Ein digitales Labor für Research & Development

Dank der digitalen Experimentiersoftware von RheoCube können Wissenschaftler die Anzahl von erforderlichen Versuchen und Fehlern im Labor drastisch reduzieren. Das im Jahr 2015 gegründete Startup aus den Niederlanden bietet mit seinem skalierbaren Simulationswerkzeug erstmalig eine wissenschaftlich validierte Alternative zu kostspieligen Trial-and-Error-Verfahren, die vornehmlich in den Laboren vor Ort eingesetzt werden. 

Indem wir das analoge Laborexperiment in eine digitale Umgebung mit entsprechenden Laborgegebenheiten verschieben, können wir nicht nur virtuelle Prototypen kreieren, sondern auch bis zu 90 % der Synthese- und Laborexperimente ersetzen.

- Jurjen van Rees, MSc

Im Interview mit 5-HT gibt uns Jurjen Einblicke in die Technologie von RheoCube sowie die vielseitigen Vorteile.

Welche Intention steckt hinter der Entwicklung der Software? 

„In jedem Unternehmen müssen Forschung und Entwicklung schnell reagieren, um mit den sich ändernden Kundenanforderungen und dem zunehmenden Wettbewerb Schritt halten zu können“, beginnt Jurjen. „Bislang wurde diese Herausforderung mit konventioneller chemischer Research & Development (R&D) angegangen. Dieses Vorgehen hat jedoch den Nachteil, dass es aus betrieblicher Sicht sehr kostspielig und unberechenbar ist.
Ebenso kann es nicht mit Trens wie wachsendem Bedarf an nachhaltigen Inhaltsstoffen Schritt halten, ohne die Leistung des Endprodukts zu beeibträchtigen.“

Aus diesem Grund sieht RheoCube enormes Potenzial in digitaler R&D. Mit seinem breiten Spektrum an Computer- und Modellierungskenntnissen kann das Startup so erstmals ein bahnbrechend skalierbares Simulationswerkzeug für experimentelle Wissenschaftler bieten. Bisherige technische Barrieren gehören somit der Vergangenheit an. 

Ein virtuelles Labor: Weil neue Dimensionen Raum für neue Möglichkeiten bieten.

Wer ist die Zielgruppe für euer virtuelles Labor?  

„Im Prinzip unterstützt unsere Software an all jene Wissenschaftler, die für Unternehmen arbeiten die R&D für ihre Produktentwicklung nutzen. Unser Kundenstamm beginnt bei Unternehmen, die einen jährlichen Umsatz von 50 Millionen Euro haben“, so Jurjen. „Aber grundsätzlich richten wir uns an verschiedene Branchen, wie beispielsweise die Lebensmittel- und Pharmaindustrie, aber auch die Unternehmen aus den Bereichen Körperpflege oder Beschichtung können unsere virtuellen Labore nutzen, um den entscheidenden Schritt in Richtung Digitalisierung zu machen.“ 

Oder genauer gesagt: Überall dort, wo Flüssigkeiten im Produkt zu finden sind, spielt RheoCube eine Rolle.

Ein virtuelles Labor fördert somit datengesteuertes R&D und ermöglicht den Unternehmen, deren Entscheidungsfindung zu verbessern, Innovationen voranzutreiben und letztlich einen Wettbewerbsvorteil zu erlangen.

Das Labor von morgen bietet weitere Vorteile:

Nämlich schnellere Erkenntnisse bei gleichzeitig sinkenden Kosten. Jurjen verdeutlicht: „Angenommen, eine Gruppe Wissenschaftler sieht nach mehreren Testdurchläufen noch immer Abweichungen in deren Produktentwicklung. RheoCube bietet diesen die Flexibilität schnell eine Partikelform, -größe oder -chemie zu ändern“, erklärt er. „Und das, ganz ohne ein weiteres Experiment aufzusetzen.“  

Somit können Probleme schneller und systematischer lokalisiert werden. Damit liefern Online-Experimente direkt Antworten, sodass sich alle Beteiligten auf das Wichtigste konzentrieren können: mit ihrer Arbeit fortzufahren. „Im Laufe der Zeit führen diese schnellen Erkenntnisse auch zu einem tieferen Verständnis der verschiedenen Formulierungen und Inhaltsstoffe und erweitern das Wissen der Unternehmen“, fügt Jurjen hinzu.

Von der Mikro- bis zur Makroebene – und umgekehrt 

Der Arbeitsablauf von RheoCube ähnelt dem eines physikalischen Formulierungslabors. Es können Materialien entworfen werden, welche dann äußeren Kräften ausgesetzt werden. Darüber hinaus können im Folgenden verschiedene Materialreaktionen und Transporteigenschaften gemessen werden. 

Prozesse, die bisher unmöglich waren, werden möglich: In einem Experiment die Schwerkraft entfernen oder verdoppeln? Kein Problem.

