Ontologies4Cat: investigating the landscape of ontologies for catalysis research data management

Neue, spannende Veröffentlichung

Im Zeitalter der wissenschaftlichen Digitalisierung ist es für maschinenverarbeitbare Daten entscheidend, dass sie auffindbar, zugänglich, interoperabel und wiederverwendbar (FAIR) sind. Ontologien spielen eine wichtige Rolle beim Erreichen von FAIRness, indem sie Wissen in einem maschinenverständlichen Format darstellen. Daten aus der Katalyseforschung sind oft komplex und vielfältig und erfordern eine breite Sammlung von Ontologien. Bestehende Ontologieportale helfen zwar bei der Entdeckung von Ontologien, aber es fehlt ihnen an einer tiefgreifenden Klassifizierung, und es gibt keine Qualitätsmetriken, die sich speziell auf Ontologien für die Katalyseforschung beziehen.

Diese Arbeit von Alexander Behr, Hendrik Borgelt und Prof. Dr. Norbert Kockmann von unserem Partner TU Dortmund schlägt einen systematischen Ansatz zur Sammlung von Ontologie-Metadaten vor, der sich auf die Wertschöpfungskette von Katalyseforschungsdaten konzentriert. Die Ontologien werden nach Teilbereichen der Katalyseforschung klassifiziert, was einen effizienten Vergleich ermöglicht. Es werden ein Workflow und eine Codebasis für die Darstellung von Metadaten auf GitHub bereitgestellt, zusammen mit einer Methode zur automatischen Zuordnung von Ontologieklassen, die Einblicke in die Verwandtschaft bietet. Die Methodik ist auf Wiederverwendbarkeit ausgelegt und kann an andere Ontologiesammlungen oder Wissensdomänen angepasst werden. Die Ontologie-Metadaten und der entwickelte Code sind in einem GitHub-Repository verfügbar: https://github.com/nfdi4cat/Ontology-Overview-of-NFDI4Cat.

Wenn die Zusammenfassung Ihr Interesse geweckt hat, können Sie die Veröffentlichung hier finden.

Ein Vokabular für alle Bereiche der Katalyse wurde in NFDI4Cat initiiert. Beginnend mit der Photokatalyse fügen wir mehr und mehr Begriffe aus anderen Bereichen der Katalyse und verwandten Disziplinen wie Chemieingenieurwesen oder Materialwissenschaft hinzu.

Mit der Hilfe von Frau Susanne Arndt vom Leibniz Information Centre for Science and Technology University Library ist es gelungen dieses tolle Tool zu veröffentlichen.

Hier können Sie es finden.

Im Bereich der Katalyseforschung ist die mikrokinetische Modellierung ein wichtiges Instrument zum Verständnis der Oberflächenkinetik und zur Entwicklung effizienter Katalysatoren. Ihre Entwicklung erfordert jedoch traditionell Fachwissen, Ressourcen und Zeit.

Um diese Herausforderung zu bewältigen, wird die Automatisierung zu einer transformativen Kraft. Jüngste Fortschritte bei digitalen Tools und Software rationalisieren den Prozess und beschleunigen die Modellentwicklung und -validierung. Durch die Automatisierung von Aufgaben und die Nutzung von Rechenleistung können Forschende ein breiteres Spektrum an katalytischen Systemen effizient und mit weniger Fehlern erforschen.

Diese Verlagerung hin zur Automatisierung läutet eine neue Ära der Katalyseforschung ein, die durch beschleunigte Entdeckungen und verbesserte Präzision gekennzeichnet ist. Die weitere Entwicklung der Automatisierung verspricht tiefgreifende Auswirkungen auf die Katalyseforschung und eröffnet ungeahnte Möglichkeiten für Innovation und Fortschritt.

Ein Team des KIT rund um unseren Partner Prof. Dr. Olaf Deutschmann, bestehend aus Rinu Chacko, Dr. Hendrik Gossler und Dr. Sofia Angeli hat ein spannendes neues Paper in ChemCadChem veröffentlicht indem es um diese Thematik geht. Der Titel lautet „Vernetzte digitale Lösungen zur Beschleunigung der Modellierung der Reaktionskinetik in der Katalyse“. Sie können das Paper hier finden.

