Die ersten drei industriellen Revolutionen entstanden durch die Erfindung oder Entdeckung neuer Technologien, die zu einer Verbesserung der Effizienz und zu einer Reduktion der Produktionskosten führten. Im Gegensatz dazu ist für die vierte industrielle Revolution keine spezifische Erfindung oder Entdeckung "verantwortlich", sondern es handelt sich um eine bewusste Entscheidung. Im Jahr 2011 wurde in Deutschland das Industrie-4.0-Zukunftsprojekt ins Leben gerufen [1], um den Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien in der Industrie zu fördern. Die Produktion in der Industrie 4.0 soll die folgenden Eigenschaften aufweisen: vernetzt, selbststeuernd und selbstoptimierend.

Parallele von Industrie 4.0 und Labor 4.0

Das Labor 4.0 lehnt sich an die Industrie 4.0 an. Daher verfolgt das Labor 4.0 auch die Ziele der Industrie 4.0: Informations- und Kommunikationstechnologien sollen in die Laborprozesse integriert werden. Diese Technologien finden bereits breite Anwendung der Industrie, doch für Labore besteht noch Anpassungsbedarf. So werden folgende Technologien weiterentwickelt und eingesetzt, um die Ziele des Labors 4.0 zu erreichen: Sprachsteuerung, personalisierte Workflows, Automatisierung, (Labor-)Roboter/Cobots, Standardisierung von Schnittstellen, Barcodes und RFID in der Logistik und bei der Vorbereitung von Proben, Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR), Big Data, Künstliche Intelligenz, IoT und Cloud Computing, Software im Labor (wie LIMS, ELN, SDMS), um Labordaten besser zu verwalten.

Herausforderungen des Labors 4.0

Die Einführung des "Labors 4.0" bringt mehrere Herausforderungen mit sich. Insbesondere sind dies

• Multidisziplinäre Arbeit: Die Implementierung der neuen Technologien erfordert Menschen mit interdisziplinärem Denken und Wissen. Dadurch können die bestehenden Wissenslücken zwischen verschiedenen Bereichen überbrückt werden, einschließlich Big Data, Laborexpertise, Cloud-Technologie, IT usw.
• Kommunikationsstandards: Fehlende Standards im Labor stellen ein großes Problem dar. Aufgrund der Vielzahl von Geräte- und Softwareherstellern gab es schon immer Probleme mit der Interkonnektivität. Doch gab es in dieser Hinsicht im Dezember 2023 [2] eine positive Nachricht: Ein neuer Laborstandard steht den Laboren nun zur Verfügung und kann implementiert werden – der Kommunikationsstandard LADS (Laboratory & Analytical Device Standard). Das ist einerseits eine sehr gute Nachricht. Andererseits wird dabei deutlich, wie viel Arbeit noch vor uns liegt, um das Labor 4.0 zu verwirklichen. Standards im Labor sind nur eine von vielen Herausforderungen, die für das Labor 4.0 gemeistert werden müssen. LADS ist ein Schritt nach vorn. Es bleibt jedoch abzuwarten, wie die Labore auf diese Nachricht reagieren werden und ob sie bereit sind, diesen Standard zu übernehmen.
• Datensicherheit: Eine hohe Interkonnektivität im Labor, Big Data, Cloud-Technologien und KI ermöglichen die Verfügbarkeit von Daten. Genau aus diesem Grund muss die Datensicherheit sichergestellt werden, insbesondere im Bereich Labor, in dem strenge regulatorische Anforderungen gelten. In vielen Bereichen gibt es sogar noch gar keine (klaren) Regeln, da die Technologien relativ neu sind. Die EU arbeitet z. B. derzeit an einem neuen KI-Gesetz, das bald verabschiedet werden soll. [3]
• Modularität: Es ist bereits sehr komplex, verschiedene Systeme und Software reibungslos zusammenarbeiten zu lassen. In Zukunft wird es sehr wahrscheinlich notwendig sein, einige Komponenten der IT-Laborlandschaft durch effektivere Komponenten zu ersetzen. Komponenten meint hier Software, Hardware, Cloud-Services usw. Die Re-Implementierung einer neuen Komponente ist komplex und erfordert oft die Beteiligung aller anderen Dienstleister, was die Implementierungszeit und -kosten erhöht.
• Schulung von Mitarbeitern: Nicht nur die Implementierung neuer Technologien erfordert neues Wissen und neue Fähigkeiten. Die alltägliche Anwendung dieser Technologien im Labor erfordert auch Mitarbeiter mit entsprechenden Kompetenzen. Labore sollten daher effiziente Schulungsmaßnahmen implementieren, damit ihre Mitarbeiter rasch und effektiv mit den neuen Technologien umgehen können. Nur dann können Mitarbeiter, das Labor und das Unternehmen wirklich von diesen Technologien profitieren.
• Kosten: Für das Labor 4.0 sind verschiedene Technologien erforderlich. Die Investitionskosten dafür sind oft sehr hoch. Dabei muss bei einer angestrebten Weiterentwicklung zum "Labor 4.0" berücksichtigt werden, dass Projekte in verschiedenen Bereichen oft von Dienstleistern und Auftraggebern unterschätzt werden. Diese Projekte dauern länger als gedacht, was wiederum zusätzliche Zeit und Kosten verursacht.

