Digitale Zwillinge und KI für die effiziente Kultivierung von Biomasse

In Laboren werden bisher viele Analysen von Hand gemacht. Das ist aufwändig und kann zu Fehlern führen. Durch die Automatisierung solcher Laboranlagen ließen sich zukünftig alle notwendigen Daten direkt und in Echtzeit ablesen und die Forscher könnten sich besser auf ihre Kernaufgaben konzentrieren.

Softwarelösungen für ein digitalisiertes Labor

Der PhotoBionicCell, ein Bioreaktor von Festo zur effizienten Kultivierung von Biomasse, wird von einer eigens entwickelten Software komplettiert. Ihr Dashboard ermöglicht es, mehrere Photobioreaktoren mit aktueller Datenlage und Live-Aufnahmen abzubilden. So lassen sich rund um die Uhr auch aus der Ferne manuelle Parameteränderungen und die entsprechenden Auswertungen vornehmen. Dadurch können die Nutzer jederzeit auf Veränderungen im Bioreaktor reagieren und beispielsweise die Produkternte zum optimalen Zeitpunkt einleiten.

Ergänzt wird das digitalisierte Labor durch eine Augmented-Reality-Anwendung. Per Tablet lässt sich die Realität erweitern, um technische Abläufe, Prozessparameter und Informationen zu Prozessen im Inneren des Bioreaktors zu visualisieren.

Optimale Prozessstabilität
Permanente, standortunabhängige Überwachung
Erweiterte Realität

Künstliche Intelligenz und digitale Zwillinge

Zur Auswertung der Daten setzen die Entwickler von Festo auch Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) ein. Damit kann der Bioreaktor entweder auf die Vermehrung der Algenkulturen optimiert werden oder darauf, vorgegebene Wachstumsparameter bei minimalem Energieeinsatz zu erhalten. Außerdem könnte die Haltbarkeit von Ventilen und anderen Komponenten damit prognostiziert werden. Denkbar wäre auch der Einsatz von digitalen Zwillingen, die mit Hilfe von KI erstellt werden. Mit ihnen könnten künftig komplette Lebenszyklen von Bioreaktoren simuliert und virtuell abgebildet werden. Auch das zu erwartende Zellwachstum unterschiedlichster Mikroorganismen ließe sich dann bereits vor dem physischen Aufbau eines realen Systems mit großer Genauigkeit abschätzen.

Automatisiertes Dispensieren als Basis

Neben der Optimierung der Laboranlagen durch Automatisierung und Digitalisierung bietet die so genannte künstliche Photosynthese eine weitere, vielversprechende Perspektive für eine noch effizientere Kultivierung von Biomasse. Festo hat mit seinem Projektpartner Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie Marburg einen Dispensierautomaten entwickelt, um einzelne Enzyme der Photosynthese zu verbessern. Dafür müssen tausende Varianten eines Enzyms getestet werden. Der entwickelte Dispensierautomat erledigt dies verglichen mit dem händischen Pipettieren deutlich schneller und fehlerfrei. Zudem ist der Automat in Sekunden an neue Aufgaben anpassbar.

Haben Sie Fragen? Möchten Sie unseren Bioreaktor besichtigen? Kontaktieren Sie uns! Wir freuen uns über Ihr Interesse.

 

Seit 2015 adressiert Christian Stich mit seinem Team die industrielle Biotechnologie bei Festo. Dabei kann er von seinen langjährigen, weltweiten Erfahrungen aus der Automation für die Öl-, Gas- und Chemiebranche profitieren. Als Ingenieur der technischen Informatiker verbindet er und sein Team Digitalisierung und Automation, um die industrielle biointelligente Wertschöpfung umsetzbar zu gestalten. Im Jahr 2021 wurde das Kompetenzzentrum Biointelligenz e.V. u.a. mit Festo gegründet, um interdisziplinär – Wissenschaft und Industrie gemeinsam – an vollkommen neuartigen Systemarchitekturen zu arbeiten. Stich vertritt Festo dort im Industriearbeitskreis, um Impulse zwischen Ingenieur-, Lebens- und Informationswissenschaften für den Maschinen- und Anlagenbau zu setzen.

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