Augmented Reality: bessere Ergebnisse im Labor

Interview mit Lynda Metref und Fabian Kappeler, Helbling Technik Wil AG

01.09.2020

Bei der Laborarbeit kommt es auf Genauigkeit an, damit die Ergebnisse verwertbar sind. Fehler können ganze Versuchsreihen unbrauchbar machen und viel Zeit und Geld kosten. In der Medizin kann damit sogar die klinische Verwendung der Ergebnisse scheitern. Augmented Reality (AR) kann in Zukunft das Laborpersonal bei der Vermeidung von Fehlern unterstützen und bei der Arbeit anleiten.

Lynda Metref

Im Interview mit MEDICA.de sprechen Lynda Metref und Fabian Kappeler über das Konzept einer Pipette, die mit AR unterstützt wird, wie es dazu kam und wie ein solches Produkt im Labor zum Einsatz käme.

Frau Metref, Herr Kappeler, Sie haben auf der MEDICA 2019 im MEDICA LABMED FORUM ein Pipettiersystem vorgestellt, das durch Augmented Reality (AR) unterstützt wird. Was steckt dahinter?

Lynda Metref: Wir haben uns gefragt: Wie kann das Pipettieren von morgen aussehen? Wie können wir mit Hilfe von Technologie Pipettierarbeiten unterstützen? Wo sind die Herausforderungen bei dieser Arbeit, die noch immer sehr häufig manuell durchgeführt wird?

Wir haben ein System vorgestellt, das Gegenstände auf der Laborbank mit einer Kamera trackt. Mit Augmented Reality (AR) können wir hier zum Beispiel Prozesshinweise für den Benutzer einblenden. Auf diese Weise können Ereignisse, die während des Arbeitens vonstattengehen, verfolgt werden. Über die Bilderkennung lässt sich feststellen, welches Reagenz mit der Pipette aufgenommen wurde und ob die Volumina richtig sind.

Fabian Kappeler

Fabian Kappeler: Wir bieten unseren Kunden Entwicklungsdienstleistungen an. Unter anderem können das auch neue Ideen sein, die technologisch an der Schwelle zwischen angewandter Forschung und dem Stand der Technik stehen, und die dann im Rahmen einer Entwicklung in ein Produkt überführt werden können. Im Bereich Labor haben wir langjährige Erfahrung in der Entwicklung von Laborautomaten, Robotersystemen und automatischen Analysegeräten.

Metref: Im Moment ist die Integration von AR in die Pipettierabläufe nur ein Konzept, das wir mit einem Industriepartner gerne weiterverfolgen würden. Wir wollen nutzerzentriert arbeiten und haben das Gefühl, dass das ein wichtiges Thema ist, das man weiterentwickeln könnte.

Was war der Auslöser für diese Entwicklung?

Kappeler: Sie war Teil eines internen Projekts, bei dem wir uns im Rahmen einer Innovationswoche mit der Laborarbeit und den Trends im Labor auseinandergesetzt haben. Wir haben uns gefragt, was wir als Ingenieure zum Thema "Labor 4.0" oder "Labor der Zukunft" beitragen können. Wir haben den Demonstrator im Rahmen eines Hackathons realisiert und im Anschluss festgestellt, dass unsere "Werkstattidee" auf großes Interesse stößt und einem Bedürfnis des Marktes entspricht. Von daher denke ich, dass wir einen Nerv getroffen haben.

Bild: Ein junger Laborant mit einer AR-Brille benutzt eine Pipette, um ihn herum sind verschiedene Textblasen angeordnet; Copyright: Helbling Technik Wil AG

Das smarte, AR-unterstützte Pipettensystem könnte einige Erleichterungen in den Laboralltag einbringen. So können sich Angestellte wieder mehr auf ihre eigentliche Arbeit konzentrieren.

Was wäre der Mehrwert dieser Entwicklung für die Arbeit im Labor?

Metref: Pipettieren benötigt sehr viel Konzentration. Man muss die Prozessschritte korrekt durchführen, gleichzeitig über die ausgeführten Schritte Protokoll führen und die praktischen Aspekte von Reagenzien und Gefäßen im Griff haben. Das ist anspruchsvoll. Gleichzeitig kann es im Labor noch Ablenkungen geben. Das alles verursacht Stress bei der Arbeit. Die automatische Prozessdokumentation könnte den Anwender entlasten und die Qualität der Arbeit, insbesondere in Punkto Fehlersicherheit, deutlich erhöhen.

Bild: Eine Pipette, eine Mikrotiterplatte und ein Behälter mit Markierung stehen vor einem Bildschirm, auf dem sie ebenfalls abgebildet sind; Copyright: Helbling Technik Wil AG

Mit einer Kamera, Bilderkennung und Markierungen auf den Laborgeräten lassen sich diese verfolgen und so Fehler bei der Arbeit verhindern.

Kappeler: Manuell wird immer dann pipettiert, wenn es in kleinen Probenzahlen und /oder gelegentlich stattfindet oder wenn der Prozess etwas variiert werden muss. Es erfordert Konzentration, und wenn doch ein Fehler passiert, merkt man das unter Umständen erst sehr spät, und die Auswirkung ist enorm. In der Forschung kann das bedeuten, dass am Ende die Resultate nicht zusammenpassen und man mehrere Wochen umsonst gearbeitet hat oder dass wertvolle, weil einmalige, Proben verlorengegangen sind.

Unsere Idee ist, dass man die Vorteile des manuellen Pipettierens behält, das heißt die Effizienz für kleine Probenzahlen sowie die Flexibilität, dabei aber die Qualitätskontrolle und Dokumentation einer typischen Automatisierungslösung hat. Diese sind typischerweise so programmiert, dass große Probenzahlen immer gleich pipettiert werden. Das rechnet sich bei Automaten aber nicht für einzelne Tests.

Haben Sie bestimmte Aufgaben identifiziert, bei denen sich der Einsatz eines solchen AR-Systems besonders lohnt?

Kappeler: Wir sehen das allgemein als spannendes Thema, um den Benutzern Arbeitsanweisungen geben zu können, zum Beispiel, indem man die Abläufe für bestimmte Assays direkt einblendet, damit sie ihnen folgen können.

Man könnte den ganzen Prozess elektronisch als Versuchsvorschrift hinterlegen. Dann würden die erkannten Ablaufschritte automatisch mit dem hinterlegten Protokoll abgeglichen. So kann das System live erkennen, ob alles richtig ausgeführt wird oder nicht. Das könnte so weit gehen, dass es die Dispensation aus der Pipette verweigert, wenn man einen Fehler zu machen droht.

Wie wird sich Ihrer Ansicht nach das "Labor 4.0" weiterentwickeln?

Kappeler: Digitalisierung, Vernetzung und smarte Produkte sind Trends, die man überall beobachtet. Das Labor und die Arbeit dort sind diesbezüglich noch vergleichsweise konservativ. Die erwähnten Trends werden jedoch ihren Weg auch ins Labor finden. Intelligente Geräte werden auch im Labor die Arbeiten immer mehr unterstützen, und sie einfacher und zuverlässiger machen.