Die letzten Tage im Jahr neigen sich dem Ende zu und 2020 steht vor der Tür. Für die Automobilbranche war 2019 ein überaus bewegtes Jahr mit vielen Höhen und Tiefen. Die Anzahl der Elektrofahrzeuge stieg von 2017 bis 2019 um beachtliche 54 %. 2019 ist der Bestand an Elektroautos weltweit auf 5,6 Millionen gestiegen – ein Plus von 64 % im Vergleich zu 2018. Im nächsten Jahr werden viele neue Elektrofahrzeugmodelle veröffentlicht und es wird einige innovative Technologietrends geben. Die folgenden 7 Tech-Trends besitzen besonders viel Potenzial.
Foto: panthermedia.net/kentoh
1. Autonomes Fahren
Im Bereich des autonomen Fahrens wurden in den letzten Jahre beachtliche Fortschritte gemacht. Große Hersteller, wie Toyota, Tesla oder Peugeot, arbeiten unermüdlich an der Technologie, damit diese in Zukunft Realität werden kann. Deshalb ist es nicht verwunderlich dass das autonome Fahren im Jahr 2020 ein Tech-Trend mit großem Potenzial ist. Durch die technologischen Fortschritte soll das autonome Fahren für die Passagiere nicht nur um einiges sicherer, sondern auch deutlich komfortabler werden. Die beiden Unternehmen Baidu und Volvo haben bereits letztes Jahr beschlossen, dass sie sich zusammenschließen und das autonome Fahren in China im großen Stil voranbringen wollen. Auch viele weitere Automobilhersteller, wie Audi und Mercedes, arbeiten kontinuierlich am autonomen Fahren. 2020 dürfte der autonome Fahrzeugmarkt mit einem geschätzten Absatz von rund 51.000 Fahrzeugen deutlich wachsen.
2. Urbane Mobilität
Ein weiterer wichtiger Tech-Trend im Bereich der Elektromobilität sind die Weiterentwicklungen der urbanen Mobilität. Im Mittelpunkt werden in Zukunft vor allem Carsharing-Lösungen stehen. Für Elektrofahrzeuge gibt es bereits einige passende mobile Anwendungen, wie „Bluecity“ oder „E-Car Club“. Über diese Apps können die Nutzer von den Vorteilen der Elektrofahrzeuge profitieren, ohne den hohen finanziellen Aufwand auf sich nehmen zu müssen. Sie können sich bequem ein Elektrofahrzeug mieten und die innovative Technik aus nächster Nähe erleben. Viele Unternehmen sind der Meinung, dass die urbane Mobilität ein großes Potenzial besitzt.
3. Fortschrittliche Akkutechnologie
In der Vergangenheit waren die Fortschritte im Bereich der Akkutechnologie für die meisten Branchen und vor allem für die Elektrofahrzeuge viel zu langsam. Durch die stetigen Verbesserungen der Zellchemie, dem Anoden- sowie Kathodenmaterial und ertragreichen Herstellungsverfahren dürften sich die Batteriekosten Jahr für Jahr um 6 bis 8 % senken lassen. Seit einigen Jahren übertreffen die Verbesserungen die Erwartungen und dadurch lassen sich großformatige Batteriezellen bereits zu einem Preis von weniger als 145 Dollar pro Kilowattstunde realisieren. Dieser positive Trend wird im nächsten Jahr weiter fortgesetzt und 2020 könnte für die Akkutechnologie ein überaus spannendes Jahr werden. Des Weiteren gibt es bereits einige Alternativen zu der gängigen Lithium-Ionen-Technologie. Miniaturisierte Festoxid-Brennstoffzellen, Mikrokondensatoren, Aluminium-Graphit, Graphenpolymer und die Gold-Nanodraht-Technologie könnten die anscheinend veraltete Akkutechnologie schon bald ersetzen.
Erst kürzlich ist eine Studie erschienen, dass die Herstellung von E-Autos umweltfreundlicher ist als gedacht.
4. Optimierte Ladetechnik
Die Verbesserung der vorhandenen Ladetechnik wird 2020 zu den wichtigsten Zielen im Bereich der Elektromobilität zählen. Die meisten Verbraucher sind aufgrund der Kapazität bei der Reichweite ihrer Elektrofahrzeuge begrenzt. Darüber hinaus sind die Elektrofahrzeuge für den Fernverkehr zwar um einiges umweltfreundlicher, jedoch nicht so komfortabel wie andere Fahrzeuge. Den Akku spätestens alle 2 bis 3 Stunden aufzuladen und dabei eine halbe Stunde lang zu warten sollte in Zukunft keinem Verbraucher mehr zugemutet werden. Das anhaltende Problem wollen die Hersteller durch die flächendeckende Verfügbarkeit von Schnelllade-Stationen weltweit lösen oder zumindest verringern. Durch den globalen Rollout von weiteren Ladestationen konnte Tesla in diesem Bereich bereits große Fortschritte erzielen. Im letzten Jahr kündigte der Automobilbauer Porsche an, dass er eine neue Ladetechnologie entwickelt habe und durch diese die Ladezeit auf maximal 15 Minuten sinkt. Andere Unternehmen, wie Audi und General Motors, wollen die Ladegeschwindigkeiten ebenfalls deutlich verringern.
