uma flexibilidade significativa para o layout do laboratório. A lista de recursos inovadores inclui dispositivos habilitados para rede, automação, robótica, superfícies com funcionalidades de pesagem e medição, impressoras 3D e óculos habilitados para dados que podem emitir instruções e acionar um alarme, se necessário.

A verdadeira tecnologia inovadora no smartLAB é a interação entre os diferentes dispositivos e equipamentos e o software desenvolvido especialmente para essa nova realidade. O Lab 4.0 é completamente integrado em rede, algo que tem sido uma exceção em ambientes de laboratório do mundo real. “O projeto smartLAB serve como um modelo para o setor de laboratório, não apenas na Alemanha, mas também no resto do mundo”, observou o Dr. Thomas Scheper, chefe da TCI. “No smartLAB, os vários componentes tecnológicos estão conectados em rede, fornecendo suporte digital para todos os fluxos de trabalho. Isso simplifica as operações e aumenta a segurança e a confiabilidade”.

Funcionários do governo ficaram impressionados com o laboratório inteligente do futuro. “O SmartLAB é um excelente exemplo de excelência em pesquisa na Baixa Saxônia”, disse o Ministro da Economia da Baixa Saxônia, Olaf Lies. “O smartLAB merece apoio, acima de tudo, porque os parceiros das empresas e a comunidade de pesquisa estão criando soluções integradas em rede que poderiam mudar a maneira como funcionam os laboratórios no futuro”. O Ministério da Ciência e Cultura da Baixa Saxônia e o Ministério do Trabalho e dos Transportes estão fornecendo financiamento para o projeto. O smartLAB está em exibição permanente na Deutsche Messe Technology Academy no Hannover Fair Grounds e pode ser usado para apresentações e treinamento da empresa.

nICLAS – Centro de Inovação para Automação de Laboratório, em Stuttgart

O Fraunhofer IPA, em conjunto com parceiros da indústria, também está desenvolvendo novas tecnologias para o laboratório inteligente do futuro. O cenário da ação é no Centro de Inovação nICLAS, em Stuttgart. A lista de contribuidores ativos inclui usuários industriais e desenvolvedores, bem como parceiros que criam pontes para o setor de pesquisa e educação. “Dado o amplo escopo da tarefa, é necessária uma equipe multidisciplinar para competir com êxito no cenário internacional. Estamos satisfeitos por ter parceiros altamente capacitados da indústria, como Precise Automation, Tecan, Liconic, Thermo Fisher Scientifc, Promega e a Festo, que disponibilizam equipamentos de ponta e tecnologia inovadora”, informou o gerente de projetos da nICLAS, Mario Bott, da Fraunhofer IPA.

O plano de fundo é o seguinte. A automação é uma prioridade em apenas uma pequena minoria de laboratórios em todo o mundo. Isto se deve a regulamentos rigorosos e fluxos de processos multi-variantes e não padronizados nas operações do dia a dia. “As amostras e os produtos no laboratório devem atender a critérios de qualidade extremamente rigorosos. A introdução de novas tecnologias custa às empresas muito tempo e dinheiro”, explicou Mario Bott. Além disso, a natureza do trabalho manual realizado nos laboratórios foi considerada como uma vantagem, porque era vista como sendo mais rápida e flexível.

No caminho para a fábrica integrada a rede de dados 

Hoje em dia, uma mudança mental está ocorrendo em muitas empresas. “Em uma extensão crescente, os laboratórios situados nas interfaces centrais das empresas estão sendo transformados em fábricas de dados, funcionando como laboratórios de diagnóstico ou para descoberta e desenvolvimento de novos medicamentos, garantia de qualidade e lançamento de produtos. Eles geram informações que são extremamente valiosas para gerenciar a empresa”, ressaltou Mario Bott. “Não é só isso, o aumento da personalização de produtos e processos com base em diagnósticos e terapia personalizados está criando novos desafios para os laboratórios. O desenvolvimento de soluções de hardware e software modulares a longo prazo é essencial para gerenciar a complexidade futura. É aí que entra o nICLAS”.

Pesquisa e Desenvolvimento cooperativos entrega resultados

O nICLAS FutureLab já está fornecendo alguns impulsos iniciais e gerando muitas ideias. O rastreamento inteligente é um exemplo. Um sistema de rastreamento foi desenvolvido no Fraunhofer IPA que automaticamente documenta e analisa os movimentos das mãos usando a análise de imagens em 3D. Uma câmera 3D montada em cima de uma bancada estéril executa os movimentos das mãos do usuário e transmite os dados ao vivo para um sistema de informação. A informação é então analisada com a ajuda de algoritmos de reconhecimento de movimento, classificados e gravados em um registro.

O sistema captura com precisão e registra todas as etapas do processo sem perder nada. Isso economiza tempo, reduz as cargas de trabalho dos funcionários e oferece melhores resultados. Esta abordagem também tem outra vantagem. O sistema de rastreamento é executado em hardware e software simples, tornando-o adequado também para pequenos laboratórios.

TeachIT, outra solução desenvolvida pelos pesquisadores do IPA, também economiza tempo nas operações diárias de laboratórios. Os robôs de laboratório podem ser configurados de forma muito rápida usando o teach-in automático. Para suportar isso, os códigos de barras são aplicados em placa multipoços na superfície de trabalho. Uma câmera 3D no braço robótico detecta as marcações e mostra para o robô onde agarrar.

SiLA – Iniciativa de padrões uniformes

O equipamento de biotecnologia e de diagnóstico é altamente especializado e heterogêneo, em muitos laboratórios farmacêuticos. A infra-estrutura de TI subjacente tem evoluído ao longo do tempo, dificultando ou impossibilitando a coordenação entre os vários dispositivos. Isso cria a necessidade de drivers e plataformas de dispositivos que cumpram padrões uniformes. Como eles podem se comunicar com produtos de qualquer outro fabricante, eles suportam a integração de componentes heterogêneos.

Para fornecer uma base uniforme para o desenvolvimento de soluções de automação de TI para os laboratórios do futuro, fabricantes de sistemas, provedores de serviços de software, integradores de sistemas, produtores farmacêuticos e empresas de biotecnologia estão trabalhando juntos na iniciativa SiLA (Padronização em Automação de Laboratório) em um conjunto de padrões definitivos. O objetivo da iniciativa é a integração perfeita de equipamentos de laboratório e sistemas de TI provenientes de diferentes fornecedores. Interfaces de comunicação padronizadas, drivers de dispositivos e consumíveis de laboratório serão necessários para realizar isso. Profissionais altamente especializados e membros do consórcio sem fins lucrativos, são organizados em grupos de trabalhos técnicos onde desenvolvem em conjunto os padrões definitivos. De acordo com Fraunhofer IPA, que também é membro do consórcio SiLA, novos equipamentos e componentes exigirão a certificação de conformidade SiLA. O instituto oferece consultoria inicial, bem como testes automatizados e certificações de conformidade.

O artigo original está disponível em: https://www.achema.de/en/press/service-for-journalists/trend-reports/trend-report-no-1-intelligent-network-integrated-laboratory-of-the-future-lab-40.html

Referência: Os relatórios de tendências da ACHEMA são compilados por jornalistas internacionais especializados. DECHEMA não é responsável por informações incompletas ou imprecisas. Os relatórios de tendências da ACHEMA podem ser usados ​​para fins editoriais gratuitamente.