Bayer goes AI

Bilderkennung bringt die Produktion ins Rollen

06.08.2021 von Martin Bayer
Um möglichst schnell die optimalen Wirkstoffkombinationen für neue Pflanzenschutzmittel zu ermitteln, setzt Bayer auf Machine Learning und digitale Bilderkennung.
Mit umweltschonenderen Pflanzenschutzmitteln kann die Landwirtschaft zum Arten- und Umweltschutz beitragen.
Foto: LedyX - shutterstock.com

Es geht um viel: Die Weltbevölkerung wächst stetig. Gleichzeitig stellt der Klimawandel die Menschheit vor massive Herausforderungen. Es gilt also zum einen die Ernährung der Weltbevölkerung zu sichern, zum anderen aber auch die Fruchtbarkeit der Böden zu erhalten, Wasser sparsam einzusetzen, Biodiversität zu schützen und Emissionen zu reduzieren.

Die Bayer AG forscht unter dem Motto "Health for all, hunger for none" an neuen Wirkungsbereichen für zukunftsfähigen Pflanzenschutz: Bauern sollen dabei unterstützt werden, effizient zu produzieren - und das möglichst ökologisch. Dafür müssen neue umweltschonendere und wirksamere Pflanzenschutzprodukte entwickelt werden, möglichst effizient und schnell.

