Trendbarometer Technik

CARL HANSER VERLAG Hans Jörg Bullinger Trendbarometer Technik 3-446-22570-6 www.hanser.de 3 INHALT 6/7 Geleitwort zum Jahr der Technik 9-11 Wegweiser ins technologische Neuland 12/13 Wie erkennt man Trends? Informations- und Kommunikationstechnik 14-17 Informations- und Kommunikationstechnik als Treiber des technologischen Fortschritts 18/19 Ambient Intelligence 20/21 Augmented Reality 22/23 Autarke Mikrosysteme – Electronic grain 24/25 D-Cinema – Das Digitale Kino als Erlebniswelt im 21. Jahrhundert 26/27 Der Fußball der Zukunft 28/29 Der mobile, private Identitätsträger 30/31 Der Schlüssel zur sicheren Kommunikation 32/33 Die virtuelle Maus zur Handy-Bedienung 34/35 Flachdisplays auf der Basis organischer Leuchtdioden 36/37 Bildschirme zum Aufrollen 38/39 Integriertes Management von E-Prozessen: ARIS Process Platform 40/41 Intelligente Textilien 42/43 Interaktion für mobile Geräte 44/45 Klangfeldsynthese – Revolution in der Audiowiedergabe 46/47 Konvergenz der Medien 48/49 Living Characters: Digitale Wesen helfen dem Nutzer 50/51 Mikroscannerspiegel lenken das Licht 52/53 Mit der Kraft der Gedanken 54/55 Neue Methoden für den analogen Schaltungsentwurf 56/57 Plug & Run 58/59 Polytronik 60/61 Quality of service in Intranet und Internet 62/63 Semantisches Web 64/65 Smart Networks 66/67 Software-Agenten – unsichtbare Helfer in der Welt der vernetzten Computer 68/69 Wissensmanagement 4 Mobilität und Transport 70-73 Utopien erweitern den Horizont für die Mobilität 74/75 Ohne Unfall über die Kreuzung 76/77 Fußgänger erkannt, Gefahr gebannt 78/79 Die Zeichen der Straße erkannt 80/81 Fahrzeuge mit Schutzreflexen 82/83 Night vision – mit Laser sicher in die Nacht 84/85 Rundumblick mit SARA 86/87 Telematischer Horizont für vorausschauendes Fahren 88/89 Flash’n Drive – Flaschen in Produktion und Service 90/91 Mitdenkender Antriebsstrang spart Sprit 92/93 Meilenstein der Fahrdynamik – F400 Carving 94/95 Systemdiagnose in Fahrzeugen von morgen 96/97 Virtuell planen und entwickeln in der Automobilindustrie 98/99 Schutzengel für LKW rettet Leben 100/101 Wenn’s rattert spurt der LKW 102/103 Hybridfahrzeuge: Energie der Straße nutzen 104/105 Brennstoffzellen nehmen Fahrt auf 106/107 Wege aus dem Stau 108/109 Auf die Dauer hilft nur Tower 110/111 Nachwachsender Treibstoff Neue Materialien 112-115 Materialien – Basis für die erfolgreiche Entwicklung unserer Gesellschaft in der Zukunft 116/117 Selbstreinigende Oberflächen nach Blumenart 118/119 Beschichtet in Form 120/121 Das Prinzip der Muschelschalen schlägt Amalgam 122/123 Nanopartikel töten Tumore 124/125 In der Ehe von Silizium und Germanium billiger telefonieren 126/127 Mehr Sicherheit für Lithium-Ionen-Batterien 128/129 Druck erzeugt Widerstand: Neue magnetoelektronische mechanische Sensoren 130/131 Halbleiter Gassensoren für die Erkennung von Brandlasten I N HALT 5 132/133 Ruthenium für die Datenspeicherung 134/135 Magnettechnik: Mehr Speicher auf der Festplatte 136/137 Mehr Speed im Datenknoten 138/139 5000 km Glasfaser in einem Zug 140/141 „Intelligente“ Werkstoffe 142/143 Technische Systeme mit „Nerven und Muskeln“ 144/145 Künstlicher Muskel 146/147 Metall wird zum Luftikus 148/149 Gib Sauerstoff bei Leichtmetallen keine Chance 150/151 Mit Diamanten Wasser reinigen 152/153 Weniger Verschleiß mit diamantähnlichen Schichten 154/155 Hygiene und Schutz vor Biofouling mit neuartigen Polymeren 156/157 Beton leichter und