Kollaborative Arbeitsplattform

Optimiert für MatWerk: Plattform mit Fokus auf Forschungsdaten

Die kollaborative Arbeitsplattform ScienceDesk führt Forschungsdaten aus verschiedenen Bereichen, Gruppen und Datenbanken zusammen und ist speziell auf die Bedarfe von Materialwissenschaftlern und Werkstofftechnikern ausgerichtet.

Bild 1: Die Datenanalysefunktionen eines Laborbucheintrags mit einem interaktiven Röntgendiffraktogramm aus dem IT-System ScienceDesk.

Materialwissenschaften und Werkstofftechnik (MatWerk) treffen im Labor üblicherweise auf beste Ausstattung. Nach Erhebung der experimentellen Ergebnisse sieht dies jedoch häufig anders aus. Speziell für kollaborative Forschungsvorhaben mangelt es an maßgeschneiderter IT. Viele Systeme, Programme und Plattformen orientieren sich an Einzelproblemen und werden den komplexen Anforderungen der MatWerk-Forschung nicht gerecht.

Forschung in MatWerk bedeutet Interdisziplinarität, Praxiskooperation und Internationalität: Naturwissenschaft trifft auf Ingenieurwissenschaft, Industrie trifft auf Forschung, regionaler Hidden Champion trifft auf internationalen Weltmarktführer. Ein kleineres Verbundforschungsvorhaben sieht dabei meist wie folgt aus: Der Praxispartner liefert eine Fragestellung, ein Wissenschaftspartner kann die dafür notwendige technische Ausstattung vorweisen und ein anderer die Methodenkompetenz.

Mit Beginn der gemeinsamen Kooperation wird mindestens ein Forscher, der Experimentator, mit der experimentellen Arbeit im Labor beginnen. Aufgabenstellung, Forschungsansatz und Fortschritt werden dabei von allen Partnern begleitet. Vor allem beim Einsatz kostenintensiver Großanlagen, beispielsweise an Synchrotronen, wird die Spirale zwischen Durchführung des Experiments, Aufbereitung der Ergebnisse und Feedback der Partner im Projektverlauf immer enger.

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Bild 2: Die Projektansicht mit einem Beispiel zum Thema „New Permanent Magnets“.

Der Wunsch: Datenmanagement meistern, Kollaboration verbessern
Das Nadelöhr in Forschungskooperationen stellt der Experimentator dar. Dieser Forscher muss unterschiedlichste Datenformate nach der Auswertung grafisch aufbereiten, in Kurzberichte überführen, an die Partner übersenden und nach deren Rückmeldungen die zum Teil divergierenden Anmerkungen für Folgeexperimente berücksichtigen. Die Schlüsselfrage muss folglich lauten: Wie kann IT dazu beitragen, das Forschungsdatenmanagement zu meistern und die Kommunikation der gesamten Forschungsgruppe zu verbessern, ohne einen Mehraufwand für den Experimentator zu schaffen?

Dr. Carlos Viol Barbosa war einer dieser Experimentatoren, u. a. für die Max-Planck-Institute in Halle und Dresden, der sich über mangelhafte MatWerk-IT ärgerte. Nach zwölf Jahren als Forscher fasste er 2016 den Entschluss, selbst eine Lösung zu entwickeln – in Form einer smarten und digitalen Plattform. Zwei Jahre und vier Teammitglieder später präsentierte Dr. Viol Barbosa im Frühjahr 2018 „ScienceDesk” – ein MatWerk-optimiertes IT-System, das Forschungsdaten aus verschiedenen Bereichen, Gruppen und Datenbanken zusammenführt. Data-Mining-Technologien unterstützen das Visualisieren und Analysieren der Messdaten und bereichern eine Suchfunktion. Auf der Plattform findet sich zudem ein elektronisches Laborbuch, das die Eintragung von Datensätzen ermöglicht, Proben dokumentiert und diese mit den Dateneinträgen verbindet. Abgerundet wird die IT-Lösung durch eine granulare Rechte- und Zugriffsverwaltung, die kollaboratives Arbeiten vereinfacht.

