Thesen zur Zukunft der Chemie-Forschung

Inspiriert von einer wunderbaren und provokanten Arbeit von Prof. Whitesides aus dem Jahr 2015, möchte ich meine Gedanken zur Zukunft der Chemieforschung etwas strukturierter gestalten. Dies ist die Grundfrage, die ich in diesem Blog angehen möchte:

Wie verändern die bevorstehenden oder bereits laufenden technologischen (hauptsächlich, aber nicht ausschließlich digitalen) Disruptionen die Art und Weise, wie Chemieforschung und innovative Produktentwicklung in der Chmieindustrie stattfindet?

Neue Technologien verändern die Art udn Weise wie in der Chemie geforscht wird.

500 Jahre sind genug: die Disruption des Chemie-Labors hat schon begonnen!

Worüber schreibt Whitesides? Er schlägt vor, dass die „goldenen Zeitalter“ der Chemie vorbei sind, ein halbes Jahrhundert des Wachstums, das durch wissenschaftliche, technische und kommerzielle Innovationen angetrieben wird. Seit ca. 1990 wurden echte bahnbrechende, disruptive Innovationen selten. Aber, und das ist sein Hauptpunkt, es steht eine neue Ära bevor. Whitesides plädiert dafür, den Blick auf die Chemie zu erweitern – von der Wissenschaft der Moleküle und Materialien hin zu einer Wissenschaft komplexer Systeme und Wechselwirkungen molekularer Strukturen. Ich bin mir ganz sicher, viele Herausforderungen heute und in Zukunft brauchen „Chemie“ als Lösung. Nicht unbedingt neue Chemikalien – sondern ein Verständnis dafür, wie Moleküle interagieren. Die Felder sind endlos: biologische Systeme und die Chemie des Lebens selbst, nachhaltige (!) Lösungen für sauberes Wasser und gesunde Nahrung für mehr als 7 Milliarden Menschen finden, Materialien für die Energieerzeugung und -speicherung oder neue, nachhaltige Ressourcen für die Materialien unseres Alltags.

Welche Veränderungen können wir für die Art und Weise erwarten, wie wir tatsächlich die Wissensgenerierung – Wissenschaft, Forschung und Entwicklung – in der Chemie betreiben? Auf einer sehr abstrakten Ebene hat sich seit den Tagen von Lavoisier und sogar den Alchemisten nicht viel geändert. Allein oder in kleinen Teams, experimentieren kreative Personen mit Materie und versuchen herauszufinden, wie diese funktioniert. Der zentrale Platz ist das Labor. Vor kurzem habe ich eine Präsentation von einem Laborgerätehersteller gesehen. Der Präsentator machte genau diesen Punkt und zeigte Bilder von Laboratorien aus 5 Jahrhunderten: alle ausgestattet mit Öfen, Regalen, Abzugshauben, Gefäßen, Destillationsausrüstung, etc. Die präsentierte Innovation war eine multifunktionale Arbeitsbankoberfläche – eine Art Kombination der Oberflächen einer hypermoderne Küche mit einem Touchscreen.

Aber ist das radikal genug? Mit künstlicher Intelligenz (AI), Robotern und dem Internet der Dinge (IoT), wird es überhaupt noch ein Labor geben, wie wir es traditionell kennen? Ein Labor für Menschen, mit Menschen, die Experimente durchführen?

Meine These ist, dass drei disruptive Kräfte die Art und Weise prägen werden, wie die Erforschung molekularer Systeme in der Zukunft geschieht:

  1. Die Art und Weise, wie wir die Materie untersuchen (d.h. die Laborarbeit) wird durch Fortschritte in den analytischen Techniken, Robotik, KI und anderen technologischen Innovationen radikal verändert. Die Quantität und Qualität der Informationen, die wir über die Moleküle und ihre komplexen Wechselwirkungen gewinnen, wird exponentiell zunehmen.
  2. Aufgrund dieser unterschiedlichen Informationsqualität muss und wird die Art und Weise, wie wir diese Informationen verarbeiten, um Wissen zu schaffen, vor allem durch Fortschritte in der digitalen Datenverarbeitung und -visualisierung sowie durch die Anwendung künstlicher Intelligenz verändert werden.
  3. Diese Veränderungen führen zu einem neuen Rollenparadigma für die „Chemiker“. Von Experten für Moleküle, Materialien und Prozesse verwandeln sie sich in Experten für molekulare Wechselwirkungen und Komplexität. Wie Whitesides vorschlägt, wird dies in Kommunikation und Interaktion mit anderen Wissenschaften und Berufen geschehen. Die Arbeitsorganisation sowohl in der Wissenschaft als auch in den „Laboren“ der Industrie wird sich verändern. Gleichzeitig werden ein neues Selbstverständnis und neue Fähigkeiten der „Chemiker“ erforderlich sein.

Ich werde meine Gedanken in einer Reihe kurzer Artikel ausführlicher darlegen, um spezifischer auf die einzelnen Punkte einzugehen. Prognosen sind schwierig zu machen, vor allem, wenn sie die Zukunft betreffen! Zukunft ist gestaltbar. Deshalb lade ich alle meine Kollegen und Follower ein, ihre Gedanken, Ideen und Kritiken zu teilen.