5. Solarbetriebene Autos
Ein weiterer, überaus interessanter Tech-Trend sind solarbetriebene Fahrzeuge Viele Automobilhersteller arbeiten seit längerer Zeit daran, dass die Solarautos in Zukunft Realität werden. Bei diesen lässt sich die Autobatterie während des Fahrens aufladen und das wäre ein riesiger Vorteil gegenüber herkömmlichen Elektrofahrzeugen. Aktuell befinden sich einige interessante Prototypen in der Erprobung. Darüber hinaus gibt es einige Unternehmen, die solarbetriebene Hybride entwickeln wollen. Sollte dies den Unternehmen gelingen, könnte der globale Markt für solarbetriebene Elektrofahrzeuge im Jahr 2020 einen riesigen Aufschwung erfahren. Experten gehen von 1 Milliarde Dollar als Größenordnung aus. Die bisher seriennahen Modelle sind aktuell leider noch viel zu teuer. Eines der Beispiele dafür ist das solargetriebene Langstreckenfahrzeug namens „Lightyear One“. Dieses kostet aktuell pro Einheit rund 107.000 Dollar.
Wie Solarzellen die Reichweite enorm steigern, lesen Sie hier.
6. Software-Updates
Verbesserungen und Innovationen im Software-Bereich werden 2020 definitiv ein weiterer Tech-Trend sein. Die Bedienung, Konnektivität und Sicherheit der Informations- sowie Unterhaltungssysteme in Elektrofahrzeugen werden mit Sicherheit im Mittelpunkt stehen. Im Hinblick auf ein möglichst sicheres und unfallfreies autonomes Fahren wird die verbesserte Konnektivität von einer entscheidenden Bedeutung sein. Durch die höheren Bandbreiten lassen sich zukünftig Videos in einer hohen Auflösung von 3 bis 4K in Echtzeit in den Elektrofahrzeugen abspielen.
7. Elektrische Flugzeuge
Aufgrund der großen Fortschritte im Bereich der Elektromobilität war es nur eine Frage der Zeit, bis das nächste beliebte Verkehrsmittel an der Reihe ist. Aus diesem Grund ist es nur logisch und nachvollziehbar, dass elektrische Flugzeuge in den nächsten Jahren immer wahrscheinlicher werden. Bereits für 2020 sind einige beachtliche Fortschritte zu erwarten. Einige große Betreiber, neue Startups, diverse Hersteller und sogar die NASA beschäftigen sich bereits ausführlich mit dem Thema. Ein paar Konzerne, wie EasyJet, sind der Meinung, dass elektrische Flugzeuge in den nächsten 10 bis 12 Jahren Realität werden können. Dazu haben wir hier ein Interview mit EasyJet geführt.
Das US-amerikanische Unternehmen „Wright Electric“ möchte zum Beispiel innerhalb der nächsten 20 Jahre Elektroflugzeuge für den Flugverkehr im Nahen Osten zum Standard machen. Das israelische Unternehmen „Eviation“ hat erst vor kurzem einen Prototyp von einem elektrischen Passagierflugzeug vorgestellt. Laut einem Unternehmenssprecher soll das erste, elektrische Flugzeug der Welt maximal 9 Passagiere über eine Entfernung von bis zu 1.000 Kilometer transportieren können und 2022 veröffentlicht werden.
Wie sich Airbus das vollelektrsiche Fliegen vorstellt,erfahren Sie hier.
In unserer Galerie finden Sie die Tech-Trends der letzten Jahre:
Schiffbrüchige rechtzeitig finden:
Für in Seenot geratene Schiffe und auf dem Wasser treibende Menschen zählt jede Minute. Doch die Ozeane sind groß, die Wetterbedingungen häufig sehr schwierig und eine genaue Lokalisierung oft nicht möglich. In einem vom BMBF geförderten Projekt wird jetzt eine wetterfeste Drohne erforscht und entwickelt, die auch unter widrigsten Bedingungen selbstständig vorab festgelegte Bereiche abfliegt und diese mit speziellen Sensoren und Kameras systematisch nach havarierten Schiffen und über Bord gegangenen Menschen abscannt. In der knapp 25 Kilogramm schweren Drohne steckt unter anderem ein komplettes LTE-Funknetz von der Größe einer externen Festplatte. Damit kann Kontakt zu Mobiltelefonen hergestellt werden. Oder havarierte Menschen lassen sich über die schwachen elektromagnetischen Signale orten, die ihre Handys bei der Netzsuche aussenden. Integrierte laseroptische Sensoren können selbst bei Nacht oder schlechter Sicht die Wasseroberfläche nach Unregelmäßigkeiten und Wärmequellen absuchen. Eine Software wertet die Bilder automatisch aus und überträgt die Informationen direkt an die Seenotleitung oder an die im Einsatzgebiet befindlichen Rettungseinheiten.
