Künstliche Welten für mehr Realität – Wie Virtual Reality die Planungssicherheit im Labor steigert

Artikel aus Diagnostik im Dialog (Ausgabe 63)

[Laborprozesse] Die Planung eines modernen, hochautomatisierten Labors ist ein komplexer Vorgang. Unzählige Details gilt es zu klären – angefangen von den räumlichen Gegebenheiten und dem Testportfolio über das zu erwartende Probenaufkommen bis hin zu den effizientesten Laufwegen. Bisher beugten sich Planer, Techniker, Auftraggeber und Labormitarbeiter über quadratmetergroße 2D-Aufsichtspläne. Dennoch barg die Umsetzung im Raum trotz sorgfältigster Planung mitunter Überraschungen, beispielsweise, wenn sich der Abstand zweier normgerecht gegenüberstehender Geräte letztlich einfach zu eng anfühlt. Bei anspruchsvollen Laborplanungen sorgt die Virtual Reality (VR) für mehr Sicherheit. Mit der inzwischen etablierten Technologie wird die Konzeption einfacher, flexibler und bedürfnisgerechter. VR vermeidet Fehlplanungen und Fehlinvestitionen und senkt den ökologischen Fußabdruck.

In dem ehemaligen Fabrikgebäude in Griechenland wurde früher Wäsche produziert. Ein riesiger Raum mit blauen Fensterrahmen, ein paar Poster hängen an der Wand und in der Ecke steht ein vertrockneter Weihnachtsbaum. Nur wenige Mausklicks später hat sich der trostlose Raum in ein hochmodernes, vollautomatisiertes Labor verwandelt. Der zukünftige Laborleiter geht durch die Reihen der "installierten" Systeme für die Präanalytik, die Analytik und die Postanalytik. Er lädt ein Probenröhrchen und beobachtet jeden einzelnen Prozessschritt der Probe. Er entwickelt eine klare Vorstellung von seinem Labor, der Ausstattung, dem Workflow und dem Bewegungsspielraum – lange bevor das erste System angeliefert wird.

Was nach Science-Fiction klingt, wurde bei vielen Laborplanungen bereits Realität. Die Virtual Reality (VR) lässt Laborberater, Anwender und Auftraggeber in das neu geplante Labor eintauchen. Sie können unmittelbar erleben und überprüfen, ob die vorausgegangene Konzeption den praktischen Anforderungen wirklich gerecht wird bzw. an welchen Stellschrauben noch gedreht werden muss.

Simultane Wirklichkeit und Fiktion

VR ist eine durch spezielle Hard- und Software erzeugte künstliche Wirklichkeit. Die Technologie erfüllt einen Jahrhunderte alten Menschheitstraum: Sie transportiert ihre Nutzer an beliebige Orte. Kern moderner VR-Hardware ist eine VR-Brille oder ein VR-Headset mit zwei hochauflösenden Displays zur Darstellung künstlich erzeugter Bilder. Anders als im 3D-Kino füllt der Blick durch eine VR-Brille fast das gesamte Sichtfeld aus. Die reale Umgebung wird ausgeblendet und man betrachtet ausschließlich eine virtuelle Welt. Dabei spielt das sogenannte Head-Tracking eine entscheidende Rolle. Mit dem Headset gekoppelte Sensoren erfassen die genaue Position des Kopfes und übertragen dessen Bewegungen in die virtuelle Realität. Ist die Latenz, also die Verzögerung zwischen der echten Kopfbewegung und der Bewegung im VR-Bild ausreichend gering, entsteht beim Nutzer der Eindruck, in der künstlichen Welt präsent zu sein.

Bereits Mitte der Neunzigerjahre erlebte das Thema VR in den Medien einen Boom, der jedoch schnell abebbte, da die damalige Technologie die hohen Erwartungen nicht erfüllte. Mit dem Kauf des Pioniers Oculus VR durch Facebook im März 2014 für rund zwei Milliarden US-Dollar nahmen die weltweiten Investitionen in die VR-Technologie stark zu. Die Ergebnisse überzeugen: nicht nur die Leistung aktueller Grafikchips hat sich enorm verbessert, sondern auch die Sensortechnik. So lassen sich heute dank extrem empfindlicher Sensoren – etwa zur Bestimmung von Richtungsänderungen und Beschleunigungen – Kopfbewegungen millimetergenau und höchst zeitnah in die VR-Welt übertragen.

Zahlreiche Industriezweige haben das Potenzial der VR-Technologie erkannt: Große Automarken präsentieren ihre Fahrzeuge mit unterschiedlichen Ausstattungsvarianten detailgetreu in der virtuellen Welt. Reiseanbieter schicken ihre Kunden an die schönsten Strände. Auch in der Architektur, Logistik und Medizin werden die Möglichkeiten dieser Technologie genutzt. Studien zufolge wurden 2016 rund sieben Millionen Headsets verkauft, 2021 könnten es bereits über eine Milliarde sein.1 Das Potenzial im Gesundheitsmarkt liegt gemäß Schätzungen bei rund 5,1 Milliarden US-Dollars im Jahr 2025.2

VR für das Labor nutzbar gemacht

Seit 2012 investiert Roche Diagnostics in die VR-Technologie. Ein kleines Team startete mit der Frage, wie VR die Qualität der Planung neuer Labore verbessern kann. In der Anfangsphase bestand die größte Herausforderung darin, ein (damaliges) Nischenprodukt massentauglich zu machen. Neben technologischen Hürden wie dem 3D-Datenhandling, musste das Team die Herausforderung meistern, existierende Planungsdaten in die VR zu überführen. Auch scheuten etliche Kunden aus Angst vor Übelkeit die Anwendung der VR. Neu entwickelte Steuerungskonzepte der Software, die die reale Bewegung im Raum auch über weite Distanzen mit dem virtuellen Eindruck synchronisieren, haben dieses Problem gelöst. Kunden können sich heute in den virtuellen Laboren von Roche Diagnostics angenehm bewegen.

