Apprendimento immersivo di processi bio-farmaceutici avanzati

Fondazione VITA – ITS (Istituto Tecnologico Superiore) “Nuove Tecnologie per la Vita” opera nella formazione di figure professionali altamente specializzate nel settore delle life sciences, con l’obiettivo di avvicinare la didattica alle reali esigenze del mondo industriale e della ricerca.

Dopo una prima collaborazione dedicata allo sviluppo di esperienze immersive per il laboratorio VITA Lab, la Fondazione ha avviato un nuovo progetto, focalizzato sulla realizzazione di soluzioni software immersive per la formazione su macchinari e processi bio-farmaceutici complessi.

La nuova esigenza formativa nasce dalla necessità di permettere agli studenti di:

• comprendere il funzionamento di macchinari industriali complessi
• osservare e contestualizzare processi reali difficilmente accessibili durante la didattica tradizionale
• apprendere in modo sicuro, ripetibile e immersivo

L’obiettivo non era quello di riprodurre procedure operative passo-passo, ma di offrire una visione chiara, realistica e scientificamente corretta dei processi, attraverso ambienti digitali immersivi.

More ha affiancato Fondazione VITA lungo tutto il percorso di progettazione e sviluppo del software, adottando un approccio basato su:

• rilievi fotografici in loco, effettuati direttamente sugli impianti reali
• ricostruzione digitale fedele dei macchinari, a partire da dati e immagini reali
• definizione della sceneggiatura in collaborazione con un professore specializzato, attraverso incontri sul posto e un confronto continuo
• traduzione della complessità tecnica in esperienze immersive didattiche, accessibili e coerenti con il contesto formativo

Il risultato è un ecosistema software che unisce rigore scientifico, chiarezza espositiva e immersione visiva.

Le soluzioni sviluppate contribuiscono a:

• migliorare la comprensione di processi complessi
• ridurre i rischi legati all’apprendimento su macchinari reali
• rendere la formazione ripetibile e accessibile
• integrare la didattica tradizionale con strumenti immersivi avanzati

Il progetto si inserisce nel percorso di evoluzione del laboratorio didattico di Fondazione VITA, ampliandone le possibilità formative attraverso l’utilizzo delle tecnologie di realtà virtuale e mista.

L’applicazione VR per Meta Quest 3

È stata sviluppata un’applicazione in Virtual Reality per visori Meta Quest 3, composta da cinque scenari immersivi, ciascuno dedicato a uno specifico macchinario.

Ogni scenario permette allo studente di esplorare l’ambiente, osservare il macchinario e comprenderne il ruolo all’interno del processo bio-farmaceutico, riducendo la necessità di accesso diretto agli impianti reali.

Le esperienze sono progettate con un taglio didattico e accessibile, così da rendere immediata la comprensione delle fasi principali e del contesto operativo.

0. Scelta dello scenario

All’avvio dell’esperienza, l’utente accede a una stanza introduttiva progettata come punto di orientamento e selezione. Da qui è possibile scegliere in modo semplice e immediato quale percorso avviare o quale macchinario esplorare, accedendo direttamente allo scenario immersivo corrispondente.

Questo ambiente preliminare consente di organizzare la fruizione in modo chiaro, rendendo l’esperienza più intuitiva e adattabile alle diverse esigenze formative.

1. Sistema Centrifuga–Fermentatore

Un sistema integrato che permette di comprendere il collegamento tra due fasi fondamentali dei processi bio-farmaceutici: la fermentazione e la successiva separazione del prodotto.

All’interno dello scenario immersivo è possibile osservare la struttura del fermentatore e la sua configurazione generale, evidenziando il ruolo dei principali elementi che intervengono nel controllo del processo (come sonde, linee di aggiunta e punti di campionamento), utili per monitorare parametri critici durante le fasi di crescita e trasformazione.

La parte dedicata alla centrifuga introduce il concetto di separazione in continuo, fornendo una visione d’insieme del sistema e del flusso che porta dalla brodocoltura alla raccolta del materiale di interesse. L’esperienza consente quindi di contestualizzare in modo chiaro l’interazione tra i due macchinari, mostrando come fermentazione e separazione siano parte di un unico percorso produttivo.

2. Omogeneizzatore

Lo scenario dedicato all’omogeneizzatore consente di esplorare uno strumento centrale nelle lavorazioni bio-farmaceutiche, utilizzato per il trattamento e la lavorazione di materiali biologici, in particolare nella fase di rottura e disgregazione cellulare.

L’ambiente immersivo permette allo studente di osservare componenti, connessioni e struttura generale della macchina, comprendendone la collocazione nel flusso produttivo e il motivo per cui questa fase risulta determinante per rendere disponibile il materiale biologico necessario alle lavorazioni successive.

L’esperienza valorizza l’aspetto didattico fornendo un contesto realistico che aiuta a interpretare la funzione dell’omogeneizzatore senza entrare nel dettaglio operativo, ma sottolineando l’importanza del controllo dei parametri e della sicurezza nella gestione di un processo ad alta pressione.