Die Top CIOs der Chemie- und Pharma-Branche
Markus Schümmelfeder
Seit April 2018 ist Markus Schümmelfeder neuer CIO des Pharmakonzerns Boehringer Ingelheim in Ingelheim am Rhein. Er war zuvor Corporate Vice President IT im Unternehmen. Schümmelfeder berichtet an seinen Vorgänger im CIO-Amt, den CFO Michael Schmelmer.
Martin Richtberg
Seit 1. Januar 2022 bekleidet Martin Richtberg die Position des Senior Vice President Information Technology, CIO und CDO von Wacker Chemie. Zuletzt war er dort Leiter des globalen Project-Engineering.
Annette Hamann
Annette Hamann ist seit 2020 CIO bei der Hamburger Beiersdorf AG. Ihre Vorgängerin Barbara Saunier ist im Ruhestand.
Michael Nilles
Henkel hat Michael Nilles am 1. Oktober 2019 zum Chief Digital & Information Officer (CDIO) ernannt. Er berichtet direkt an Carsten Knobel, CEO von Henkel. In seiner Position ist Nilles für die Bereiche Digital, IT, Geschäftsprozessmanagement und Corporate Venture Capital verantwortlich.
Abel Archundia-Pineda
Abel Archundia-Pineda ist seit Mai 2017 Head of IT Business Partnering Pharmaceuticals bei Bayer im Geschäftsbereich Pharma bei Bayer. Zuvor war er Head of IT for Novartis Technical Operations and Global CIO der Sandoz Division, Novartis AG.
Michael Jud
Michael Jud ist seit April 2017 Leiter IT beim Pharmahersteller InfectoPharm Arzneimittel und Consilium GmbH in Heppenheim im südlichen Hessen. Jud kommt vom Anlagenbauer Schenck Process in Darmstadt. Er berichtet bei seinem Arbeitgeber an den kaufmännischen Geschäftsführer. Neben dem Fokus-Thema IT-Sicherheit baut der gelernte Diplom Ingenieur SAP weiter aus und unterstützt das internationale Wachstum von InfectoPharm.
Alessandro de Luca
Alessandro de Luca war bisher Interims-Group CIO beim Pharmakonzern Merck. Der Konzern hat sich entschieden, de Luca dauerhaft in dieser Position zu beschäftigen.
Hermann Schuster
Seit 1. September 2021 ist Hermann Schuster Head of Information Technology bei der Lanxess AG. Er folgt auf Kai Finke. In seiner neuen Position will Schuster im Chemiekonzern ein Konzept für den Modern Workplace umsetzen und sich auf Cybersicherheit konzentrieren. Daneben steht der Rollout eines SAP S/4 Hana-Templates auf seiner Agenda. Schuster berichtet an den Lanxess-Finanzvorstand Michael Pontzen.
Bijoy Sagar
Bijoy Sagar ist ab Juni 2020 neuer Leiter IT und Digitale Transformation der Bayer AG. Er löst den bisherigen CIO und CEO der IT-Tochter Bayer Business Services (BBS) ab, der seine Konzernkarriere beendet. Die BBS wird aufgelöst. Sagar soll die Digitalisierung des Pharmakonzerns vorantreiben und die begonnene Neuaufstellung der IT ans Ziel führen. Er berichtet an den Finanzvorstand Wolfgang Nickl.
Martin Wiedenmann
Martin Wiedenmann ist seit Februar 2019 Head of Global IT/CIO der Atotech Group, einem weltweit agierenden Marktführer für Spezialchemie. Zuvor war er war seit Juli 2016 CIO bei Ledvance in München.
Andreas Becker
Andreas Becker ist seit April 2017 Vice President Information Technology/CIO beim Pharmakonzern Daiichi-Sankyo Europe in München. Im Oktober 2014 kam der Diplom-Kaufmann mit Schwerpunkt Wirtschaftsinformatik & EDV als Head of IT Strategy & Service Delivery ins Unternehmen.
Sandeep Sen
Sandeep Sen ist CIO der Linde Group. In dieser Funktion hat er Büros in Singapur und München. Weltweit führt Sen rund 1.100 Mitarbeiter. Er kam 1993 zu Linde Indien (vormals BOC India). Zuvor war er in der IT auf dem Finance-Sektor tätig. Dabei arbeitete er sowohl in Indien als auch in Großbritannien.
Peter Buchmüller
Seit Mitte Juni 2017 ist Peter Buchmüller IT-Leiter der Aenova Group, einem pharmazeutischen Auftragshersteller mit Sitz in Starnberg bei München. Der genaue Titel lautet: Senior Vice President Corporate IT Aenova Group. Buchmüller wechselte von der Molkerei Meggle in Wasserburg, wo er zuvor als Leiter IT tätig war.
Berthold Kröger
Berthold Kröger hat im Juli 2015 die IT-Verantwortung bei der K+S AG in Kassel übernommen. Der neue Leiter Corporate IT berichtet an den Vorstand Thomas Nöcker. Der promovierte Informatiker hat sein Studium an der Universität-Gesamthochschule Paderborn absolviert. Er arbeitete danach mehr als drei Jahre im Forschungs- und Technologiezentrum der Deutschen Telekom und war später in verschiedenen Positionen bei der Hochtief AG und der Hochtief Solutions AG in Essen beschäftigt.
Alexander Bode
Im Juli 2014 hat Alexander Bode den CIO-Posten beim Farbenhersteller DAW SE angetreten. DAW (Deutsche Amphibolin-Werke) ist vor allem bekannt durch Farbenmarken wie Caparol und Alpina. Bode kommt vom Pharmahändler Celesio, wo er seit 2013 als Global Head of IT Governance tätig war. Davor arbeitete der Wirtschaftsinformatiker viele Jahre bei der Freudenberg-Gruppe, wo er auch seine berufliche Laufbahn 2002 begann. Zuletzt verantwortete er dort von 2008 bis 2013 als Director ERP Europe das SAP Competence Center von Freudenberg Sealing Technologies.
Torsten Müller
Seit November 2018 ist Torsten Müller Head of Information Technology (CIO) beim Pharma- und Laborzulieferer Sartorius AG mit Sitz in Göttingen. Zuvor war er Chief Digital Officer und Chief Information Officer sowie Mitglied der Geschäftsleitung der Versicherung Helvetia Deutschland in Frankfurt.
Stephan Heinelt
Stephan Heinelt ist seit September 2018 Group CIO beim Spezialchemiekonzern Altana AG mit Sitz in Wesel. Der Diplom-Wirtschaftsinformatiker Heinelt war zuletzt Leiter Service Management Global IT Services bei der Evonik Industries AG in Essen.
Martin Kinnegim
Martijn Kinnegim ist seit März 2019 CIO der STADA Arzneimittel AG mit Sitz im hessischen Bad Vilbel. Kinnegim arbeitete zuvor bei Jacobs Douwe Egberts (JDE). Dort war er als Global CIO tätig und leitete die Integration der Gesellschaften DE Masterblender 1753 und Mondelez International in den weltweit führenden Kaffeekonzern.
Walter Grüner
Walter Grüner ist seit Mai 2019 Head of Information Technology beim Chemie-Unternehmen Covestro in Leverkusen. Zuvor war Grüner seit 2013 als Group CIO bei der KION Group AG tätig, einem Anbieter von Gabelstapler und Lagertechnik.
Tobias Günthör
Der Pharmakonzern Stada hat mit Tobias Günthör seit Anfang April einen neuen IT-Chef. Der Titel des 53-Jährigen lautet CIO/Senior Vice President IT at Stada Group.
Carsten Priebs
Zum 01.01.2024 wurde Carsten Priebs zum Digitalchef der Biesterfeld AG berufen.

