Ein einziger Wassertropfen kann die Geheimnisse eines ganzen Ökosystems enthüllen. Und dank eines bahnbrechenden Projekts, das im Rahmen der „Tech4Positive Futures“-Initiative von Capgemini gefördert wird, können Naturschützer diese Wissenschaft nun nutzen, um das Vorkommen von Arten nachzuweisen – und zwar innerhalb von Minuten statt Wochen.

Für Ian Hardy, Engineering Manager für die Einführung neuer Produkte (NPI) bei Synapse, einem Unternehmen der Capgemini-Gruppe, ist dies ein Projekt, das ihn tief bewegt.

„Ein Projekt ist immer bedeutungsvoller, wenn es mit den eigenen persönlichen Überzeugungen übereinstimmt“, sagt er. „Die Arbeit an Projekten mit Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit bietet einen echten Mehrwert.“

Ian ist Teil von „Gene Genius“, einem der Gewinnerteams der jüngsten Ausgabe des „Tech4Positive Futures“-Wettbewerbs – Capgeminis Vorzeigeprogramm, das Kollegen zusammenbringt, um große gesellschaftliche und ökologische Herausforderungen durch technologische Innovationen anzugehen.

Gene Genius

Für das Projekt hat sich das Gene-Genius-Team mit Sitz in Seattle, USA, mit Conservation X Labs zusammengetan, einer Organisation, die mithilfe von DNA-Analysen das Vorkommen von Tier- oder Pflanzenarten überall auf der Welt ermittelt. Zu diesem Zweck haben sie ein Handgerät namens NABIT (Nucleic Acid Barcode Identification Tool) entwickelt. Das Gerät kann DNA vor Ort analysieren, um invasive oder gefährdete Arten innerhalb des lokalen Ökosystems aufzuspüren und schnelle Maßnahmen zu ermöglichen, die den Schutz und die Wiederherstellung der Tier- und Pflanzenwelt unterstützen.

„Was dieses Verfahren leistet, ist revolutionär“, sagt Ian. „Naturschützer vor Ort können eine kleine Wasserprobe entnehmen und anhand der im Wasser verbliebenen DNA innerhalb von 10 bis 20 Minuten feststellen, ob sich dort ein Tier aufgehalten hat.“

Bisher mussten DNA-Proben an Labore geschickt werden, deren Auswertung Wochen dauerte. Jetzt können Naturschützer fast sofort überprüfen, ob Lachse nach dem Abriss eines Staudamms in einen Fluss zurückgekehrt sind, oder invasive Arten wie die Europäische Grünkrabbe nachweisen. Jede Verzögerung kann dazu führen, dass sich invasive Arten über mehrere Generationen hinweg festsetzen – daher sind diese Schnelltests von entscheidender Bedeutung.

Die Herausforderung mit Robotik lösen

Conservation X Labs verwendet in den NABIT-Geräten speziell entwickelte Einwegkartuschen, um diese Ergebnisse innerhalb weniger Minuten zu liefern. Doch es gab eine Herausforderung: Bislang konnten die Kartuschen nicht in dem Umfang hergestellt werden, der erforderlich ist, um wirklich etwas zu bewirken. Das Team wollte dies ändern und arbeitete auf eine 20-fache Steigerung der Kartuschenproduktion hin.

Hier kam die Maschinenbauingenieurin Carly Silvernale ins Spiel.

„Unsere Aufgabe bestand darin, einen sehr heiklen und zeitaufwändigen manuellen Montageprozess in einen vollautomatisierten Prozess umzuwandeln. Die Kartuschen enthalten empfindliche, gefriergetrocknete Kügelchen, die mit DNA reagieren und bei jeglicher Krafteinwirkung, unsachgemäßer Handhabung oder Fehlausrichtung zerbröckeln. Zudem müssen die Bediener mit dicken PSA-Handschuhen arbeiten, was diesen heiklen Prozess noch schwieriger macht.“

Carlys Team erarbeitete den gesamten Montageablauf, entwarf die Hardware zur Befestigung der Teile und programmierte einen maßgeschneiderten Bestückungsroboter für die Montage der Kartuschen.

Das Team beriet zudem bei der Senkung der Teilekosten, indem es Lieferanten auswählte und verschiedene Fertigungsoptionen prüfte – wodurch die Lösung skalierbar und kosteneffizient wurde.

Design im Zeichen der Nachhaltigkeit

Die Automatisierung war nicht die einzige Herausforderung. Eine Ökobilanz ergab, dass der weltweite Versand der Kartuschen einen erheblichen CO₂-Fußabdruck verursachen würde.

„Wenn sie in Seattle hergestellt und weltweit versendet werden, ist der CO₂-Fußabdruck enorm“, sagt Ian. „Deshalb haben wir eine modulare, kostengünstige Fertigungslösung entwickelt, die an den Standorten von Conservation X Labs weltweit repliziert werden kann. Die dezentrale Fertigung senkt die Emissionen und macht die Lösung nachhaltiger.“

Technologie, die es möglich macht

Für Carly bedeutet dieses Projekt mehr als nur eine technische Herausforderung. „Ich liebe es, an ingenieurtechnischen Problemen zu arbeiten, die grundlegend anspruchsvoll sind und iteratives Vorgehen erfordern“, sagt sie. „In diesem Fall war es besonders motivierend zu wissen, dass das Ergebnis unserer Arbeit den Naturschutz und die Artenvielfalt unterstützt. Jede Sekunde, die wir im Montageprozess einsparen, wirkt sich direkt auf ihre Umweltziele aus.“


Ian pflichtet dem bei: „Tech4Positive Futures vereint ein Team mit breit gefächertem Fachwissen, das auf ein gemeinsames Ziel hinarbeitet. Projekte wie Gene Genius zeigen, wie Technologie – und menschlicher Einfallsreichtum – die Zukunft des Naturschutzes neu gestalten können.“

Eines der Ziele von Tech4Positive Futures ist es, aufzuzeigen, wie die Kompetenzen der Capgemini-Mitarbeiter in den Bereichen Design und Technologie dazu beitragen können, eine nachhaltige und inklusive Zukunft zu gestalten. „Mit Tech4Positive Futures legen wir die Möglichkeiten des Labors in die Hände von Umweltschützern“, sagt Ian. „Genau diese Art von praktischer Wirkung ist es, wofür Capgemini steht.“