Allgemeine Informationen: Die katalysebezogenen Wissenschaften spielen eine zentrale Rolle bei der effizienten Produktion in verschiedenen Industriezweigen. Das NFDI4Cat-Konsortium widmet sich dem Aufbau einer robusten Forschungsdateninfrastruktur für katalysebezogene Wissenschaften, die eine Brücke von molekularen Studien zu großtechnischen Produktionsreaktoren schlägt. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den Ingenieurwissenschaften, entsprechend der DFG-Fachsystematik.

Die Verpflichtungen von NFDI4Cat umfassen:

Standardisierte Prozesse und Unterstützungsdienste
Entwicklung von Fachvokabular
Aufbau von Verbindungen innerhalb der NFDI4Cat-Gemeinschaft und international
Verbesserung der Fähigkeiten im Bereich digitales und Forschungsdatenmanagement (RDM)
Etablierung von offenen, klar definierten Datenstrukturen und interdisziplinären Metadatenstandards
Erleichterung der Datenzusammenarbeit zwischen Katalyseforschenden
Bereitstellung von Software und Tools auf der Grundlage von FAIR-Datenprinzipien
Integration mit nationalen, europäischen und globalen Forschungsdatendiensten

Zusammensetzung des NFDI4Cat-Teams: Das Team besteht aus 16 fachkundigen Partnern aus den Bereichen Katalyse, Datenwissenschaft, Hochleistungsrechnen und maschinellem Lernen. Es wurde ein Industriebeirat eingerichtet, um die Relevanz der Ergebnisse für die Mitglieder aus der Industrie zu prüfen und die Beziehungen zum Industriesektor zu stärken.

Weitere Einzelheiten und Ergebnisse finden Sie in dem vollständigen Bericht.

In der sich rasch entwickelnden Landschaft der Informationstechnologie hat sich die Verschmelzung von künstlicher Intelligenz (KI) und datengesteuertem Forschungsdatenmanagement (RDM) als entscheidende Kraft bei der Neugestaltung des Umgangs mit Forschungsdaten erwiesen. Um die neuesten Entwicklungen in diesem dynamischen Bereich zu erforschen, wird eine Sonderausgabe in ITIT (Information Technology: Methods and Applications of Informatics and Information Technology) im Jahr 2024 unter Golden Open Access veröffentlicht werden. Dieses Sonderheft widmet sich der Schnittmenge von KI und RDM innerhalb der Nationalen Forschungsdateninfrastruktur (NFDI).

Call for Papers

Der Call for Papers lädt Forschende, Praktiktizierende und Fachleute ein, Originalarbeiten und innovative Lösungen einzureichen, die sich mit der Integration von KI-Technologien in das Management, die gemeinsame Nutzung und die Bewahrung von Forschungsdaten über alle Disziplinen hinweg im Rahmen der NFDI beschäftigen.

Wichtige Termine:

Einreichungsfrist für Beiträge: 01.03.24
Benachrichtigung über die Annahme: 30.04.24
Abgabetermin für druckfertige Beiträge: 30.06.24
Veröffentlichung des Sonderheftes: 01.07.24

Für das Sonderheft sind Beiträge zu einer Vielzahl von Themen erwünscht, unter anderem zu folgenden:

KI-gesteuerte Datenkuratierung und Metadatenanreicherung
Anwendungen des maschinellen Lernens für die Datenqualitätssicherung im RDM
Automatisierte Arbeitsabläufe für die Datenerkennung und -integration
Intelligente Datenspeicherung und Bewahrungsstrategien
Kollaborative Tools für den interdisziplinären Datenaustausch
Ethische, rechtliche und soziale Überlegungen bei KI-gesteuerten RDM-Lösungen
Fallstudien und bewährte Verfahren bei der Implementierung von KI in NFDI-Konsortien

Richtlinien für die Einreichungen:

Forschende sind eingeladen, Beiträge von bis zu 8 Seiten im zweispaltigen Format einzureichen. Detaillierte Anweisungen und Hinweise finden Sie in den Einreichungsrichtlinien, die unter Submission Guidelines abrufbar sind.