schneller verarbeiten Virtuelles Unternehmen, Produktion, Dienstleistungen 158-161 Die Arbeitswelt im Zeichen von Vernetzung und Digitalisierung 162/163 Geschäftsprozesse automatisch integrieren 164/165 Wissensnetze für die elektronische Beschaffung 166/167 Der Wissensnavigator – Werkzeug zum Vernetzen, Bewerten und Steuern der Wissensentwicklung 168/169 Scoping – entscheidend für das Design von Softwareproduktlinien 170/171 Software-Agenten in der digitalen Fabrik 172/173 Roboter als Helfer des Menschen 174/175 Das maßgeschneiderte Implantat 176/177 3-D-Drucker 178/179 Prototypwerkzeuge mit seriennahen Eigenschaften 180/181 Büsten aus Marmorstaub/Marmorstaub verarbeitet zu Repliken und Massenware 182/183 Kugelstrahlen von Keramik 184/185 Kleben und Lösen – Just in time 186/187 MOBILE – Mobil mit digitalen Diensten 188/189 Gemischte Realität zum Anfassen 190/191 FlexHaus-Symbiose von Wohnen und Arbeiten 192/193 Zeitreisen für jedermann 6 Energie und Umwelttechnik 194-197 Energie- und Umwelttechnik – Die globale Herausforderung im 21. Jahrhundert 198/199 Offshore Windkraftanlagen mit 7000 PS 200/201 Solarstromgewinnung mit Konzentratortechnologie 202/203 Biomasse – Schluss mit dem Dornröschenschlaf 204/205 Klärschlamm umweltschonend entsorgen 206/207 „Grüne“ Lacke in allen Farben 208/209 Konjunktur für Kokosfasern 210/211 Hot Module – sauberes Kraftwerk 212/213 Die Membran-Elektroden-Einheit: Herzstück der PEM-Brennstoffzelle 214/215 Mikro-Brennstoffzellen 216/217 Autarke Stromversorgung mit Mikro-Brennstoffzellen 218/219 Die Sonne muss manchmal draussen bleiben 220/221 Mit der Sonne kühlen 222/223 Schlanke Gebäude – ein Beitrag zur Senkung unserer CO2-Emissionen 224/225 Folien halten Häuser warm – das Wärmedämmsystem der Zukunft 226/227 Weniger Abgase durch schnelle Meßtechnik 228/229 Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe – Die Natur als Fabrik für Chemierohstoffe und Werkstoffe Lebenswissenschaften und Gesundheit 230-233 Trends in den Biowissenschaften 234/235 Verbesserte Arzneitherapie 236/237 Zellmanipulation mit Biochips 238/239 Kryobiotechnologie: Lebende Zellen on demand 240/241 Die Zersetzung von Gelenken stoppen 242/243 Pflanzen produzieren Medikamente 244/245 Mit In-Vitro-Monitoring Giftstoffen auf der Spur 246/247 Intelligenter Katheter (INKA) zur Medikamentendosierung 248/249 3-D-Simulator erleichtert Krebstherapie 250/251 Mit der Nadel ungestört durchs Schlüsselloch operieren 252/253 Kleine Zebras schwimmen im Dienste des Gewässerschutzes 255-268 Autorenverzeichnis 269-276 Stichwortverzeichnis I N HALT

CARL HANSER VERLAG Hans Jörg Bullinger Trendbarometer Technik 3-446-22570-6 www.hanser.de 9 WEGWEISER INS TECHNOLOGISCHE NEULAND Hans-Jörg Bullinger Fraunhofer-Gesellschaft E inst galt Deutschland als Land der Tüftler und Erfinder: Deutschland war das For- schungslabor und die Werkbank der Welt. Made in Germany war ein Markenzeichen für hohe Qualität und technische Spitzenleistung. Heute setzen andere Länder die Maßstä- be und wir haben Mühe, ihnen zu folgen. Seit Anfang der 90er-Jahre ist Deutschland gleich an mehreren Fronten zurückgefallen – vor allem bei den Bildungs- und Forschungsausgaben. Die deutsche Wirtschaft hat an Innovationskraft verloren. Wir zehren seit vielen Jahren von der Substanz und investieren zu wenig in die Zukunft. Das ist, als würde ein Bauer sein Saatgut verspeisen. Wenn wir auch morgen noch wettbewerbsfähig sein wollen, müssen