Daniela Metz
Foto: [M]: Deutsche Gesellschaft zur Rettung Schiffbrüchiger DGzRS/Michael Rauhe, HANSEATIC AVIATION SOLUTIONS GmbH/TU Dortmund
Bagger & Co. für die Bergung und Rettung umrüsten:
Einsturzgefährdete Gebäude und freigesetzte giftige oder explosive Substanzen stellen die Rettungskräfte vor enorme Herausforderungen. Der Einsatz robotergestützter Technologien könnte die Gefahren für die Bergungskräfte deutlich senken und die zügige Suche nach Verletzten erleichtern. Meist sind die hierfür benötigten Spezialgeräte aber teuer oder nicht rechtzeitig am Einsatzort. Für solche Szenarien entwickelt ein vom BMBF gefördertes Projekt jetzt ein „Nachrüstkit“, mit dem herkömmliche Nutzfahrzeuge wie Bagger oder Traktoren in kurzer Zeit in fernlenkbare Spezialfahrzeuge umgewandelt werden können. Durch den Einbau von Sensoren etwa kann ein solches Gefährt in unübersichtlicher Umgebung selbstständig navigieren. Dabei merkt es sich automatisch die zurückgelegten Transportwege und kann diese später immer wieder abfahren. Vom Leitstand aus steuern die Einsatzkräfte den Bagger aus sicherer Entfernung und beseitigen mit Schaufel und Greifer Schutt oder im Erdboden versickerte Gefahrstoffe, ohne selbst in Gefahr zu geraten.
Daniela Metz
Konsens und Vertrauen:
Kaum ein IT-Thema hat in den vergangenen Jahren für so viel Gesprächsstoff gesorgt wie Blockchain. Und das, obwohl sie auf Technologien und Konzepten basiert, die in der Informationstechnik schon seit vielen Jahrzehnten bekannt sind. Entwickelt wurde das technische Modell der Blockchain 2008 im Rahmen der Kryptowährung Bitcoin. Aufgabe der Blockchain ist es, in einem Netzwerk mit unbekannter Teilnehmerzahl und bei Teilnehmern mit unbekannter Vertrauenswürdigkeit – ohne Intermediär (Vermittler) – Vertrauen und Integrität aufrechtzuerhalten. Eine Blockchain ist dabei eine dezentrale Datenbank, die eine stetig wachsende Liste sämtlicher Transaktionen in Blöcken speichert – vergleichbar mit einer Kette, bei der am Ende ständig neue Elemente hinzugefügt werden. Daher der Name „Blockchain“, also „Blockkette“.
Ist ein Block vollständig, wird dieser unveränderlich an die Kette angehängt und der nächste erzeugt, wobei jeder Block eine Prüfsumme des vorhergehenden Blocks enthält. Neu ist die Art und Weise, wie eine Blockchain mehrere Konzepte und Technologien verknüpft, um Konsens und Vertrauen in einem verteilten System mit unbekannter Vertrauenswürdigkeit zu schaffen. Obwohl bereits zahlreiche Firmen mit der Blockchain experimentieren und diese teilweise auch im Einsatz haben, befindet sich die Technologie in einer frühen Phase, in der die Erwartungen noch übersteigert sind. Das Versprechen, Werte manipulationssicher digital transferieren zu können, eröffnet viele neuartige Anwendungsperspektiven.
Thomas Werner
Foto: VDI TZ / dombek design
![Roboter wirbelt unter Wasser Sedimente auf]()
Metalle aus dem Meer:Ist das Land geplündert, weitet sich der Blick aufs Meer. Schon seit vielen Jahrzehnten werden Öl und Gas offshore gewonnen. Darüber hinaus fördert man aus den flachen Küstenbereichen Minerale, die durch Erosion aus dem Hinterland an die Küste transportiert wurden. Dazu gehören die Diamanten vor den Küsten Südafrikas und Namibias sowie Vorkommen von Zinn, Titan und Gold entlang der Küsten Afrikas, Asiens und Amerikas. Der Abbau von Rohstoffen aus dem Meer ist also nicht neu. Doch künftig dürfte eine Reihe mineralischer Rohstoffe hinzukommen. So gibt es Bestrebungen, den Meeresbergbau mineralischer Rohstoffe auf die Tiefsee - tiefer als 1000 Meter - auszuweiten. Gefördert werden sollen Manganknollen, Kobaltkrusten und Massivsulfide. Neben den namensgebenden Stoffen beinhalten diese Tiefseeschätze meist Eisen, Nickel, Kupfer, Titan, Platin und Seltenerdoxide. Doch wie können sie aus Tiefen bis zu 6000 Metern gehoben werden? Roboter sollen helfen. Weltweit entwickeln Wissenschaftler ferngesteuerte sowie autonome Abbausysteme, die möglichst schonend für Flora und Fauna der Tiefsee die begehrten Elemente bergen sollen. In Deutschland forschen unter anderem das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (ISOB), das Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel sowie die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) zu den maritimen Rohstoffen. Christoph Böckmann
Foto: Ralph White/Corbis Documentary/Getty Images
![Flugtaxi fliegt über eine Großstadt]()
Autonome elektrische Lufttaxis:
Passagierdrohnen, die rein elektrisch angetrieben Personen autonom von A nach B fliegen, zählen zu den unbemannten Luftfahrzeugen. Solche Lufttaxis gelten als Inbegriff eines zukünftigen Individualverkehrs in der Sharing Economy, bei der Mobilitätsdienste über digitale Plattformen angeboten werden. Die europäische Luftfahrtsaufsicht EASA plant die gleichberechtigte Teilnahme von großen Drohnen im Luftverkehr ab 2024. Musterzulassungen von Prototypen sind heute bereits möglich. Dazu könnten dann auch Passagierdrohnen gehören.
