17 16 Nichts geht ohne Digitalisierung: Digitale Zwillinge sind wesentliche Wegbereiter einer biologisch inspirierten Kreislaufwirtschaft. Mit ihrer Hilfe können künftig komplette Lebenszyklen von Bioreaktoren simuliert und virtuell ab- gebildet werden. Auch das zu erwartende Zellwachstum unterschiedlicher Mikroorganismen lässt sich dann bereits vor dem physischen Aufbau eines realen Systems mit großer Genauigkeit abschätzen. So schaffen digitale Zwillinge zu einem frühen Zeitpunkt Transparenz. Im Sinne einer zukunftsfähigen und agilen Entwicklung beschleunigen sie die professionelle Konzeption hocheffizienter und automatisierter Bioreaktoren. Mit Methoden der augmentierten Realität lässt sich die reale Welt zielgenau erweitern. Mitarbeiter, Kunden, Partner oder Messebesucher von Festo können die Innovationen rund um den PhotoBionicCell mit Blick auf dessen physischen Aufbau auch virtuell erleben. Richtet man etwa ein Tablet auf das reale Exponat, werden technische Abläufe, Prozessparameter und Informationen in Form von Videos, Textbausteinen oder Grafiken eingeblendet. Nach persönlicher Interessenlage können Nutzer in neue Biowelten eintauchen und Wissenswertes dazulernen: Was bedeutet Photosynthese, wie laufen die Prozesse im Inneren des PhotoBionicCell genau ab? Welche Technik wird dafür eingesetzt, welche Produkte von Festo sind verbaut? Und wie funktionieren Inbetriebnahme und Fernwartung des Photobioreaktors? Digitale Zwillinge für frühzeitige Transparenz Auf Wunsch die Realität erweitern Blick auf die Außenwelt Optimierbar mit künstlicher Intelligenz Intuitive Mensch-Maschine- Schnittstelle Ganzheitliches Vorgehen bedeutet auch, bei aller Konzentration auf das Innenleben des PhotoBionicCell dessen Umgebung wahrzunehmen. Mit einer speziellen multisensorischen Vorrichtung zeichnen die Spezialisten von Festo unterschiedliche Umweltparameter auf, um daraus Rückschlüsse auf das Algenwachstum zu ziehen. Wie viel Sonnenlicht gab es in einem bestimmten Zeitraum, aus welcher Richtung kam die Einstrahlung? Welche Außentemperaturen und welche Luftfeuchtigkeit herrschten? Besonders relevant ist in diesem Zusammenhang das Wissen um die exakte Kohlendioxidkonzentration der Außenluft. In diesem Zusammenhang wurde zudem eine ausgeklügelte Methode entwickelt, das Kohlendioxid bereits anzureichern, bevor es über die Flächenkollektoren in den Bioreaktor gelangt. Denn für ein optimales Wachstum benötigen die Mikroalgen eine Kohlendioxidkonzentration von drei bis fünf Volumenprozent, der natürliche Anteil in der Umgebungsluft liegt etwa um den Faktor 100 niedriger. Maximale Effizienz und optimale Prozessstabilität im 24-Stunden-Betrieb bei Überwachung aller relevanten Parameter des PhotoBionicCell – so lautet das erklärte Ziel von Festo. Zur Auswertung der generierten Datenmengen setzen die Experten auch Methoden der künstlichen Intelligenz ein. Damit kann der Bioreaktor entweder auf die Vermehrung der Algenkulturen optimiert werden oder darauf, vorgegebene Wachstumsparameter bei minimalem Energieeinsatz zu erhalten. Dazu kommt die vorausschauende Betriebsüberwachung: Mit künstlicher Intelligenz kann die Haltbarkeit von Ventilen oder anderen Komponenten prognostiziert werden. Um einen drohenden Produktionsausfall zu vermeiden, optimiert sich das System auf Basis dieser Daten selbst – es drosselt die Produktionsgeschwindigkeit, weist auf notwendige Wartungsarbeiten hin oder leitet weitere zielführende Maßnahmen ein. Weil Bioreaktoren hochkomplexe Systeme sind, hängt ihre künftige Verbreitung auch von praktischen Überlegungen ab: Lassen sie sich einfach in Betrieb nehmen und bedienen? Können sie ortsunabhängig gesteuert und gewartet werden? Kann gewährleistet werden, dass bei Personalwechsel kein Knowhow-Verlust entsteht? Für eine intuitive Mensch-Maschine-Schnittstelle sorgen die IT-Spezialisten mit einer intelligenten Software, deren grafische Benutzeroberfläche eine einfache Orientierung bietet. Sämtliche Bioreaktoren von Festo sind dabei mit aktueller Datenlage und Live-Aufnahme abgebildet. Rund um die Uhr können Nutzer auch per Mobiltelefon und Tablet manuelle Parameteränderungen vornehmen bzw. Auswertungen rund um das Biomasse- wachstum visualisieren. Wird einem Bioreaktor vor Ort eine Probe der Kultur entnommen, werden die zu diesem Zeitpunkt ermittelten Sensordaten angezeigt. Die Software ist jederzeit um neue Features erweiterbar, Updates erfolgen automatisch. Eine Vielzahl modernster Technologien spielt zusammen, um das Gesamtsystem des Bioreaktors PhotoBionicCell zu optimieren. Die Spezialisten von Festo setzen auf innovative Sensorik, Steuerungs- und Regelungstechnik, Digitalisierung sowie künstliche Intelligenz.
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