Wird es ein Labor 5.0 geben?

Vor mehr als zehn Jahren war das Potenzial von Künstlicher Intelligenz (KI) bereits bekannt, aber ihr Einfluss war nur wenigen bewusst. Heutzutage, zumindest seit dem Start von "ChatGPT" im November 2022, ist allen klar, dass KI einen erheblichen Einfluss auf weite Bereiche hat und haben wird. Industrie 5.0? Die rasante Entwicklung im Bereich der Künstlichen Intelligenz lässt vermuten, dass wir uns bereits in einer neuen industriellen Revolution befinden oder dass diese bald beginnen könnte. Doch wird der Begriff "Industrie 5.0" bereits heute bei verschiedenen Organisationen unterschiedlich definiert. Im Gegensatz zu "Industrie 4.0" ist "Industrie 5.0" jedoch keine bewusste Entscheidung, sondern eigentlich wieder eine Reaktion auf eine Entwicklung, nämlich Künstliche Intelligenz.

KI-Methoden werden bereits für einige Anwendungen in Laboren genutzt. Ein Labor 5.0 könnte so aussehen, dass KI, Roboter und Automatisierung reibungslos koordiniert sind, und Menschen sowie intelligente Roboter täglich zusammenarbeiten. Aber: Allein die Herausforderungen des Labors 4.0 werden noch Jahre in Anspruch nehmen. Diese Entwicklung könnte sich aber beschleunigen, abhängig davon, wie schnell Hersteller und Entwickler intelligente Roboter und KI-Lösungen auf den Markt bringen können.

Fazit

Die Industrie 4.0 wurde im Jahr 2011 bewusst geplant, um die Produktion auf die Zukunft vorzubereiten. Der Begriff Labor 4.0 leitet sich von Industrie 4.0 ab: Das Labor 4.0 verfolgt ähnliche Ziele wie die Industrie 4.0, nämlich Informations- und Kommunikationstechnologien in die Laborprozesse zu integrieren, um die Effizienz zu steigern und Kosten zu reduzieren. Labore stoßen auf dem Weg zum Labor 4.0 auf mehrere Herausforderungen, von denen einige oben benannt sind. Die Herausforderungen betreffen nicht nur die reine Technologie, sondern auch die Art und Weise, wie Menschen miteinander kommunizieren und zusammenarbeiten, sowie die Fähigkeiten der Mitarbeiter im Umgang mit neuen Technologien.

Folgt man dem Konzept Labor 4.0, ist es wichtig zu verstehen, welche Rolle die Technologien im eigenen Labor spielen können und wie gut sie mit den Zielen, die für das Labor erreicht werden sollen, harmonieren.

Quellen
[1] https://www.bmbf.de/bmbf/de/forschung/digitale-wirtschaft-und-gesellschaft/industrie-4-0/industrie-4-0_node.html
[2] https://www.spectaris.de/analysen-und-labortechnik/aktuelles/
[3] https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/de/QANDA_21_1683

AUTOR
Juan Carlos Peñafiel Suárez
Senior-Berater im Bereich Life Sciences
adesso SE, Dortmund
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