Zwei Konzepte werden derzeit von verschiedenen Unternehmen intensiv getestet: die Auslegung als Hubschrauber bzw. Multikopter und die als Kippflügel-Wandelflugzeug. Während die Multikopterkonfiguration Vorteile bei niedrigen Höhen verspricht, wäre die Kippflügelvariante wohl günstiger bei größeren Höhen und Entfernungen. Welche Konfiguration mehr Sicherheit oder weniger Lärm bedeutet, lässt sich noch nicht bestimmen. Die bisher vorgestellten Konzepte, Prototypen und Kleinserien haben eine Reichweite von ca. 50 Kilometer bis über 100 Kilometer. Die avisierten Kosten werden entweder mit 1 Euro je Kilometer oder in der Größenordnung einer Taxifahrt beziffert. Zwei der globalen Hotspots für die Entwicklung dieser autonomen Ultraleichtflugzeuge liegen in Bruchsal bei Karlsruhe und in Weßling bei München.
Jan Christopher Brandt
![Modell des EDRS-System Airbus DS]()
Lichtgestalten im ewigen Dunkel:Wenn im März der Satellit EDRS-C startet, reiht er sich ein in eine noch extrem überschaubare Flotte von Kommunikationssatelliten, die untereinander optisch kommunizieren, also mittels Laserstrahlen. Insgesamt sechs Exemplare haben europäische Betreiber dann ins All gebracht – und zählen damit zu den Pionieren. Laser könnten aber in der Zukunft eine immer wichtigere Rolle in der Satellitenkommunikation spielen. Erstens lassen sich große Bandbreiten sehr schnell übertragen. Zweitens unterliegen Lichtwellen nicht der internationalen Frequenzkoordination. Und drittens befindet sich mit der Quantenkryptografie bereits ein optisches Verschlüsselungsverfahren in der Entwicklung. Eine Schlüsselanwendung könnten zukünftige Generationen von Navigationssatelliten sein. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) forscht zum Beispiel an der Kepler-Konstellation, in der 24 Satelliten im MEO (medium earth orbit) miteinander per Laser kommunizieren und sich hochpräzise eine gemeinsame Zeit teilen. Damit könnte der garantierte Höchstfehler bei Navigationsanwendungen von Metern auf Zentimeter sinken. Iestyn Hartbrich
![Funken sprühen von einem silber glänzenden Metall weg]()
Weltkriegsbomben entschärfen:
Auch mehr als 70 Jahre nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs werden in Deutschland immer wieder Blindgänger gefunden, die schnell und gefahrenfrei geräumt werden müssen. Der dazu notwendige Aufwand ist gerade in dicht bewohnten Gebieten besonders hoch – manchmal müssen ganze Stadtviertel gesperrt und evakuiert werden. Es gibt auch Blindgänger, bei denen eine Entschärfung vor Ort nicht möglich ist, wenn etwa der Zündmechanismus nicht entfernt werden kann. In solchen Fällen müssen die Bomben kontrolliert gesprengt werden. Das Bundesforschungsministerium unterstützt Laserspezialisten dabei, gemeinsam mit der Feuerwehr und dem Kampfmittelräumdienst Hamburg ein neues Verfahren zu erforschen, mit dem Blindgänger gezielt durch eine sogenannte „Deflagration“ entschärft werden sollen. Dafür kerben die Forscher die Bombenhülle mit einem Laser systematisch ein und schwächen sie. Durch die so entstehende Sollbruchstelle kommt es bei einer späteren kontrollierten Sprengung nicht mehr zu einer Explosion: Vielmehr verpufft die Bombe und die Druckwelle wird stark abgeschwächt.