wir den Spei- cher an zukunftsfähigen Ideen rasch wieder auffüllen und sie auch Wirklichkeit werden lassen. Die Unternehmen müssen in immer kürzeren Zyklen neue, intelligente Produkte und Dienst- leistungen auf den Markt bringen und innerhalb weniger Jahre ihr komplettes Produktspek- trum erneuern. Langfristig erfolgreich sind diejenigen, die dabei schneller sind als andere. Wer zu lange in Geschäften bleibt, die kaum noch wachsen, gerät in eine Sackgasse. Wenn wir untersuchen, was erfolgreiche Unternehmen verbindet, so erkennen wir eine langfristige Zukunftsperspektive durch Innovationsstrategie und die erfolgreiche Nutzung neuer Techno- logien. Vorsprung durch Technik erreicht man nicht durch Hinterherrennen, sondern durch Eröffnen von neuen Wegen. Wenn wir in Deutschland einen deutlich höheren Lebensstan- dard haben wollen als Länder wie Ungarn, Korea oder Brasilien, dann müssen wir auch etwas herstellen oder etwas leisten, was diese Länder nicht können. Wir haben aber in vielen Gebie- ten die Technologieführerschaft verloren. Es gibt nur noch wenige Lichtblicke wie den Auto- mobil- und den Maschinenbau, die Lead Markets sind. Deshalb brauchen wir eine breite Inno- vationsoffensive in Deutschland. Innovationen können die Wirtschaft wieder antreiben. Sie allein können auch künftig für Wohlstand und Beschäftigung am Standort Deutschland sor- gen. Doch Innovationsprozesse sind langwierig und mit hohem Risiko verbunden. Wenn man nur wüßte, welche Erfindung sich durchsetzen und welche das Archiv der Patentämter nie verlas- sen wird! Doch auch mit der besten Methodik lässt sich nicht sicher vorhersagen, wie die Zukunft aussehen wird. Andererseits fällt die Zukunft nicht vom Himmel, sie wird von uns allen mitgestaltet. Schon jetzt können wir Konturen künftiger Entwicklungen erkennen und langfristige Trends herausdestillieren. Seit der amerikanische Zukunftsforscher John Naisbitt Anfang der 80er Jahre den Begriff Megatrends geprägt und populär gemacht hat, ist ein infla- 10 tionärer Gebrauch des Wortes Trend zur Mode geworden: Medien und Marketing machen alles und jedes zum Trend. Dennoch sind langfristige Veränderungsprozesse mit universellem Charakter, die allle Lebensbereiche durchdringen, erkennbar. Das Faszinierende an Trends ist, dass sie auf geradezu unheimliche Weise ansteckend wirken und einen synchronen Schub von Kreativität auslösen. Stabile Trends lassen sich durch Expertenbefragungen, Patentanmel- dungen, Publikationsuntersuchungen und Marktentwicklungen von kurzfristigen Schwankun- gen unterscheiden. Weil sich damit aber letztlich nur die „Welt von heute“ in die Zukunft fort- schreiben lässt, wird zur Ergänzung in umfassenden Szenarien die „Welt von morgen“ entworfen, um durch Blicke auf mögliche Zukünfte rückzuschließen, welche Anforderungen sich daraus für heute ableiten lassen. Vorboten der künftigen Entwicklungen finden wir schon jetzt in den Forschungslaboren von Wissenschaft und Wirtschaft. Zigtausend Patente werden in jedem Jahr im Deutschland ange- meldet. Kaum mehr als hundert Ideen können wir in diesem Buch vorstellen. Damit das Sam- meln von aussichtsreichen Ideen und der anschließende Auswahlprozess beherrschbar blei- ben, haben wir für die Themengebiete namhafte Experten gesucht, die uns bei diesen Aufgaben unterstützen. Der Dank für die Mitarbeit, mehr als ürsprünglich gedacht, gilt: Dr. Frank Heinricht von der Heraeus AG, für das Gebiet „Neue