Bisher habe die Suche der Wissenschaftler nach hochwirksamen und gleichermaßen umweltverträglichen Mitteln jedoch der sprichwörtlichen Suche nach der Nadel im Heuhaufen geglichen, so die Verantwortlichen von Bayer. Riesige Wirkstoffbibliotheken mit über 40.000 Einträgen müssten mithilfe unzähliger Experimente an einer Vielzahl von Gewächsen getestet werden. "Ein zeit- und kostenintensiver Aufwand, der von manuellen und subjektiven Entscheidungen geprägt ist", konstatiert der Konzern.

An dieser Stelle setzt das Projekt SIMPL (Small Molecules Imaging Plattform) an, das Bayer gemeinsam mit der Leadvise Reply GmbH und Thinkport auf die Schiene gesetzt hat. Damit wurde der gesamte Prozess rund um Analyse und Tests von Wirkstoffen komplett neugestaltet, was auch die Jury im Wettbewerb Digital Leader Award (DLA) 2021 überzeugt hat.

Automatische Bildanalyse

Das funktioniert so: Im Bereich Pflanzenschutz nehmen Pilze nach Kontakt mit einer Substanz aus der Wirkstoffbibliothek verschiedene Formen an, die eine Aussage über die Reaktion zulassen. Bisher mussten diese Ergebnisse manuell kategorisiert werden. Mithilfe der SIMPL Plattform können Machine-Learning-Modelle automatisiert Pilze analysieren. So können Forscher gezielt nach relevanten Reaktionen suchen. Auf Basis der voranalysierten Fotos und mit Hilfe komplexer Berechnungen von neuronalen Netzwerken sei es möglich, bedeutend schneller und vor allem mehr Wirkstoffe zu testen und so präzisere Aussagen zu den Erfolgsaussichten im gesamten Forschungsprozess zu treffen.

Ein anderer Bereich ist das Phenotyping. Dort beschäftigt man sich damit, Einflüsse auf die Entwicklung von Pflanzen mithilfe von Bildern und unterschiedlichen Lichtspektren zu identifizieren und zu analysieren. Für die Analyse werden unterschiedliche Lichtspektren verwendet, um Veränderungen beispielsweise bei Gräsern bereits frühzeitig erkennen zu können. Das Pre-Processing der Bilder und die Analyse erfolgt nun in der Cloud, auf der SIMPL Plattform. Denn kein Forscher könnte täglich tausende Fotos von Gräsern untersuchen, um Wirkungsmechanismen zu erkennen.