Daniela Metz
Foto: panthermedia.net/spopov
![Hände halten ein Smartphone mit geöffneter Ada-App]()
Nie mehr im Wartezimmer rumsitzen:
Warum lange im Wartezimmer hocken, wenn man die Diagnose auch zu Hause auf dem Sofa bekommen kann? Die Gesundheitsapp Ada ist eine deutsch-britische Entwicklung und die weltweit erste ernst zu nehmende Diagnosesoftware. Allerdings darf sie nicht so genannt werden. Diagnosen sind nämlich Ärzten vorbehalten. Wer Ada seine Symptome aufzählt, bekommt als Ergebnis angezeigt, welche Erkrankung rein rechnerisch am wahrscheinlichsten ist. Und das nennt sich dann eben doch Diagnosevorschlag.
In Großbritannien können sich die Nutzer danach direkt mit einem Arzt verbinden lassen, der Medikamente verschreibt oder weiterführende Fragen stellt. In Deutschland wurde im Mai das Fernbehandlungsverbot gekippt, sodass auch hierzulande eine solche telemedizinische Behandlung bald möglich sein könnte.
Adas Gehirn ist eine aus der medizinischen Fachliteratur und dem Erfahrungswissen hunderter Ärzte gefütterte Datenbank. Im Hintergrund läuft eine mächtige künstliche Intelligenz, die sogar Amazon und Google zu einem Investment verleitet hat. Zusammen mit Amazons Sprachsteuerung Echo kann man die „Sprechstunde“ damit ab sofort ins Wohnzimmer verlegen. Ada führt mit freundlicher Stimme durch die Anamnese und verspricht: „Ich bin Ada und ich kann dir helfen, wenn du dich nicht wohl fühlst.“
Tim Gabel
Maschinelles Lernen in der Produktion:Spätestens das Experiment von Google, mehreren Robotern das Greifen unterschiedlicher Produkte durch Versuch und Irrtum beizubringen, verdeutlichte die Möglichkeiten von künstlicher Intelligenz (KI) bei der Maschinenprogrammierung. Beschleunigt werden kann das automatisierte Greifen von unstrukturiert liegenden Gegenständen, wenn bereits digitale Modelle der Produkte vorliegen, wie es z. B. vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) praktiziert wird. Dann kommt der Lernalgorithmus schneller zu einem Ergebnis. Die VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik GMA erwartet, dass derartige Systeme weltweit eine stark wachsende wirtschaftliche Bedeutung erhalten. Die KI-Anwendung in der Industrie sowie Produkten aller Branchen erlaubt demnach den Einstieg in einen der stärksten Wachstumsmärkte der Zukunft sowie die aktive Mitgestaltung des Marktes. Martin Ciupek
Foto: Rainer Bez/Fraunhofer IPA
Foto: panthermedia.net/Andreus
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![Auto auf fiktiver Straße aus Nullen und Einsen]()
Besser navigieren:
Wer schon einmal im Zug telefoniert hat, kennt die lästigen Gesprächsunterbrechungen bei der Fahrt durch einen Tunnel. Derartige Verbindungsprobleme sind harmlos im Vergleich zu den Konsequenzen, die ein Signalverlust bei der Positionsbestimmung autonom fahrender Autos nach sich zieht. Im Tunnel, Gebirge oder im städtischen Umfeld können die Signale schnell verloren gehen. Künftig sollen Navigationssysteme deshalb mit quantenbasierten Inertialsensoren ausgestattet werden. Damit gelingt eine Positionsbestimmung auch dort, wo die Signale vom GNSS (Global Navigation Satellite System) nicht erfassbar sind. Verfahren dazu werden im Projekt „QuIS-g“ aus der Förderlinie „Quantum Futur“ des Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) erforscht. QuIS-g entwickelt ‧einen Quanteninertialsensor mittels geführter Materiewellen. Dabei verfolgt die Verwendung von Materiewellen zur Messung einen Ansatz, der einen späteren unkomplizierten festkörperbasierten Aufbau erlaubt. Claudius Klein/Julia Knifka
Foto: panthermedia.net/the lightwriter
Gedanken lesen:Durch Gedankenübertragung Texte schreiben ohne lästiges Tippen? Dafür braucht es präzise Mensch-Maschine-Schnittstellen, die komplexe Befehle aus Nervensignalen ablesen können. Bisher werden dafür die elektromagnetischen Signale des Gehirns per Elektroenzephalogramm (EEG) gemessen. Zur Ableitung von Nutzerbefehlen sind sie allerdings nur bedingt einsetzbar. Eine genauere Erfassung neuronaler Aktivitäten wollen Forscher durch ultrapräzise Magnetfeldsensoren erreichen. Die Messung soll dabei durch den Einsatz von Quantensensoren aus Diamant erfolgen: Diese Schnittstellen könnten die medizinische Diagnostik revolutionieren und künftig Prothesen oder Alltagsgeräte ansteuern. Das Projekt „Neuartige Gehirn-Maschine-Schnittstelle basierend auf Quantensensoren (BrainQSense)“ wird im Rahmen der „Pilotprojekte Quantentechnologien“ des Bundesforschungsministeriums gefördert. Claudius Klein/Julia Knifka