Materialien“, Prof. Claus Weyrich und Ernst Schmitter von der Siemens AG für das Gebiet „Informations- und Kommunkations- technik“, Dr. Hartmut Weber und Wolfgang Scheunemann von DaimlerChrysler für das Gebiet „Mobilität und Transport“, Prof. Uwe Heinrich und Dr. Claus Kroggel vom Fraunhofer- Verbund Life Sciences für das Gebiet „Lebenswissenschaften“ sowie Dr. Ulrich Schmoch und Dr. Harald Bradke vom Fraunhofer-Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung. Doch ohne die Initiative von Dr. Hermann Riedel, Verlagsleiter des Hanser-Verlages, und das beharr- liche Umsetzen des Konzepts durch Franz Miller, den Leiter der Fraunhofer-Presseabteilung, wäre das Buch nicht entstanden. Ziel dieses Buches ist nicht, eine verlässliche Prognose der künftigen technischen Entwick- lung zu geben. Ziel ist auch nicht, eine umfassende und systematische Beschreibung der Schlüsseltechnologien zu liefern. Absicht ist vielmehr, über die jeweiligen Fachkreise hi- πnauszudringen und ein breites Publikum anzuregen, sich mit der Technik für die Welt von Morgen zu befassen. Dabei geht es nicht nur um neue Technologien und neue Produkte, sondern auch um neue Geschäftsmöglichkeiten. Das Buch möchte zu einer Belebung der Innovationskultur beitragen und auf anschauliche Weise zeigen, wo Chancen und Möglich- keiten liegen. „Trendbarometer Technik“ zeigt, welch kreatives Protenzial in Deutschland vorhanden ist. Wettbewerbsfähigkeit und Innovationskraft eines Landes hängen entscheidend von hoch qua- lifizierten und motivierten Arbeitskräften ab. Kreative Köpfe sind der einzige Rohstoff, über den Deutschland verfügt. Und nun droht auch diese wichtigste Ressource der künftigen Wis- sensgesellschaft knapp zu werden, weil immer weniger junge Menschen technisch- und W E GWE I S E R I N S TE C H N O LO G I SC H E N E U L AN D 11 naturwissenschaftliche Berufe wählen. Wir müssen das vorhandene Potenzial an jungen Men- schen besser ausschöpfen und ihnen hier die Entfaltungsmöglichkeiten geben, die internatio- nalem Spitzenniveau entsprechen. Die über hundert Beispiele aussichtsreicher Innovationen, die wir für dieses Buch ausgewählt haben, werfen Schlaglichter auf die Zukunft, schmale und breite, scharfe und verschwomme- ne, kurze und weitreichende. Die meisten Projekte haben eine ausgeprägte Bodenhaftung und werden schon in den nächsten Jahren unseren Alltag bereichern. Visionäre Aspekte ver- längern die Perspektive. Nicht alle Ideen werden genauso umgesetzt werden, wie es die Auto- ren heute abschätzen. Denn die Durchsetzung am Markt hängt sehr stark von anderen als den technischen Faktoren ab. Neue Ideen brauchen ein innovationsfreundliches Umfeld, damit sie ihre Wirkung entfalten können. Die in diesem Buch beschriebenen Projekte stehen beispielhaft für aktuell „heiße“ For- schungsbereiche, in denen viele ähnliche und konkurrierende Lösungen entwickelt werden. Welche sich davon durchsetzen werden, ist offen. Entscheidend ist, dass der Trend stimmt. Deshalb, liebe Leserinnen und Leser, sollten Sie den Trendbarometer nicht als exakten Grad- messer verstehen, sondern als allgemeinen Richtungsanzeiger, wie ein Barometer, das uns frühzeitig Hinweise liefert, wie sich das Wetter entwickelt. Bei allen Vorhersagen aber bleiben Unsicherheiten. Deshalb gilt auch beim „Trendbarometer Technik“ – „ohne Gewähr“. „Irrtümer haben ihren Wert, jedoch nur hier und da. Nicht jeder, der nach Indien fährt, entdeckt Amerika.“ Erich Kästner