Für weitere Anfragen und Beiträge kontaktieren Sie bitte Prof. Dr. Sonja Schimmler unter nfdi4ds@fokus.fraunhofer.de.

Diese Sonderausgabe bietet Forschenden die Möglichkeit, ihre Arbeit an der Spitze von KI und RDM im Kontext der NFDI vorzustellen. Durch die Förderung der Zusammenarbeit und den Austausch von Erkenntnissen soll die Ausgabe einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der Praktiken des Forschungsdatenmanagements im digitalen Zeitalter leisten. Forscherinnen und Forscher sind aufgerufen, ihre Beiträge einzureichen und Teil dieser transformativen Reise in der ITIT-Sonderausgabe 2024 zu sein.

Willkommen an der Spitze der Innovation im Forschungsdatenmanagement – wir stellen Ihnen LARAsuite vor, ein Portal für automatisierte semantische (Meta-)Datenanreicherung und optimierte Laborprozesse!

LARAsuite ist ein umfassendes und offen zugängliches Programm aus Anwendungen, Bibliotheken, Datenbanken und Werkzeugen, die sorgfältig für die Planung, Verwaltung, Erstellung, Überwachung und Auswertung manueller und automatisierter Laborprozesse entwickelt wurden.

Die übergreifende Vision von LARAsuite ist es, ein einheitliches Framework mit standardisierten Kommunikationsprotokollen und Datenformaten zu schaffen, das alle Facetten der Laborarbeit abdeckt. Dies gewährleistet eine nahtlose Integration und Zusammenarbeit in den verschiedenen Phasen der experimentellen Verfahren.

In einem Flash Pitch Event auf der Annual Digital Catalysis & Catalysis-Related Sciences Conference 2023 (ADCR23) am 3. November 2023 präsentierte Dr. Mark Doerr von der Universität Greifswald die transformativen Fähigkeiten von LARAsuite. Dr. Doerr ging auf die Funktionalität des Programms ein und zeigte, wie es das Management von Laborprojekten revolutionieren kann. Die Veranstaltung bot einen Einblick aus erster Hand in das Potenzial dieser Freeware zur Steigerung von Effizienz und Präzision in Forschungsabläufen.

Entdecken Sie die Zukunft des Labormanagements und der Anreicherung von Forschungsdaten, indem Sie sich den Flash Pitch mit Dr. Mark Doerr auf unserem Youtube Channel ansehen.

Die Werner Siemens-Stiftung (WSS) hat ein langfristiges „Jahrhundertprojekt“ angekündigt, in dem ein Forschungszentrum zur Entwicklung katalytisch getriebener Produktionsverfahren für eine mehrdimensionale Kreislaufwirtschaft in der chemischen Industrie entstehen soll. Es wurden insgesamt 123 Ideen für das Projekt von Forschenden aus Deutschland, Österreich und der Schweiz eingereicht.

Mit einer Zuwendung von 100 Millionen Schweizer Franken über zehn Jahre wurde das Projekt „catalaix: Katalyse für eine Kreislaufwirtschaft“ ausgewählt. Es zielt darauf ab, effizientes Recycling von Kunststoffgemischen und die Wiederverwendung molekularer Bausteine in einer vielseitigen, flexiblen Kreislaufwirtschaft zu ermöglichen.

Das Zentrum, wird von den Professoren Regina Palkovits und Jürgen Klankermayer von der RWTH Aachen geleitet, wird sich auf die Entwicklung neuer Katalyseverfahren konzentrieren, um Produkte am Ende ihres Lebenszyklus gezielt abzubauen und wiederzuverwenden. Diese Initiative soll einen bedeutenden Beitrag zur nachhaltigen Transformation der Chemieindustrie leisten und wurde als das bisher größte Vorhaben der Werner Siemens-Stiftung gestartet.

Wir sind stolz darauf Regina Palkovits ebensfalls Teil unseres NFDI4Cat Teams nennen zu dürfen und wünschen Ihr und Jürgen Klankermayer viel Erfolg für das spannende und vielversprechende Projekt.

Wenn Ihr Interesse geweckt wurde, lesen Sie sich gerne hier weiter.