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![Blick in das Haus einer Meeresschnecke]()
Innovationsstrategie der Natur:
Die Natur inspiriert die Forschung mit einer Vielzahl spezialisierter biologischer Einzel- und Systemlösungen. Vom zunehmenden Verständnis der zugrunde liegenden Prozesse und Prinzipien getrieben, eröffnen sich neue Perspektiven für technische Lösungen. Kernelement der „Biologisierung der Technik“ ist dieses Verständnis und die darauf basierende Nutzung von Prinzipien der Natur in industriellen Abläufen. Im Laufe ihrer Entwicklungsgeschichte ist es lebenden Organismen gelungen, ihren Aufwand an Energie und Ressourcen zu reduzieren, intelligente Strategien der Informationsverarbeitung bzw. -speicherung und des Recyclings zu entwickeln sowie Stoffwechselreaktionen auf engstem Raum optimal und zeitlich koordiniert ablaufen zu lassen. Basis für die Leistungsfähigkeit biologischer Systeme sind hochgradig parallelisierte und gleichzeitig präzise ablaufende Auf- und Abbauprozesse, selbstlernende und energieeffiziente Systeme, gezielt schaltbare Mechanismen für z. B. Regulation und Informationstransport sowie ein hoher Vernetzungsgrad selbstständiger Module in einem fehlertoleranten Gesamtsystem. Biologische Systeme, Prinzipien und Verfahren kommen in immer mehr Branchen zum Einsatz, von der Pharma- und Chemieindustrie bis hin zum Automobilbau. Die Gesellschaft hat einen Nutzen hiervon, zum Beispiel durch bessere Therapien, neuartige Produkte und eine nachhaltige Wirtschaftsweise. Die „Biologisierung der Technik“ hat das Potenzial, einen Innovationsschub analog zur Digitalisierung auszulösen. Dies erfordert allerdings eine Abkehr der isolierten Betrachtung von Biologie und Technik hin zu einer disziplinübergreifenden Vorgehensweise. Gerd Bachmann
Foto: panthermedia.net/ke77kz
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Kohlenstoff ante portas:Ob „carbon free“ oder „Carbon-to-X“, beides sind Trends, beide getrieben spannenderweise durch den Trend zur Entkarbonisierung im Rahmen des Klimaschutzes. Dabei sorgen sich die einen darum, ganze Industriezweige prozesstechnisch neu aufzustellen, um weniger Energie zu verbrauchen oder kohlenstoffhaltige Materialien wie Koks zu vermeiden – wie in der Stahlbranche. Andere hingegen schauen ganz neu auf den Kohlenstoff und seine Nutzbarkeit. So könnte sich die Klimadebatte als Initiatorin einer industrie- und disziplinübergreifenden Innovationsmaschine entwickeln.
Beispiel? Gerne! Chemiker um Thomas Brück vom Algentechnikum der TU München (TUM) haben mit Forscherkollegen einen Prozess entwickelt, der nach ersten Berechnungen eine Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre ermöglichen könnte: Kohlefasern aus Treibhausgas. Algen verwandeln dabei den Stoff in Algenöl. In einem zweiten Schritt werden daraus Carbonfasern erzeugt – und das auch noch wirtschaftlich, wie erste Analysen zeigen. Die Fasern könnten zum Beispiel in der Bauindustrie Stahl ersetzen. Augen auf also, was Kohlenstoff angeht. Es bleibt hoch spannend. Stephan W. Eder
![Sendemast vor blauem Himmel]()
2019 wird zum 5G-Jahr:Das nächste Jahr wird entscheidend für die fünfte Mobilfunkgeneration 5G sein. Nicht nur in Deutschland, wo Frequenzen verteilt werden und der Standard in ersten Industriebetrieben getestet wird. Für beinahe einen ganzen Monat werden im Herbst Protagonisten gebannt ins ägyptische Sharm El Sheikh schauen. Dort debattiert die World Radiocommunication Conference (WRC) über die Frequenzen im höheren Gigahertz-Bereich. Gesucht werden einheitliche Lösungen für die Welt. Sie schaut dabei auf Bänder zwischen 26 GHz und 86 GHz. „Nur so kann sich 5G in seiner ganzen Güte entfalten“, heißt es bei der GSMA, der Vereinigung aller weltweit agierenden Mobilfunkbetreiber. Erst diese Frequenzen vervollständigen das Versprechen des neuen Standards vor allem in urbanen Gegenden: große Bandbreiten, geringe Verzögerungsraten, „massives“ Internet der Dinge. 2019 wird es aber auch erste 5G-Smartphones geben – noch als Vorserienmodelle oder Nischenprodukte. Die magische 100-Millionen-Marke werde bei den Geräten erst 2021 überschritten, erklärt dazu Deloitte. In 15 Märkten, das prognostizieren die Marktforscher von Strategy Analytics, werde es erste kommerzielle Netze geben. Diese neue Technik, so viel steht fest, ist eines der zentralen Versprechen für die digitale Zukunft.
