Automatisierung und Visualisierung von Laborprozessen und Daten

 Ziel

  • Individuelle Automatisierung in Forschungslaboren

Motivation

  • Bessere Qualitätskontrolle und Reproduzierbarkeit
  • Mehr Flexibilität durch eigene Programmierung
  • Schnellere Messung und Auswertung
  • Mehr Zeit für Experimentdesign

Trailer

https://www.youtube.com/watch?v=VGvVTpfsBKc

Beschreibung

Durch die zunehmende Digitalisierung und vor allem individuelle Automatisierung von Forschungslaboren, sehen wir ein bisher unangetastetes Potential für die Lehre in eben diesem Gebiet. Momentan ist die Automatisierung der chemischen Industrie bereits sehr weit fortgeschritten, in Forschungslaboren gehört die Automatisierung von Prozessen jedoch noch nicht zum Standard. Dies liegt daran, dass manuell ausgeführte Prozesse im Kontext des wissenschaftlichen Arbeitens schneller modifiziert und erweitert werden können. Um diese Flexibilität beizubehalten und dennoch von der Zeitersparnis und besseren Qualitätssicherung eines automatisierten Prozesses profitieren zu können, müssen Experimente und Laborprozesse individuell automatisiert werden. Vor dieser Aufgabe stehen auch wir als Lehrstuhl für Analytische Chemie und Wasserchemie der Fakultät Chemie der TUM. Momentan forschen wir an der automatisierten Partikelerkennung, so wie spektroskopischen Identifizierung von Mikroplastik aus unterschiedlichen Matrices. Das erklärte Ziel hierbei ist es pro Filter bis zu 9000 Partikel zu analysieren. Die Auswertung von spektroskopischen Daten muss daher ebenfalls automatisiert werden, um den Datenstrom zu bewältigen.

Eine Inspiration für die vorgeschlagene Lehrveranstaltung waren Erfahrungen unserer Mitarbeiterin Elisabeth von der Esch als Kursleiterin im TUMlab mit Robotik- und Automatisierungskursen. Als Experimentierlabor der TUM bietet das TUMlab Kurse für Studierende, Schüler/innen und Lehrkräfte an. Dort werden Roboter sowie eine Fertigungsstraße mit LabVIEW bzw. auf LabVIEW basierender Software grafisch programmiert. Die Teilnehmer, in der Regel Einsteiger ohne Vorkenntnisse, bearbeiten dabei selbständig und eigenaktiv forschungs- und techniknahe Aufgabenstellungen. Zielsetzung ist hierbei, einen attraktiven Einstieg in die Informatik zu gewährleisten, für MINT-Fächer zu begeistern und so dem Fachkräftemangel entgegenzuwirken. Indem wir Herangehensweisen aus diesen Kurskonzepten übertragen, wollen wir bei den Studierenden Begeisterung für eine eigenständige Programmierung und Automatisierung von Prozessen wecken. Die angehenden Chemiker und Chemieingenieure sollen ihre hier erworbenen Kenntnisse zukünftig für ihre eigene Forschung nutzen können und so nachhaltig ihre technischen Möglichkeiten in der Analytik erweitern. Für die Entwicklung des Moduls für Chemiker und Chemieingenieure ist eine Kooperation mit dem TUMlab geplant, bei welcher Dr. Miriam Voß und Mike Kramler (beide TUMlab) die Konzeption beratend unterstützen.

Das Seminar wurde im Sommersemester 2020 zum ersten Mal veranstaltet. Durch die Corona Lage musste das Seminar inclusive Roboterbau online stattfinden. Durch den innovativen und flexiblen Aufbau des Seminars und die Kreativen Beiträge unserer Studierenden wurde das Seminar dennoch ein voller Erfolg indem Chemometrieprojekte bearbeitet wurden und sogar einzigartige Laborrobter gebaut wurden.

Das nächste Seminar findet im Sommersemester 2021 statt.