Die ADCR 23, die am 2. und 3. November 2023 stattfand, hat mit der Einführung des Flash Pitch Forums eine dynamische und innovative Atmosphäre geschaffen. Dieses Forum ist eine lebendige Plattform, auf der die Teilnehmenden ihre innovativen Tools und Dienstleistungen in einem 10-minütigen Pitch kurz vorstellen und dabei interdisziplinäre Anwendungen und potenzielle Auswirkungen auf das Research Data Management (RDM) hervorheben können, gefolgt von einem kurzen Q&A. Es ist auch eine Gelegenheit, die Arbeit der Teilnehmenden bekannter zu machen, sich mit Gleichgesinnten auszutauschen und Möglichkeiten der Zusammenarbeit mit anderen NFDI-Gemeinschaften und sogar anderen internationalen Organisationen zu erkunden.

Enthüllung von Spitzentechnologien

Während des Forums wurden mehrere fortschrittliche Technologien vorgestellt, die das Potenzial haben, das RDM in verschiedenen Bereichen wie Unternehmen, Wirtschaft und Katalyse zu revolutionieren. Datenmanagement-Tools wie Berd Data Portal, NOMAD, Adacta und LARAsuite wurden von den Referierenden aus verschiedenen Forschungsbereichen vorgestellt. Wir freuen uns auf eine engere Zusammenarbeit und mehr Austausch mit allen Forschenden aus den verschiedensten Bereichen, die an RDM-bezogenen Themen arbeiten, und unseren internationalen Kolleg:innen.

Gelegenheiten zur Zusammenarbeit und zum Networking

Das Flash Pitch Forum bot nicht nur eine Plattform für die rasche Verbreitung von Tools und Dienste, die die Geschwindigkeit der Datenerfassung erhöhen, mehr Metadaten-Details zu einem bestimmten Thema liefern und eine bessere Möglichkeit zur Analyse und Interpretation der Daten bieten, sondern förderte auch die Zusammenarbeit und Vernetzung der Teilnehmenden. Forschende Fachleute aus der Branche und Investierende tauschten sich aus und loteten mögliche Partnerschaften und Kooperationen aus, um die vorgestellten Technologien weiterzuentwickeln und umzusetzen.

Auswirkungen auf die Industrie und Zukunftsaussichten

Die auf dem Flash Pitch Forum vorgestellten Innovationen sind in der Lage, verschiedene Branchen über die Katalyse hinaus maßgeblich zu beeinflussen. Da die Katalyse-Gemeinschaft diese bahnbrechenden Lösungen weiterhin aufgreift, bekräftigt das ADCR sein Engagement, den Fortschritt in diesem Bereich voranzutreiben und eine dynamische Plattform für den Austausch von Ideen zu bieten.

Einige Beispiele für Flash Pitch-Vortrags Videos finden Sie in unserem Youtube-Kanal:

Flash Pitch Forum 2023 – YouTube

Die Jahrestagung von NFDI4Cat (ADCR 23) wurde am 2. und 3. November von einer dynamischen und ansprechenden Poster-Session begleitet, die Forschenden und Expert:innen aus der gesamten Katalysegemeinschaft zusammenbrachte.

Überblick über die Veranstaltung: Die Poster-Session, ein zentraler Bestandteil des jährlichen Treffens, präsentierte ein breites Spektrum an Forschungsprojekten, Methoden und Durchbrüchen im Research Data Management (RDM) innerhalb der Katalysegemeinschaft. Die Forschenden präsentierten ihre Arbeiten zu Themen, die von der Entwicklung von RDM-Tools wie Adacta, RDM4Lab und Galaxy über die Dokumentation von Forschungsmetadaten in einem semantischen Rahmen bis hin zu Ontologie- und Metadatenentwicklungen reichen.

Höhepunkte:

Innovative Forschung: Die Teilnehmenden konnten sich ein Bild von der Spitzenforschung machen, die den dynamischen Charakter des Themas RDM widerspiegelt. Im Rahmen des Konzepts der FAIR-Daten (Findable, Accessible, Reusable and Interoperable) deckten die Poster ein breites Spektrum an Fortschritten im Bereich des Forschungsdatenmanagements ab.

