Modernisierung in Forschung und Entwicklung

Automation und KI im Chemielabor nutzen

An der Hochschule Niederrhein soll es mit einem hochmodernen Chemielabor am HIT (Institut für Oberflächentechnologie) in die digitale Zukunft der Chemie gehen. Dort werden dank des Einsatzes von Automation und künstlicher Intelligenz innovative Lacke, Klebstoffe und 3D-Druck-Materialien hergestellt.

Die in Krefeld am Campus West stehende Anlage ist Teil des D-NL-HIT-Projekts – einem grenzüberschreitenden Projekt mit Partnern aus der deutsch-niederländischen Grenzregion. Mit der intelligenten Hochdurchsatz-Anlage sollen neue Rezepturen für Farben, Lacke und Klebstoffe nicht nur schneller als bisher, sondern vor allem nachhaltiger mit optimal an die jeweilige Anwendung angepassten Eigenschaften entwickelt und in marktreife Produkte überführt werden. Dafür wird künstliche Intelligenz angewendet: Während sich die Chemiker etwa mit der Frage beschäftigen, wie nachwachsende Rohstoffe in innovativen Produkten und für neue Anwendungen formuliert werden können, werden die Routine-Laborarbeiten von einem automatisierten, intelligent gesteuerten System von Robotern übernommen – unermüdlich, präzise, Tag und Nacht und notfalls auch am Wochenende.

© Hochschule Niederrhein

„Anstatt immer wieder Probe für Probe anzurühren und aufzutragen, machen dies die Roboter nach Vorgaben eines Algorithmus. Gleichzeitig entwickelt sich dabei ein digitales Modell, das den Chemiker bei der Optimierung seiner Formulierungsaufgabe unterstützt“, erklärt Projektmanager Dr. Joachim Schick. Kleine und mittlere Unternehmen der Region erhalten so die Chance, über die intelligent gesteuerte Nutzung des Roboters die Möglichkeiten von Digitalisierung und Industrie 4.0 für ihre Produkte zu nutzen. Durch Wissens- und Technologietransfer von der Hochschule könnten diese Unternehmen schnell neue Rezepturen entwickeln und so dynamisch auf regulative Änderungen oder neue Marktanforderungen reagieren.

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„Schnittstelle“ zwischen Mensch und Maschine ist ein riesiger Bildschirm, ein Touchscreen, über den die Chemiker die Anlage bedienen. Nachdem der Workflow festgelegt ist, übergibt der Nutzer seine Versuchskriterien an den ML-Algorithmus (ML = Machine Learning), der basierend auf initialen Formulierungsrezepturen und ersten Resultaten weitere Vorschläge für die Versuche macht. Im Workflow wird festgelegt, welche Stoffe und Module für das Experiment genutzt werden.

Die Anlage ist auf einer Fläche von 250 m2 aufgebaut. Die eigens dafür hergerichtete Funk-tionshalle wird bei konstantem Klima (22 bis 23 °C bei 50 % Luftfeuchtigkeit) betrieben. Sie ist in der Lage, bis zu 150 Experimente am Tag durchzuführen. Ziel ist die Reduktion der benötigten Experimente bei gleichzeitig möglichst geringer Einsatzmenge der einzelnen Chemikalien. Dieses ressourcenschonende Vorgehen wird durch die innovative Kopplung von Automation und ML-Algorithmus erreicht. „Unser Ziel ist es, mit dieser Kombination, unserer ‚iHIT Solution Engine‘, in der Region und auch landes- und bundesweit die erste Anlaufstelle für die digitale Lackchemie zu werden“, sagt Institutsleiter Professor Dr. Jost Göttert. Dazu betreibt die HSNR den sowohl regional als auch überregional agierenden Open Innovation HUB HIT.

Quelle: Hochschule Niederrhein

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