Mit der Hightech-Agenda hat die Bundesregierung die Forschungs-, Technologie- und Innovationspolitik Deutschland neu aufgestellt. Neben Künstlicher Intelligenz (KI) wird darin die Biotechnologie – eine Schlüsseltechnologie der Bioökonomie – als Innovationsmotor genannt, um Deutschland für die Zukunft handlungs- und wettbewerbsfähig zu machen.  Mit dem Förderaufruf „BioDigitalHub – KI für die autonome Bioprozessentwicklung“ fördert das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) nun gezielt disruptive Ansätze der industriellen Biotechnologie an der Schnittstelle zur Künstlichen Intelligenz (KI).

Durch den Einsatz von KI, digitalen Zwillingen, Robotik und Automatisierung können Entwicklungszeiten, Kosten und Risiken in der Bioprozessentwicklung deutlich reduziert werden, während die Effizienz biotechnologischer Prozesse gesteigert werden kann. Der Förderaufruf erfolgt im Rahmen der Richtlinie „Zukunftstechnologien für die industrielle Bioökonomie“. Ziel ist es, Deutschland als führenden Standort für biotechnologische Innovationen zu stärken und digitale, KI-basierte Technologien für die industrielle Bioökonomie voranzutreiben.

Bioprozessentwicklung mit KI voranbringen

Gefördert werden zwei große, interdisziplinäre Forschungsverbünde – sogenannte BioDigitalHubs – mit jeweils mehreren Partnern aus Wissenschaft und Industrie. Beide Hubs sollen an der Entwicklung digitaler Technologien und Strukturen für die Automatisierung der Bioprozessentwicklung in den Bereichen Fermentation und Biokatalyse arbeiten. Neue KI-Methoden, digitale Plattformen, Modellierungstools und Dateninfrastrukturen sollen dabei jeweils über die einzelnen Anwendungsfälle hinausgehen und als übertragbare, offene Plattformtechnologien dienen. Folgende Hubs werden gefördert:

BioDigitalHub 1: Design von Bioprozessen im Labor- und Pilotmaßstab

Im Rahmen dieses Hubs sollen digitale und KI-basierte Methoden zur Automatisierung und Optimierung der Bioprozessentwicklung im Labor und Pilotmaßstab entwickelt werden. Im Fokus stehen dabei vor allem Schritte der Bioprozessentwicklung, die nach der Entwicklung des Biokatalysators anstehen und verfahrenstechnische Fragen adressieren, wie die Steigerung der Ausbeute, den Umgang mit variablen Rohstoffqualitäten oder die Integration verschiedener Prozessschritte. Auf Basis industriell relevanter Prozesse sollen hier „breit einsetzbare Plattformtechnologien mit entsprechendem Transferpotenzial auf weitere Anwendungen“ entstehen.

BioDigitalHub 2: Skalierung von Bioprozessen

Dieser Hub adressiert die Herausforderungen bei der Skalierung von Bioprozessen in den industriellen Produktionsmaßstab. Entwickelt werden digitale Tools, die in silico Vorhersagen von Skalierungseffekten ermöglichen und experimentelle Arbeiten reduzieren. Die Technologien sollen die Skalierung von Up-, Down- und Hauptprozessen umfassen und ebenfalls als übertragbare Grundlagentechnologien dienen. „Auch in diesem Bereich stehen Ansätze im Fokus, die auf die Entwicklung grundlegender Prinzipien und eine breite Übertragbarkeit ausgerichtet sind“, heißt es.

Zwei Hubs, ein Ziel

Das BMFTR erwartet, dass beide Hubs im Laufe der Projektzeit eng zusammenarbeiten, Daten und Ergebnisse austauschen und gemeinsame Datenstandards, Demonstratoren und Showcases entwickeln. Sie sollten folgende Ziele haben: den Aufbau einer belastbaren Datenbasis für das Training und die Validierung KI-basierter Methoden für die industrielle Bioökonomie, die Entwicklung breit einsetzbarer und praxistauglicher digitaler Plattformtechnologien sowie aussagekräftige Demonstrationen und Anwendungen, die die Funktionalität der entwickelten Technologien und deren Potenziale belegen und ihre breite Anwendung in Wissenschaft und Industrie ermöglichen.