Networking und Zusammenarbeit: Die Poster-Session diente als Drehscheibe für die Vernetzung und bot den Forschenden eine Plattform, um Kontakte zu knüpfen, Ideen auszutauschen und mögliche Kooperationen zu erkunden. Die Atmosphäre war von Enthusiasmus geprägt, da die Teilnehmenden in Diskussionen verwickelt waren, Erkenntnisse austauschten und künftige Partnerschaften förderten.

Vielfältige Perspektiven: Die Veranstaltung würdigte die Vielfalt der Forschung innerhalb von NFDI4Cat mit Beiträgen sowohl von Nachwuchsforschenden als auch von etablierten Expert:innen. Diese Vielfalt trug zu einem reichhaltigen und facettenreichen Dialog über den aktuellen Stand und die künftige Ausrichtung von RDM innerhalb der Katalysegemeinschaft bei.

Ein Blick in die Zukunft: Zum Abschluss der ADCR 23 blickt die Katalyse-Gemeinschaft voller Energie und Optimismus in die Zukunft. Der Erfolg der Poster-Session unterstreicht das Engagement von NFDI4Cat, die Zusammenarbeit zu fördern und den Austausch von RDM-bezogenen Themen zu erleichtern, die die Zukunft des Forschungsdatenmanagements verändern werden.

Einige Beispiele von Veranstaltungspostern finden Sie unter:

NFDI4Cat und Chemistry Europe sind stolz, Dr. Mark Doerr als Gewinner des Digital Chemist Award 2023 bekannt zu geben. Der gemeinsam von NFDI4Cat und Chemistry Europe verliehene Preis unterstreicht die Bedeutung der FAIR-Prinzipien – Findability, Accessibility, Interoperability und Reusability – in der wissenschaftlichen Forschung.

Dr. Mark Doerr: Das Profil des Preisträgers

Dr. Doerr ist von Beruf Biochemiker und Programmierer und arbeitet am Institut für Biotechnologie und Enzymkatalyse der Universität Greifswald in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Uwe T. Bornscheuer. Sein Fokus liegt auf dem tiefen, mechanistischen Verständnis von Biokatalysatoren, die auch für industrielle Anwendungen maßgeschneidert werden können. Die Auszeichnung, die während der Annual Digital Catalysis-Related Sciences Conference 2023 (ADCR 2023) in Frankfurt am Main verliehen wurde, würdigt seine innovative Arbeit an LARAsuite.

„Mein besonderer Dank gilt meiner Frau und meiner Familie für ihre unermüdliche Unterstützung sowie Stefan Born, Stefan Maak, Prof. Dr. Uwe T. Bornscheuer, den Teams des KIWI-bioblab und des NFDI4Cat TA1-3 für ihre unschätzbare Unterstützung sowie den brillanten Entwicklern hinter den Werkzeugen, die das Rückgrat von LARAsuite bilden – Ihre Beiträge haben meinen Weg entscheidend geprägt.“ – Dr. Mark Doerr

LARAsuite: Ein revolutionäres Werkzeug für die digitale Chemie

Dr. Doerrs preisgekrönte Innovation, die LARAsuite, ist eine umfassende Sammlung von Anwendungen, Datenbanken, offenen Kommunikationsprotokollen und Werkzeugen, die darauf abzielen, die wissenschaftliche Forschung zu verbessern und zu vereinfachen. Es ist nicht nur ein weiteres Electronic Lab Notebook (ELN), sondern eine modulare Plattform der nächsten Generation, die alle Aspekte der Laborarbeit abdeckt und den Aufwand für die manuelle Dokumentation drastisch reduziert. LARAsuite zeichnet sich durch den automatisierten Umgang mit großen Datensätzen aus, wobei der Schwerpunkt auf Design-of-Experiments, KI und Machine-Learning-Anwendungen liegt. LARAsuite zeichnet sich als umfassendes, öffentlich zugängliches Toolkit für die wissenschaftliche Gemeinschaft aus und richtet sich an Wissenschaftler, die sich auf ihre kreative und explorative Arbeit konzentrieren können und nicht auf die Dokumentation.