Foto: panthermedia.net/marsan
Zeitenwende in der Roheisenproduktion:Seit mehr als hundert Jahren nutzen Stahlhersteller den Hochofen, um in einem enorm CO2-intensiven Prozess und unter Einsatz von kohlebasiertem Koks aus Eisenerz Roheisen zu gewinnen. Derzeit arbeiten mehrere Stahlkonzerne an einer Alterna‧tive, die 80 % der Emissionen einsparen soll: der Wasserstoffroute. Entsprechende Mengen Wasserstoff vorausgesetzt, lässt sich das Roheisen auch ohne Kohlenstoff herstellen. Allerdings gibt es so viel Wasserstoff heute noch nicht: Gigantische Elektrolysekapazitäten müssten geschaffen werden. Drei Elektrolysetypen werden derzeit schrittweise auf Stahlwerksbedarfe hochskaliert: alkalische, PEM- und Hochtemperaturelektrolyse. Alle haben denselben Haken: Um z. B. den Voestalpine-Standort Linz zu versorgen, bräuchte es 33 TWh, die Hälfte der heutigen Stromerzeugung Österreichs. Überschüssige Wind-, Sonnen- und Prozessenergie sollen dafür genutzt werden. Iestyn Hartbrich
![Ampel steht auf grün]()
Intelligente Ampelschaltung:
In deutschen Großstädten werden 40 % bis 50 % aller Fahrten mit dem Pkw für weniger als 5 Kilometer unternommen. Bei solchen Distanzen ist das Fahrrad konkurrenzfähig. Schätzungen zufolge könnte knapp ein Drittel aller innerstädtischen Fahrten mit dem Rad erledigt werden. Eine intelligente Ampelschaltung würde helfen, die Attraktivität des Radfahrens zu steigern. Über eine App vernetzen sich die Radfahrer mit der Ampelsteuerung – zum Beispiel mit dem Ziel einer grünen Welle. Radeln könnte so im Mittel schneller und auch sicherer werden. Selbst Fußgänger mit eingeschränkter Mobilität profitieren von dieser Technologie. Einschränkungen können in der App hinterlegt werden, sodass die Dauer der Grünphasen individuell angepasst wird. In Deutschland gibt es bereits in wenigen Städten entsprechende Pilotprojekte. Eine deutliche Vorreiterrolle haben die Niederlande. In Rotterdam und Tilburg rücken die Bedürfnisse von Radlern und Fußgängern verstärkt in den Fokus.
Andreas Hoffknecht/Julia Kölbel
Foto: panthermedia.net/ Kiyoshi Takahase Segundo
![Containerschiff vor Hafenkränen im Abendlicht]()
Autonome Elektrofrachtschiffe:
Die Schifffahrt gilt gemeinhin als „schmutziges Gewerbe“. Neben Schadstoffen aus Abgasen setzen Verunreinigungen durch Öl und Kraftstoffe den Meeren zu. Mit Elektrofrachtschiffen würde die Schadstoffemission auf hoher See sinken. Die dicken Pötte könnten nicht nur emissionsfrei, sondern mithilfe von künstlicher Intelligenz auch autonom fahren. Dann würden sie selbstständig navigieren und Hindernisse nach den geltenden Richtlinien des internationalen Seeverkehrs umgehen.
Die Entwicklung elektronisch betriebener Frachtschiffe wird bereits in einigen Ländern mithilfe staatlicher Förderinstrumente vorangetrieben. Problematisch sind derzeit allerdings noch die sehr begrenzte Reichweite sowie der hohe Preis für die Batterien.
Beim autonomen Fahren erschwert darüber hinaus die mangelnde Datenlage das Training der künstlichen Intelligenz. Große Herausforderungen bringen auch die IT-Sicherheit und das fehlende Schiffspersonal bei Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten sowie bei Notfällen mit sich.
Luciana Hutapea
Foto: panthermedia.net/vichie81
![Animation des Fuel Cell Busses von Toyota]()
Nicht kleckern, klotzen:Ja, richtig: „Kleinvieh macht auch Mist“, heißt es im Volksmund. Und viele batteriebetriebene Pkw werden ihren Effekt genauso haben wie viele Solarstromanlagen auf Hausdächern mit einem Powerpack dahinter. Aber große Mengen an Strom oder Wärme längerfristig zu speichern und auch massenweise anfallende Mengen schnell zu speichern – dazu braucht es andere Verfahren. Das alles soll ökonomisch Sinn machen. Daran knabbert und forscht die Wissenschaft weltweit.
Beispiel: Offshore-Windparks. Die mit dicken Höchstspannungsgleichstrompipes ans Festland angebundenen Kraftwerke liefern eine Menge Strom. Die ließen sich über Power-to-X-Technologien in Großanlagen an den Anlandungsstationen direkt umwandeln und speichern.
