Interview mit Dr. Felix Lenk | SmartLab Systems

Selten standen Laboratorien unter einem derartigen Druck, Ergebnisse zu liefern, eine scheinbar unendliche Anzahl von Proben zu interpretieren und zu analysieren und dabei riesige Datenmengen zu generieren, die alle schnell und mit einem konstanten Qualitätsanspruch benötigt werden. Und da dieser Druck wahrscheinlich noch zunehmen wird, wächst die Erkenntnis, dass veraltete Prozesse, die auf Instrumente, wie schriftliche Dokumentation angewiesen sind, in einer Welt, die intelligente Antworten erfordert, nicht ausreichen werden. Deshalb arbeiten Dr. Felix Lenk und sein Team von der TU Dresden seit einiger Zeit an ihrem SmartLab-Projekt, ein Begriff, der die Art von Technologien beinhaltet, die das Labor der Zukunft vorantreiben und Elemente effektiv einbinden wie z. B. Gerätevernetzung, kollaborative Robotik und Benutzerinteraktion. Dr. Lenk und seine zehnköpfige interdisziplinäre Forschungsgruppe haben sich zum Ziel gesetzt, die Kluft zwischen Biologie und Technik zu überbrücken. Aber, wie er erklärt, bedeutet das viel mehr als nur den Kauf neuer Geräte. Modulares und flexibles Arbeiten bedeutet eine Änderung der Denkweise auf vielen Ebenen.

Auf die Frage nach dem aktuellen Stand der Digitalisierung in den Labors beschrieb er einen fünfstufigen Prozess, der mit Sensoren beginnt, die kurzzeitige und hochfrequente Vorgänge erfassen, bis hin zu solchen am oberen Ende, die die Daten „menschlich interpretierbar“ machen und direkte Fragen beantworten können. Er sagte damals, dass wir uns derzeit irgendwo zwischen den Stufen eins und vier befinden. Ich habe kürzlich mit ihm gesprochen, um zu erfahren, wo wir jetzt stehen und was vor uns liegt.

ACHEMA Inspire: Wie weit sind wir von Ihrer Vision eines digitalen Labors entfernt?  

• __Dr. Felix Lenk: Meiner Meinung nach sind wir in einer guten Phase, und es gibt viele Unternehmen, die darüber nachdenken, wie sie ihre traditionellen Labore in das digitale Labor der Zukunft umwandeln können, aber im Moment gibt es nur wenige Beispiele, an denen man die vollständige Umwandlung wirklich sehen kann.

ACHEMA Inspire: Sind Sie optimistisch?

• __Dr. Felix Lenk: Auf jeden Fall. Dies hat aufgrund des Coronavirus eine neue Anregung erhalten. Viele Labore sind wirklich gezwungen, die Digitalisierung voranzutreiben, aber sie haben bestimmte Probleme. Sie müssen dafür sorgen, dass ein Labortechniker oder Forscher, sobald er im Labor ist, nur noch das Experiment durchführt und nicht mehr wie früher an der Vorbereitung arbeitet oder Besprechungen durchführt. Jetzt müssen wir alles entfernen, was für das eigentliche Experiment oberflächlich ist. Andererseits müssen Sie, wenn Sie nicht ins Labor gehen können, die Möglichkeit haben, aus der Ferne auf Ihre Experimente zuzugreifen oder die Daten einzusehen, und genau das ermöglicht Ihnen die Digitalisierung des Labors.

ACHEMA Inspire: Wie die jüngsten Ereignisse gezeigt haben, steht das moderne Labor unter zunehmendem Druck, sowohl qualitativ als auch quantitativ immer mehr zu produzieren. Ist das nicht eine Dichotomie und wie können wir das rationalisieren?  

• __Dr. Felix Lenk: Was wir in den letzten Jahren erlebt haben, ist ein deutlicher Anstieg der Zahl der Proben, z. B. bei Wasser-, Lebensmittel- und Arzneimittelkontrollen. Es werden nicht nur mehr Proben benötigt, sondern es müssen auch mehr Experimente durchgeführt werden. Der Prüfprozess der Experimente wird von Runde zu Runde komplexer und auch die Geräte dafür werden komplexer. Der einzige Ausweg ist also, an Lab 4. 0 zu denken, was drei Dinge bedeutet: Digitalisierung, Automatisierung und Miniaturisierung. Miniaturisierung bedeutet, dass Sie den gleichen Platz haben, aber Sie müssen sicherstellen, dass Ihre Geräte kleiner werden. Automatisierung bedeutet mehr Durchsatz. Digitalisierung bedeutet mehr Qualität, bei der am Ende sogar die Dokumentation komplett automatisiert wird.

ACHEMA Inspire: Auf persönlicher Ebene arbeiten Sie mit einer Gruppe zusammen, die in Bezug auf die wissenschaftlichen Disziplinen sehr vielschichtig ist. Wie trägt das zu Ihrem erklärten Ziel bei, die Kluft zwischen Biologie und Technologie zu überbrücken?

• __Dr. Felix Lenk: Wenn es darum geht, die Forscher in meiner Gruppe zusammenzubringen, profitieren wir gerne von den breit gefächerten interdisziplinären Fähigkeiten. Wir haben Chemiker, Verfahrensingenieure und Ingenieure für die Automatisierungssteuerung, und diese Vielfalt gibt uns nicht nur aus der Studienperspektive das Input den Akzent auf die Technik zu legen und sich gegenseitig zu helfen, die effektivsten Lösungen zu finden, sondern auch durch die Fähigkeit, ein Problem aus verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten.