Zukunftsfähige diagnostische Labore sind hochautomatisiert und integrieren Disziplinen, für die bisher ein Speziallabor notwendig war. Die Planung solcher Hochleistungslabore bedarf ausgefeilter, ganzheitlicher Konzepte, um den wachsenden Anforderungen gerecht zu werden und teure Fehlinvestitionen zu vermeiden. Große Umstrukturierungen gehen oft auch mit umfangreichen baulichen Veränderungen oder einem kompletten Neubau einher. Gerade in solch komplexen, anspruchsvollen und ökonomisch sensiblen Projekten liegt die Stärke der VR – und die der Spezialisten von Roche. Im international tätigen Team "Lab-Design, Visualization & Virtual Reality" arbeiten heute zwölf Fachleute. Es sind Architekten, Labordesigner, Informatiker, 3D-Artists, Spiele- und Grafikdesigner.

Prozess und Nutzen

Bei einem konkreten Kundenprojekt kooperiert die Abteilung Lab-Design, Visualization & Virtual Reality eng mit den Beratungsexperten von Roche Healthcare Consulting (RHC, ehemals Consulab). Im ersten Schritt werden die spezifischen Anforderungen des Kunden erfasst, die Räume vermessen und eine Bestandsaufnahme durchgeführt. Verknüpft mit zahlreichen Daten und Informationen – etwa zu Probenaufkommen, Durchsatzvorgaben, Laufwegen und Personalstärke – entwickeln die RHC-Mitarbeitenden ein Installationskonzept.3 Die KollegInnen von Lab-Design, Visualization & Virtual Reality erarbeiten auf dieser Basis für die VR zwei bis drei unterschiedliche Lösungsvorschläge. Dabei sind neben der Geräteaufstellung und dem Workflowkonzept markante Details der Räumlichkeiten wie z.B. Fensterrahmen, Fußbodenbeschaffenheit oder -farbe 1:1 zu übernehmen. Nur so fühlt sich der Auftraggeber wirklich in sein zukünftiges Labor hineinversetzt.

Eine bedeutsame Stärke der VR-Technologie ist, dass ein Planungstool unterschiedlichen Bedürfnissen und Perspektiven gerecht wird. Während die Geschäftsführung vorrangig den ganzheitlichen Blick auf Laborausstattung und -effizienz benötigt, erhalten Laborleitung und -mitarbeitende detailliert Einblick in Geräteabläufe. Es lassen sich vorab konkrete Prozesse im Labor simulieren und Laufwege nachvollziehen. Auf diese Weise offenbaren sich kritische Details, die im traditionellem 2D-Aufsichtsplan oft nicht erkennbar waren. Dazu gehören z.B. Laufwege, die zwar der Norm entsprechen, aber dennoch als zu eng wahrgenommen werden, Sichtbehinderungen durch Geräte, ungünstig stehende Wände oder unpraktische Arbeitsabläufe. Planungsfehler werden rechtzeitig erkannt und gelöst.

Über die realitätsgenaue virtuelle Darstellung des zukünftigen Labors erhalten alle Beteiligten die für sie notwendige Transparenz und sind jederzeit in das Planungsprojekt einbezogen. 

VR in der Laborplanung und in der Architektur

Ressourcenschonende Kollaboration

Bisher hat Roche Diagnostics international rund 60 VR-Projekte realisiert und 35 VR-Showrooms eingerichtet. Die globale Vernetzungsfähigkeit der Technologie ist ein weiterer Vorteil. Über kollaborative VR-Systeme können Experten von Roche und Laborverantwortliche demnächst ressourcenschonend weltweit zusammengeschaltet werden, um gemeinsam – ohne aufwändiges Reisen – ein virtuelles Referenzlabor zu besichtigen und zu diskutieren. Bis zu hundert Personen können auf diese Weise gleichzeitig interagieren.

Ebenfalls im Sinne der Nachhaltigkeit wird VR zunehmend auf Messen eingesetzt.  Anstatt große Analysegeräte an die Messe-
standorte zu transportieren, erkunden interessierte Besucher die Laborprozesse spielerisch und genauso detailgetreu im virtuellen Raum.

Darüber hinaus wird Roche die VR perspektivisch zur Schulung ihrer Servicetechniker nutzen. Über die VR-Brille trainieren Systemspezialisten dann einerseits räumlich und zeitlich komplett unabhängig und so oft sie es für erforderlich halten, andererseits völlig realitätsnah am virtuellen Gerät. Die intensivierte Schulung birgt das Potential einer schnelleren Fehlererkennung und Fehlerbehebung.

Die VR ist eine Entwicklung der Spieleindustrie, ihre ungeheuer attraktiven und vielseitigen Potentiale werden mittlerweile in unterschiedlichsten Industriezweigen genutzt. Auch Labore können bereits heute von dieser Technologie profitieren (s. Kasten). Roche Diagnostics arbeitet daran, die Einsatzmöglichkeiten und Vorteile der VR kontinuierlich zu erweitern und flächendeckend verfügbar zu machen.

Quellen

  1. Statista (2018): https://www.statista.com/topics/2532/virtual-reality-vr/
  2. Grand View Research (2017): https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/virtual-reality-vr-in-healthcare-market
  3. Rabenstein B: Diagnostik im Dialog (2019); 61:18–21

Korrespondenzadresse


Christopher Grieser

Christopher Grieser
Head of Lab-Design, Visualization & Virtual Reality
0621 759-2802
christopher.grieser@roche.com



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