Schlüssel dazu ist die nachfolgende Chemiekette rund um den aus der Elektrolyse entstehenden Wasserstoff. Der lässt sich einerseits direkt als Beimischung zum Erdgas ins Gasnetz einspeichern, andererseits ist die Wasserstoffmobilität eine seit langem erforschte Variante. In Deutschland führt sie eher ein Schattendasein, Japan setzt bei seiner Energiewende darauf (s. Foto). Peter Kellerhoff/Stephan W. Eder
Foto: Toyota Deutschland GmbH
![Von einem Smartphone geht ein Netzwerk illustrierter Bilder ab]()
Chatbots unter sich: Mitte des Jahres veröffentlichte Google zwei Telefo‧nate, die eine KI jeweils mit einem Friseursalon sowie einem Restaurant geführt hat. Es ging um eine Terminvergabe und um eine Tischreservierung. Bei Letzterer war die KI sogar imstande, unerwartete Wendungen des Gesprächs „abzufangen“. Unabhängig davon, ob es ethisch vertretbar ist, Menschen mit einem Computer sprechen zu lassen, ohne sie vorab über diesen Umstand zu informieren, weckte das Youtube-Video der Präsentation der Telefonate bei einigen der bisher 2,6 Mio. Betrachter Zweifel, da keine Live-Gespräche gezeigt wurden. Sicher ist dennoch: KI wird die Kundenkommunikation nachhaltig verändern. Zu diesem Ergebnis kommt die Studie „Kundendialog 2025“ des Leipziger Thinktanks 2b Ahead gemeinsam mit IBM und dem Kommunikationsspezialisten Genesys. Deren Fazit: Der Chatbot des Kunden und der des Unternehmens werden miteinander kommunizieren, um auf Basis von KI die Fragen des Kunden zu beantworten bzw. mit ihm proaktiv in Kontakt zu treten. Der Bot werde so zum persönlichen Berater des Kunden.
Jens D. Billerbeck
Foto: panthermedia.net/nils.ackermann.gmail.com
![Hybridgetriebe von Schaeffler]()
Zahnräder der Zukunft:Zugegeben, ganz neu sind sie nicht – aber sie werden im Zuge der Elektrifizierung noch deutlich an Bedeutung gewinnen: Hybridgetriebe. Denn die Autobranche geht davon aus, dass Elektroantrieb zusammen mit dem Verbrennungsmotor noch für viele Jahre die vorherrschende Technologie sein wird. Statt also den Elektromotor vor oder hinter dem Getriebe zu verbauen, macht es Sinn, den elektrischen Antrieb mit dem Getriebe nahezu bauraumneutral zu einer Funktionseinheit zu verschmelzen. Das im Automatikgetriebe integrierte Hybridmodul steuert von dort Leistung und Drehmoment bei und ist im günstigsten Fall so gut in die Getriebestruktur integriert, dass mehrere Übersetzungsstufen verfügbar sind. So verbaut zum Beispiel Hersteller Schaeffler zusätzlich eine Art Vervielfältigungsgetriebe, damit der Verbrennungsmotor das Getriebe des elektrischen Pfads mitverwenden kann. Dadurch sind weniger Radebenen als vorher z. B. für ein Sechsganggetriebe erforderlich. Wie wichtig diese Technologie ist, verdeutlicht auch eine Ankündigung des ZF-Konzerns: Mehr als 3 Milliarden Euro will der Friedrichshafener Automobilzulieferer in neue Produkte sowie Produktionsanlagen für die Getriebetechnologie investieren. Peter Kellerhoff
![Netzwerk]()
Industrie kommuniziert in zeitsensitivem Netz:Kommerzielle Kommunikationstechnologien zu nutzen, das hat Charme für die Industrie. Statt eigene Standards zu entwickeln, kann auf etablierte und massenmarkttaugliche Lösungen gesetzt werden. Das spart Kosten und erleichtert die Systemintegration. Entscheidend ist allerdings, dass zeit- und sicherheitskritische Steuerungsbefehle (beispielsweise in Roboteranwendungen) und Datenübertragungen mit geringerer Priorität sich in den Netzen nicht gegenseitig stören. Als Lösung für die Industrie kristallisiert sich dafür zunehmend der TSN-Standard heraus. Das Kürzel steht für Time-Sensitive Networking, das durch mehrere Standards des Berufsverbands Institute of Electrical and Electronics Engineers unter IEEE 802.1 beschrieben wird. Vertreter der industriellen Automatisierungstechnik sehen darin die Chance, einheitliche Lösungen für das industrielle Internet der Dinge aufzubauen. Internationale Automatisierungsanbieter und Organisationen wie die OPC-Foundation, die Profibus Nutzerorganisation sowie die CC-Link Partner Association wollen TSN künftig unterstützen. Martin Ciupek
Technologiesprünge – vor allem die digital initiierten im Bereich autonomer Systeme und künstlicher Intelligenz (KI) – stellen die Welt, in der wir leben und arbeiten, auf den Kopf. Realistische Zukunftsszenarien zeichnen für die allermeisten Branchen und Tätigkeitsprofile umfassende Veränderungen auf. So bietet der digitale Wandel Unternehmen, Beschäftigten und auch dem Menschen als Privatperson vielfältige Perspektiven und Möglichkeiten.
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