Es gibt viele verschiedene Elemente, die Kunden in ihre Simulationen einbauen können.  „Somit kann RheoCube eine Antwort auf die Frage geben, wie das künftige physikalische Verhalten von Produkten ist“, so Jurjen. „Dabei können wir den umfassenden Zugriff auf die Mikrostruktur von Materialien, wie das virtuelle Materialprototyping und die Rezepturentwicklung, erleichtern. Dadurch erhalten unsere Kunden vollständige Informationen über deren verwendete Materialien und wie sich diese in gewissen Situationen verhalten. Das ist in physikalischen Experimenten, abhängig davon was untersucht wird, schwer zu realisieren.“ 

RheoCube's Simulationen erfassen, wie Strukturen auf mikroskopischen und mesoskopischen Skalen entstehen. Das ermöglicht eine genaue Beschreibung des rheologischen Verhaltens einer komplexen Flüssigkeit.

Durch wertvolle Einblicke in die Mikrostruktur verschiedener Produkte können sowohl die statischen als auch die dynamischen Eigenschaften eines Systems, wie beispielsweise die Stabilität oder Rheologie, untersucht werden. Fragen wie: „Wie wirkt sich eine Änderung dieses Inhaltsstoffes aus?“, oder „Wie beeinflusst jener Umgebungsparameter eine Eigenschaft?“ können fortan beantwortet werden. 

Das Verständnis auf solch einer tiefen Ebene verbessert die Forschung, was wiederum auch eine schnellere Produktentwicklung unterstützt.

Wie wenden eure Kunden die Software nun konkret an?  

„Im Prinzip bieten wir unseren Kunden die Simulations-Software als browserbasiertes System an, welches auf einem „Plug-and-Play“-Prinzip basiert. Dadurch kann sich jeder schnell und unkompliziert einloggen und sofort mit der virtuellen Laborarbeit beginnen“, so Jurjen.
 
Nach dem Experiment erhalten die Kunden schnell umfangreiche Daten- und Visualisierungsblätter. Somit können nicht nur die Ergebnisse analysiert werden, sondern auch die Zusammensetzung der Endprodukte transparent durchleuchtet werden. „Letzteres“, deutet Jurjen augenzwinkernd an, „ist im Labor tatsächlich unmöglich.“

RheoCube bietet nahezu endlos viele Möglichkeiten Experimente durchzuführen, um die Natur ihres Verhaltens zu entdecken. 

Letztlich generiert RheoCube eine Vielzahl an relevanten Daten und Informationen über das physikalische Verhalten von Bestandteilen sowie deren Wechselwirkung mit anderen Inhaltsstoffen. 

„Dabei monetarisieren wir unser Konzept primär auf zwei Wegen: 

Zum einen veranschlagen wir für die Vergabe der Lizenzen pro Nutzer eine Grundgebühr. Dazu kommt dann eine jährliche Lizenzgebühr“, erklärt er. Tatsächlich ist die Simulations-Software von RheoCube dabei einzigartig auf der Welt. So schmunzelt auch Jurjen wenn er sagt: 

Ich weiß, dass es ein ambitioniertes Statement ist, aber wir haben keine anderen Wettbewerber auf unserem Gebiet.

Denn bisher bietet niemand solch ein Simulationskonzept an, bei dem mikro- und mesoskalierbare Aspekte kombiniert werden. Ebenso einzigartig: Der Rechenaufwand wird für den Anwender so gering wie möglich gehalten. „Zwar erfordert die Entwicklung der hochdetaillierten Simulationen große Parallelrechner, oder auch High Performance Computing (HPC)-Ressourcen“, erklärt Jurjen, „doch diese stellen wir in einer Cloud und On-Demand zur Verfügung.“ 

Dadurch werden die Unternehmen von der Notwendigkeit befreit, über diese Rechenleistung zu verfügen. Ebenso halten die eingesetzten Rechendienste die höchsten Sicherheitsstandards ein, sodass alle generierten Daten sicher sind.

Wie plant ihr euren bisherigen Erfolg auszuweiten und welche Rolle spielt 5-HT bei der Verwirklichung eurer Ziele?

„Derzeit sind etwa 30 % unserer Kunden in den USA ansässig, weitere in Europa, aber der Großteil in Deutschland. In fünf Jahren planen wir weitere Marktanteil in den USA zu gewinnen sowie erste Erfolge in Asien vorzuweisen. Denn gerade in diesem Raum gibt es viele Chemieunternehmen, die von unserem Konzept profitieren können.  

Als etablierter Akteur auf dem Markt sind wir die Basis für Simulations-Software.

„Wir sehen 5-HT als unternehmerisch, praktisch und agil. Weil Deutschland für uns aktuell der wichtigste Markt in Europa ist“, so Jurjen, „bietet die Zusammenarbeit mit 5-HT die Möglichkeit, verschiedene deutsche Unternehmen kennenzulernen und unsere derzeitige Basis in einem sehr interessanten und sich schnell entwickelnden Teil der Welt zu stärken.“