6 Schlüsselbereiche fürs Labor der Zukunft Die Evolution der Labore

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So wie in der Natur Lebewesen durch die Evolution in ihrer Entwicklung vorangetrieben werden, so kann man auch im Labor von einer Weiterentwicklung, einer Art Evolution sprechen. Nur erfolgt diese nicht zufällig, sondern kann durch die Mitarbeiter gezielt voran- getrieben und gestaltet werden, um dem „Labor der Zukunft“ näher zu kommen. Welche Eigenschaften sollten diese Labore von morgen besitzen? Und was ist heute schon erreicht?

Laborprozesse entwickeln sich ständig weiter und werden damit komplexer. Diese Komplexität bringt immer wieder neue Herausforderungen mit sich, denn Prozesse müssen trotzdem verständlich und genau beschrieben sein. Zusätzlich müssen sie so effizient wie möglich weiterlaufen. Welche Eigenschaften sollten aber die Labore haben, damit dieses Ziel erreicht wird bzw. erhalten bleibt? Hier kann man sich ein Beispiel an der Natur nehmen, denn sie ist ein Meister der Komplexität und Effizienz. Ein Stichwort dafür ist Evolution, das sich auch als Synonym für Entwicklung verwenden lässt.

In welche Richtung sollten sich Labore entwickeln? Sind wir Treiber einer solchen Evolution der Labore oder ist diese Evolution ein Resultat von Zufällen und Anpassungen, die wir ständig machen müssen, um die immer wieder auftauchenden Herausforderungen im Laufe der Zeit zu meistern? Labormitarbeiter haben heute die Möglichkeit, als Treiber der Labor-Evolution eine wichtige Rolle zu spielen, indem sie sich klar vorstellen, wie die Labore in der Zukunft aussehen und welche Eigenschaften sie besitzen sollten. Hier ist wichtig zu betonen, dass mit Labormitarbeitern alle Mitarbeiter auf allen Ebenen gemeint sind, denn das Labor der Zukunft kann nur optimal gestaltet werden, wenn alle Beteiligten kooperieren und kollaborieren.

Die 6 Zutaten fürs Labor der Zukunft

Alle hochentwickelten Organismen haben im Laufe ihrer Evolution verschiedene Eigenschaften weiterentwickelt, um nicht nur weiter überleben zu können, sondern auch Vorteile gegenüber anderen Organismen zu erhalten. Es sind oft Entwicklungen, die zu mehr Komplexität und Spezialisierung führen, aber auch Merkmale wie fortgeschrittene Nervensysteme, Anpassungsfähigkeit, Energieeffizienz, Lernen und Gedächtnis sowie Kommunikation und Sprache. Ein Labor ist in gewisser Hinsicht vergleichbar mit einem natürlichen Organismus, denn dort müssen ebenso viele Ressourcen gemanagt sowie komplexe Prozesse effizient durchgeführt werden wie in der Natur. Es ist daher kein Zufall, dass genau diese Eigenschaften hochentwickelter Organismen ebenfalls bei den Laboren angestrebt werden, damit sie die Herausforderungen von heute und morgen meistern können. Wir werfen nun einen genaueren Blick auf die sechs wichtigsten Eigenschaften des Labors der Zukunft

1. Komplexität und Spezialisierung

Das Labor der Zukunft benutzt spezialisierte Tools – sowohl Software als auch Hardware –, um die verschiedenen Prozessschritte hocheffizient zu bearbeiten. Komplexität bedeutet nicht, dass Prozesse nicht überschaubar sind. Im Gegenteil, Komplexität bedeutet hier, dass ausgeklügelte Systeme hinter allen diesen Prozessen vorliegen. Diese Systeme helfen dabei, Prozesse einfach zu überwachen, Daten jederzeit aus diesen Prozessen zu gewinnen und schnelle Schlussfolgerungen zu ziehen. Das Labor der Zukunft ist hochkomplex und trotzdem sehr einfach zu bedienen – dank den angewandten Technologien und spezialisierten Mitarbeitern, die mit diesen Technologien umgehen können.

2. Fortgeschrittene Nervensysteme

Der effiziente Datenaustausch, die klare Kommunikation zwischen allen Mitarbeitern auf allen Ebenen, Sensoren und ein intelligentes Überwachungssystem bilden das Nervensystem eines Labors. Dieses hat die Aufgabe, ständig Änderungen wahrzunehmen – sowohl innerhalb als auch außerhalb des Labors – und diese Informationen gezielt und effektiv zu verarbeiten. Das Labor reagiert selbstständig auf solche Änderungen, da die Automatisierung sehr fortgeschritten ist. Nur in Sonderfällen werden Anfragen/Änderungen an verantwortliche Personen weitergeleitet, damit diese Entscheidungen darüber treffen können.

3. Anpassungsfähigkeit

Das Labor der Zukunft hat die Fähigkeit, seine Prozesse schnell anzupassen, ohne dabei Effizienzverlust zu erleiden. Anpassungsfähigkeit wird erreicht, indem die Verknüpfungen zwischen allen Prozessen und die Folgen einer Änderung bei einem der Prozessschritte bekannt sind. Prozessoptimierung ist ein fortlaufendes Unterfangen, weswegen Labore und ihre Arbeitsabläufe so gestaltet sein müssen, dass die Einführung neuer Technologien immer möglich ist, um sich weiter zu optimieren.