ACHEMA Inspire: Wie wichtig sind Kostenüberlegungen bei einem solchen Projekt?

• __Dr. Felix Lenk: Untersuchungen haben ergeben, dass Laborarbeitsplätze zu den teuersten Arbeitsplätzen der Welt gehören. Es ist also absolut wichtig zu prüfen, wie man die Kosten senken kann um gleichzeitig auch sicherzustellen, dass die Herstellung neuer Medikamente oder Bioprozesse auch machbar ist.
  Wenn Sie ein Labor umbauen, müssen Sie viel Geld investieren, aber wenn Sie ein Labor im traditionelleren Stil einrichten, stellen Sie die Labortische, die Abzugshauben und die Laminar Flow Boxen auf und diese bleiben normalerweise die nächsten 30 Jahre dort. Normalerweise beträgt die Projektdauer in einem kommerziellen Labor zwei bis drei Jahre, und danach ist es reine Glückssache, ob die Infrastruktur noch passt oder nicht. Es muss teuer nachgerüstet oder verändert werden. Mit unserer Idee, ein flexibles und modulares Labor zu schaffen, kann es organisch mit Ihren Bedürfnissen wachsen.

ACHEMA Inspire: Erzählen Sie uns mehr über das IX-Laborsystem in Sechseckform.

• __Dr. Felix Lenk: Sie beginnen mit einem leeren Raum, in dem Sie den Einlass für [Elemente wie] Druckluft, Gas, Wasser haben und Sie beginnen mit einer kleinen Insel von, sagen wir, sieben Elementen und Teile davon sind mobil. Dort sind auch die Geräte integriert und diese Gerätereihe umfasst Ihren Workflow. Wenn ein anderer Forscher vorbeikommt und zwei Geräte aus diesem Arbeitsablauf benötigt, entnimmt er sie einfach, stellt sie in einen neuen Kontext, teilt die Infrastruktur mit Ihnen und führt seine eigenen Experimente durch. So können Sie diese Infrastruktur an Ihre Bedürfnisse anpassen und nach Belieben vergrößern oder verkleinern. Und wenn Sie von einem Biologielabor zu einem Chemielabor wechseln müssen, können Sie Teile Ihrer Infrastruktur ändern, da Sie Module zusammenstellen können, um Ihren Arbeitsablauf zu gestalten, und müssen keine passive und feste Infrastruktur behalten.

ACHEMA Inspire: Mit anderen Worten, ist das ein völliges Umdenken?

• __Dr. Felix Lenk: Auf jeden Fall. Dies hat auch andere positive Aspekte. Zum Beispiel ist auch die Zusammenarbeit in Forschungslabors ein sehr wichtiges Thema und technisch nicht machbar in traditionellen Labors, wo ein Labortisch und Schränke stehen und man die anderen Forscher nicht sehen kann.  Wenn Sie in einer sehr modularen Umgebung arbeiten, sitzen die Kollegen an anderen Posten und teilen ihre Geräte mit Ihnen, und möglicherweise befindet sich auch ein Roboterarm in der Mitte. So entsteht ein völlig neues Arbeitsumfeld, das Sie vielleicht zu neuen Erfindungen oder Entdeckungen inspiriert.

ACHEMA Inspire: Welche weiteren Änderungen sind erforderlich, um dies zu erreichen?

• __Dr. Felix Lenk: Das Wichtigste bei dieser Anordnung ist, dass eine Vielzahl von Unternehmen [notwendigerweise] zusammenarbeitet, sich gegenseitig kennt und die Schnittstellen aufeinander abgestimmt sind, um die anfänglichen Hürden zu bewältigen.
  Wenn man heute einen Digitalisierungsprozess beginnt, geht man einfach zu einem Softwareunternehmen und sagt: Ich möchte mein Labor digitalisieren. Und dieses sagt: OK, wir können euch helfen. Dann stellen Sie fest, dass Sie Ihre Geräte, Ihre Arbeitsabläufe und Ihre Infrastruktur ändern müssen, und dann sagt das Softwareunternehmen: „Oh, tut uns leid, wir sind nur ein Softwareunternehmen und können Ihnen dabei nicht helfen“.
  Aber wenn das Softwareunternehmen Teil dieses SmartLab-Ökosystems ist, können sie einfach auf ein Unternehmen verweisen, das sie kennen und mit dem sie Schnittstellen eingerichtet haben, und sie könnten sagen: „OK, ihr müsst eure Geräte austauschen, lasst uns zu ihnen gehen“ - oder sie gehen zu einem Komplettdienstleister und sagen: „Ich möchte ein vollständig digitalisiertes Labor kaufen“ - von der Idee bis zum Endprodukt. Das bedeutet, einen völlig neuen Unternehmenszweig zu bilden, der nicht Software oder Komponenten oder Geräte verkauft, sondern die komplette Lösung und den Kunden mit den Problemen nicht allein lässt.

| Originalversion veröffentlicht in ACHEMA Inspire, Juni 2021 / Deutsche Übersetzung DECHEMA Ausstellungs-GmbH. |