Dateiimport mit automatischer Konvertierung
ScienceDesk ist ein innovatives Scientific Data Management System und dokumentiert und bewahrt die Forschungsdaten eines Instituts oder Forschungsbereichs. Die Vielzahl von herstellerspezifischen Dateiformaten ist dabei ein maßgebliches Problem. Ist das Format nicht konvertiert worden, unbekannt oder der Konverter nicht greifbar, ist der Datensatz praktisch unbrauchbar. ScienceDesk hat sich zur Aufgabe gemacht, den Umgang mit Rohdaten maximal komfortabel zu gestalten. Eine bedeutende Neuerung von ScienceDesk ist daher, dass der Dateiimport immer eine automatische Konvertierung beinhaltet, wobei mehr und mehr Hersteller-Formate unterstützt werden.

Tabelle: ScienceDesk-Funktionalitäten und ihre Bedeutung für die MatWerk-Forschung

Das Handling von Forschungsdaten hört jedoch nicht beim Import oder nach der Dokumentation auf, denn dies allein ermöglicht noch kein kollaboratives Arbeiten. Eine gemeinsame Arbeitsebene ist notwendig, die dem üblichem Problem „Dokumentation als müßige Pflicht“ und Wissensverlust à la „Wie hat der Kollege das nochmal ausgewertet?” vorbeugt. Die Auffindbarkeit der Daten muss gewährleistet sein, ohne dass diese händisch zu katalogisieren sind.

Die IT-Lösung ScienceDesk will dem MatWerk-Wissenschaftler die genannten Steine aus dem Weg räumen und eine kollaborative Arbeitsplattform für Gruppen, Institute und Projektteams sein. Die Unterscheidung zu bekannten Systemen ist der kompromisslose Fokus auf Forschungsdaten. Während bekannte Systeme sich auf den Lebenszyklus einer Probe fokussieren (LIMS) oder auf die textbasierte Dokumentation von Experimenten (ELN), hat ScienceDesk diese Funktionen auf Messdaten ausgerichtet. Die Anzahl der Analysefunktionen steigt stetig, um Prozesse zu automatisieren und die gesamte Datenverarbeitung abzudecken. Zudem soll es allen Forschungspartnern ermöglicht werden, den Erkenntnisgewinn bei der Datenauswertung nachzuvollziehen.

In der Entwicklung: Semantische Datensuche
ScienceDesk wird demnächst eine neue Perspektive auf die eigenen Messdaten anbieten – mit Freischaltung der semantischen Datensuche. Mathematische Muster wie zum Beispiel Peaks, Wendepunkt, Grenzwerte werden in Rohdaten über Begriffe such- und auffindbar. Als Benutzer könnte man beispielsweise nach einem spezfischen Röntgendiffraktogramm einer Probe suchen, die 30 Atomprozent Cobalt enthält, bei 300 K gemessen wurde und deren Magnetisierungskurve einen Wendepunkt bei 345 K aufzeigt. Bis Ende dieses Jahres wird die Suchmaschine zur Marktreife entwickelt sein.

Fazit
Labor-IT muss den Charakter der adressierten Disziplinen berücksichtigen. LIMS oder ELN, welche für die Life Sciences entwickelt wurden, werden den spezifischen Anforderungen der Materialwissenschaften und Werkstofftechnik nicht gerecht. Als experimentelle Wissenschaft bedürfen Mess- und Rohdaten einer gesonderten Wertschätzung, die bisherige IT-Lösungen nicht bieten. Hier setzt ScienceDesk an. Als Plattform-Lösung hat ScienceDesk den Anspruch, den Experimentator in seiner Arbeit zu entlasten und dabei das Forschungsdatenmanagement zu meistern und die Kommunikation der gesamten Forschungsgruppe zu verbessern. Dieser Anspruch wird durch eine Vielzahl an Funktionalitäten und die stringente Ausrichtung an den Bedürfnissen der MatWerk-Forscher übersetzt.

AUTOREN
Stephan Meschke
CMO, Business Developer

Dr. Lukas Wollmann
CPO, Co-Founder, Product Developer, Chemist ScienceDesk GmbH, Freital
sciencedesk.net
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