3. Cromatografo

Il cromatografo rappresenta uno dei passaggi chiave nei processi di produzione e purificazione, in quanto permette di separare e selezionare le molecole di interesse all’interno di una soluzione complessa.

Nello scenario immersivo lo studente può osservare la configurazione del sistema, con attenzione agli elementi che consentono il trattamento del campione e la gestione dei cicli di processo, comprendendo come il materiale attraversi la colonna cromatografica e venga separato in base alle caratteristiche chimico-fisiche.

L’esperienza è pensata per rendere intuitivi i principi della cromatografia, evidenziando la funzione della colonna e delle resine interne, oltre alla presenza dei principali strumenti di monitoraggio e lettura. L’obiettivo è fornire una comprensione solida del ruolo del cromatografo nel flusso produttivo, collegandolo alle fasi che lo precedono e lo seguono.

4. TFF – Sistema di filtrazione a flusso tangenziale

Il sistema TFF (Tangential Flow Filtration) è un impianto utilizzato per la concentrazione e la dialisi dei prodotti, risultando essenziale nella fase di trattamento e preparazione delle soluzioni prima delle lavorazioni finali.

All’interno dello scenario immersivo è possibile osservare la struttura generale della macchina e il sistema di filtrazione, comprendendo come la tecnologia TFF consenta di trattenere o separare le molecole in base alla dimensione, favorendo così l’ottimizzazione del prodotto finale.

La simulazione fornisce un contesto chiaro sul ruolo del TFF nel flusso produttivo, mostrando come il materiale venga gestito, trasferito e filtrato in maniera controllata, e come parametri come pressione, temperatura e flusso siano fondamentali per garantire la qualità del processo. L’esperienza risulta particolarmente utile per familiarizzare con una fase che, in ambiente reale, richiede attenzione e precisione.

5. Reattore in vetro

Lo scenario dedicato al reattore in vetro permette di osservare un impianto utilizzato per processi chimici e di coniugazione, in cui due o più componenti vengono combinati e fatti reagire in condizioni controllate.

L’ambiente immersivo evidenzia la struttura del reattore e i principali elementi funzionali, come sistemi di agitazione, sensori e punti di ingresso/uscita, offrendo una lettura chiara di come avvenga una lavorazione che richiede controllo, stabilità e ripetibilità.

L’esperienza consente allo studente di contestualizzare questa fase nel flusso produttivo, comprendendo la logica di una reazione controllata e l’importanza del monitoraggio dei parametri. Il reattore viene rappresentato in modo realistico per rendere più intuitivi concetti spesso complessi da visualizzare in un contesto teorico, valorizzando l’aspetto formativo senza trasformare la simulazione in una procedura tecnica.

Il software per Varjo XR-4: VR e Mixed Reality

Accanto all’applicazione VR standalone, More ha sviluppato un secondo software dedicato al visore Varjo XR-4, in grado di raccogliere tutti e cinque i macchinari all’interno di un unico ambiente digitale.

Il software consente:

• la visualizzazione dei macchinari in Virtual Reality
• la fruizione in Mixed Reality, integrando il digitale con l’ambiente reale
• la navigazione libera tra i diversi sistemi

Questa soluzione permette una visione complessiva dei processi, favorendo la comprensione delle relazioni tra i diversi macchinari e offrendo un’esperienza formativa avanzata e flessibile.

Dicono di noi:

Stefano Chiellini (Direttore Fondazione VITA)

“Questo progetto rappresenta un esempio concreto della nostra visione strategica: utilizzare le nuove tecnologie abilitanti 4.0 per preparare al meglio i tecnici superiori del futuro. Attraverso un lavoro di squadra, che ha coinvolto esperti nell'area scientifica, tecnici del mondo del lavoro e esperti programmatori è stato possibile sviluppare una esperienza simulata di attività normalmente non accessibili se non ad operatori esperti. Replicabile, Sostenibile, Sicuro: i tre punti di forza di queste progettualità. L’iniziativa consolida il posizionamento della Fondazione come soggetto capace di attivare sinergie qualificate per rispondere concretamente alle esigenze del mondo del lavoro. Siamo convinti che progettualità di questo tipo contribuiscano a rafforzare nel tempo l’ecosistema della ricerca e dell’innovazione.”

Gianmarco Olleia (Responsabile controllo di gestione Fondazione VITA)

“La collaborazione con MORE nasce da tempo e, in ogni occasione in cui abbiamo lavorato insieme, sono emersi progetti innovativi che hanno permesso alla nostra Fondazione di ampliare le proprie competenze tecnologiche applicate alla formazione e di rimanere al passo con l’evoluzione del settore.”

Andrea Niccolai (Referente Tecnico/Scientifico Fondazione VITA)

“Dal punto di vista tecnico-scientifico, il progetto ha assicurato elevati standard qualitativi nella progettazione e nell’esecuzione delle attività. Le competenze specialistiche coinvolte hanno consentito di integrare rigore metodologico e applicabilità concreta. L’iniziativa ha rappresentato un’importante occasione di valorizzazione del know-how e di diffusione di contenuti scientificamente solidi.”