4. Energieeffizienz

Das Labor hat effiziente Mechanismen, um Energie zu gewinnen, zu speichern und zu nutzen. Damit ist es möglich, die Wettbewerbsfähigkeit zu erhöhen und konkurrenzfähig zu bleiben. Dieser Punkt wird durch die aktuelle Energiekrise immer wichtiger. Trotzdem sollten steigende Energiepreise nicht die einzige Motivation sein, energieeffizient zu werden. Der Stromverbrauch ist auch ein Indiz dafür, wie gut Prozesse gestaltet sind. Ineffiziente Abläufe verbrauchen mehr Energie, mit effizienten Prozessen hingegen wird Energie gespart.

5. Lernen und Gedächtnis

Aus vorhandenem Wissen und Erfahrungen lernen, die Erkenntnisse sichern und das Verhalten dementsprechend anpassen – dies sind wesentliche Voraussetzungen für einen Lernprozess. Lernen und Gedächtnis sind deshalb wichtig, weil damit neue Fähigkeiten entwickelt werden können. So kann das Labor der Zukunft aus allen vorhandenen Daten der Vergangenheit und Gegenwart Schlussfolgerungen ziehen und damit seine Prozesse optimieren. Datenmanagement ist dabei der Schlüssel. Das Labor der Zukunft hat folgende Fragen bereits optimal gelöst: Welche Daten sollen gespeichert werden? Wie werden Daten gespeichert? Wie werden Daten übertragen? Kann man aus den vorhandenen Daten weitere Informationen gewinnen? Wie werden die Daten vor externen Angriffen geschützt? Wie sieht es mit dem Datenzugriff aus?

6. Kommunikation und Sprache

Das Labor der Zukunft hat die Fähigkeit, Informationen auf allen Ebenen effektiv auszutauschen und weiterzugeben. Kommunikation und Sprache sind notwendig, damit das Labor als eine Einheit für seine Ziele arbeiten kann. Ein gutes Datenmanagement ist der Schlüssel für die Kommunikation und Datenstandards helfen dabei, diese noch zu vereinfachen. Damit kann das Labor der Zukunft mit anderen Laboren weltweit optimal kommunizieren.

Was heute schon im Einsatz ist

Die Digitalisierung und die im Markt vorhandenen Technologien helfen bereits heute dabei, das Labor der Zukunft zu bilden. Diese sind:

• Lab Robotics: Roboter, mit denen Prozesse automatisiert werden können

• Software für Datenverwaltung: LIMS (Laboratory Information Management System) ELN (Electronic Laboratory Notebook), LES (Laboratory Execution System), ERP (Enterprise Resource Planning) und CDS (Chromatography Data System) sind einige Beispiele

• Cloud Technologien: für die Speicherung von Daten

• Digitale Standards: verbessern die Kommunikation, indem Daten homogenisiert ausgetauscht werden. Es gibt bereits viele Initiativen, die sich mit dem Thema beschäftigen, z. B. SiLA, AniML, Allotrope Foundation, Pistoia Alliance. Dabei werden die Datenprinzipien wie FAIR (findability, accessibility, interoperability, reusability) oder ALCOA (attribut­able, legible, contemporaneous, original, accurate) berücksichtigt.

• Digitale Expertise: Digitale Denker, die mit den neuen Technologien umgehen können. Entweder werden diese Arbeitskräfte gesucht oder in den Unternehmen geschult.

Ausblick: Ein Tag im Labor der Zukunft

Die Wissenschaftler im Labor der Zukunft sind sehr gut ausgebildete digitale Denker. Sie können hoch komplexe Geräte bedienen und konfigurieren. Dank der hohen Interkonnektivität des Labors, sind Daten immer verfügbar, was den Wissenschaftlern jederzeit erlaubt, einen Blick in die aktuellen Prozesse zu werfen. Darüber hinaus sind diese Abläufe sehr flexibel, sodass sich neue, optimierte Prozesse schnell und ohne viel Aufwand implementieren lassen.

Der hohe Digitalisierungs- und Automatisierungsgrad hilft den Wissenschaftlern zudem bei repetitiven Aufgaben im Labor, sodass das Personal sich nur mit Daten, Design und Prozessoptimierung beschäftigen muss. Anwesenheit im Labor ist nicht mehr zwingend notwendig, da Geräte und Prozesse ferngesteuert werden können. Technologien wie Machine Learning, Deep Learning und Artificial Intelligence sind herkömmlich und verbreitet. In anderen Worten: Das Labor der Zukunft verfügt kontinuierlich über alle erzeugten Daten, aus denen ständig Schlussfolgerungen gezogen werden. Labormanager können damit jederzeit ihre Prozesse beobachten, um schnell Entscheidungen zu treffen.

Fazit

Statt auf akute Herausforderungen zu reagieren und erst dann Prozesse anzupassen, können Labore schon heute selbst Treiber ihrer eigenen Evolution sein, um das Labor der Zukunft zu gestalten. Die Evolution in der Natur dient als Vorbild, welche Eigenschaften notwendig sind, um komplexe Prozesse zu meistern. Dank dieser Eigenschaften wird es den Laboren möglich sein, immer wieder ihre Effizienz zu steigern und somit wettbewerbsfähig im Markt zu bleiben. Die wichtigen Faktoren sind optimale Kommunikation, Komplexität und Spezialisierung, ausgeklügeltes Überwachungssystem, hohe Anpassungsfähigkeit, Energieeffizienz, und die Fähigkeit ihre Daten gut zu verwalten und aus diesen zu lernen. Das Labor der Zukunft wird diese Eigenschaften besitzen und die heutigen Herausforderungen optimal gelöst haben. Darüber hinaus wird das Labor der Zukunft auf immer neue Herausforderungen vorbereitet sein sowie dazu fähig, diese optimal zu bewältigen.

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