Hauptmerkmale von LARAsuite

Modularität und Vielseitigkeit: Es umfasst eine Reihe von Modulen, die verschiedene Aspekte der wissenschaftlichen Arbeit abbilden. Sie verbindet nahtlos die Modularität der Open-Source-Software Django mit den Konzepten des Linked-Data-/Semantic-Web-Bereichs. Das Ergebnis ist, dass die Daten von LARASuite automatisch Wissensgraphen aufbauen, eine Funktion, die in anderen ELNs nicht üblich ist.
Einheitliches Framework: LARAsuite zielt darauf ab, alle Arbeitsschritte im Labor in einem standardisierten Rahmen zu kapseln, der offene Kommunikationsprotokolle und Datenformate wie SiLA2, JSON-LD (SciDat) und AnIML verwendet.
Integration mit Roboterplattformen: Die Fähigkeit zur Integration mit Roboterplattformen für die Katalysatorentwicklung mit hohem Durchsatz ist ein Beweis für die fortschrittlichen Fähigkeiten des Systems bei der Verwaltung von Steuerung und Daten in komplexen, modernen automatisierten Laborumgebungen.
Bildung und Öffentlichkeitsarbeit: Dr. Doerr stellt sein Fachwissen über seinen YouTube-Kanal zur Verfügung und informiert die Nutzer über die effektive Nutzung von LARAsuite.

Über den Digital Chemist Award

Der NFDI4Cat – Digital Chemist Award ist nicht nur eine Auszeichnung, sondern eine Mission, um Wissenschaftler in den Bereichen Chemie, Katalyse und Materialwissenschaften zu unterstützen. Er unterstreicht die Bedeutung des Verständnisses und der Umsetzung der FAIR-Prinzipien – Findability, Accessibility, Interoperability und Reusability – in der Forschung. Diese Initiative von NFDI4Cat und Chemistry Europe belohnt Wissenschaftler, die bei der Umsetzung dieser Prinzipien Pionierarbeit geleistet haben, mit einem Geldpreis, der von der hte GmbH und der BASF SE verliehen wird, und fördert ihre bahnbrechenden Arbeiten.

Die Bekanntgabe der Leistung von Dr. Doerr war ein Höhepunkt der ADCR 2023, die im DECHEMA-Haus in Frankfurt am Main stattfand. Hier feierte die wissenschaftliche Gemeinschaft die Überschneidung von digitaler Innovation und Katalyseforschung.

Bei der Preisverleihung würdigten Dr. Katrin Friese von der BASF SE und Prof. Stephan Schunk von der hte GmbH gemeinsam mit den Vertretern von Chemistry Europe – Dr. Charlotte Gers-Panther und Dr. Sandra Gonzales Gallardo – sowie dem Sprecher von NFDI4Cat, Andreas Förster, die bahnbrechende Arbeit von Dr. Doerr.

Nächste Schritte

Chemistry Europe hat Dr. Doerr eingeladen, einen „Perspective“-Artikel für ChemCatChem zu schreiben, in dem er sein innovatives Tool vorstellt. Außerdem wird Dr. Dörr an einem virtuellen Symposium für Chemistry Europe teilnehmen, um das Bewusstsein für die Bedeutung der FAIR-Prinzipien, des Forschungsdatenmanagements (RDM) und der gemeinsamen Nutzung von Daten in diesem Bereich weiter zu schärfen. Der Termin wird demnächst bekannt gegeben….

Die Leistung von Dr. Mark Doerr bei der Entwicklung der LARAsuite ist ein bedeutender Meilenstein im Bereich der digitalen Chemie. Sie soll die Gemeinschaft dazu inspirieren, diesen Rahmen für die nächste Generation der Wissenschaft mitzugestalten und zu erweitern. Seine Arbeit veranschaulicht die Essenz des Digital Chemist Award, indem sie die Anwendung der FAIR-Prinzipien auf praktische, innovative und zugängliche Weise vorantreibt. Sein Beitrag ist nicht nur ein Werkzeug für die Wissenschaftler von heute, sondern eine Grundlage für die Zukunft der digitalen Katalyse und der katalysebezogenen Wissenschaften.