Das erste Fazit ist vielversprechend: Die Zeit vom Experiment bis zur Ergebnisvisualisierung könnte teilweise von drei Wochen auf eine Woche verkürzt werden. Darüber hinaus ließen sich manuelle und brüchige digitale Prozesse von sechs auf zwei Schritte reduzieren. Zu guter Letzt erlaubt der Wechsel von lokalen, geschlossenen Systemen hin zu einer flexiblen Cloud-Plattform eine effizientere cross-funktionale Kollaboration, was auch weitere Einsatzszenarien beflügelt. So interessieren sich bei Bayer mittlerweile auch andere Bereiche für die Plattform. In der Tomatenzucht beispielsweise werden die Erzeugnisse in Güteklassen eingeteilt. Das geschieht händisch oder über grobe Abschätzungen. Großkunden wissen dann jedoch nicht genau, was sie von den Produzenten erhalten. Dieses Problem lässt sich mit SIMPL lösen: Die Güteklasse jeder Pflanze wird automatisch erfasst, bewertet und dokumentiert.

Mit SIMPL lassen sich auch Tomaten in bestimmte Güteklassen sortieren.
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Diese Erfolge sind auch einer neuen Organisation und einem guten Change Management geschuldet. Bayer spricht von einer immensen Herausforderung, die gewohnte Herangehensweise an Forschung neu zu gestalten. Eine weitere Hürde sei die komplexe Ausgangslage gewesen: Die Sparte "Crop Science" (Landwirtschaft) wurde zuvor im Zuge eines M&A-Vorgangs neu aufgestellt. Zugleich erreichte die Corona-Krise einen ersten Höhepunkt. Die bereits herausfordernde Zusammenarbeit über Zeitzonen hinweg musste auch für Mitarbeiter an gleichen Standorten neu definiert werden.

Co-Creation von Lösungen statt starrer Projektpläne

Da viele verschiedene Stakeholder eingebunden waren, wurde zunächst eine gemeinsame Basis für die Zielsetzung erarbeitet. Das Team setzte die von Google geprägte "Objectives and Key Results"-Methode ein, um Meilensteine zu definieren. Das Ziel war es, über positive Erfahrungen eine neue Arbeits- und Denkweise zu etablieren. "Wir haben während des Projekts gelernt, dass wir nicht in "Outcomes" denken, sondern Anforderungen definieren und diese von den technischen Experten in eine Lösung übersetzen lassen", sagt Sarah Lewandowski (SIMPL Product Owner, Manager Leadvise Reply). Außerdem wurden bereits laufende Projekte eingebunden, um für höhere Transparenz und mehr Struktur zu sorgen. Die Co-Kreation von Lösungen anstelle eines starren Projektplans war entscheidend, sagen die Bayer-Verantwortlichen. Wichtig war, eine gemeinsame Sprachebene zu finden: "Nicht jeder Wissenschaftler ist mit Cloud-Technologien vertraut, nicht jeder AWS-Consultant mit der Phenotypisierung von Pflanzen."

Gerade im Umgang mit Cloud- und Machine-Learning-Angeboten entwickelte das Bayer-Team eine eigene Vorgehensweise. Da eine entsprechende Lösung bisher noch nicht umgesetzt wurde, galt es, schnell Wissen und Erfahrung zu sammeln - vor allem auch, um Unsicherheit auf Seiten der Forscher zu reduzieren. "Zum beidseitigen Verständnis hat es uns geholfen, Videos des Forschungsprozesses zu sehen, da eine Reise zu den Forschungsstandorten aufgrund von COVID nicht möglich war. Auf der anderen Seite konnten wir mit den Rapid Prototypes das technische Ergebnis besser veranschaulichen.", sagt Steffen Stammel (IT Product Manager, Bayer). Daher entwickelte das Projektteam in einem ersten Schritt Rapid Prototypes, um einzelne Komponenten für die entsprechenden Zwecke zu testen. Dabei konnten Komponenten auch kurzfristig ausgetauscht werden, wenn sich ein anderes Tool als robuster oder einfacher herausstellte.

Die Bilanz der Bayer-Verantwortlichen zu SIMPL fällt positiv aus. Bislang sei eine Vielzahl an Einzelentscheidungen nötig gewesen, um Fortschritte zu erzielen. Mit der neuen Technik erfolgt die Bewertung nun anhand von Messpunkten, die mit dem menschlichen Auge der Wissenschaftler nicht sichtbar sind. "Anstatt die Nadel im Heuhaufen in Handarbeit zu suchen, wird die Suche automatisiert."