Innovation
Fraunhofer-Analyse zeigt Technologietrends auf
Auf Basis einer Auswertung von 60 Millionen wissenschaftlichen Publikationen hat das Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT zusammengestellt, welche Technologien den Wettbewerb in verschiedenen Branchen grundlegend verändern könnten. Dabei geholfen hat ein Assistenzsystem zur Früherkennung von Technologietrends.
Im Schnitt erscheinen etwa 45.000 Publikationen – pro Woche! Davon kann natürlich nur ein winziger Bruchteil von den Mitarbeitern gelesen und analysiert werden. Unter dem Projektnamen „Knowledge Analytics for Technology & Innovation“ – abgekürzt KATI (verlinken mit https://www.int.fraunhofer.de/de/geschaeftsfelder/kati-lab/kati-produkte.html – wurde daher ein System entwickelt, welches die Wissenschaftler für ihre täglichen Recherchen nutzen können, um damit die Flut an wissenschaftlichen Publikationen, Patente und andere Quellen zu überblicken.
Die Aufstellung der identifizierten Technologie, steht auf der Internetseite des Fraunhofer-Instituts für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT unter https://www.int.fraunhofer.de/de/geschaeftsfelder/corporate-technology-foresight/trend-news.html.
Ob Biotechnologie, Umwelttechnologie, Energietechnologien, Robotik oder Digitalisierung – eine Beispiele hat die IHK hier zusammengestellt:
Gedruckte Tabletten: Insbesondere die additive Fertigung, wie der 3D-Druck, ermöglicht die Herstellung individuell dosierter Medikamente direkt in Apotheken. Dies bietet die Möglichkeit, Arzneimittel optimal auf die spezifischen Bedürfnisse der Patienten abzustimmen, was die Behandlungsergebnisse verbessert und Medikationsfehler reduziert.
Genome Editing beschäftigt sich mit der gezielten Veränderung von Erbinformationen. Dieses Verfahren ist gerade dabei, die Forschung zu revolutionieren, vor allem in der Medizin und in der Pflanzen- oder Tierzucht.
In Deutschland ist die Warteliste für Spenderorgane lang – Bioprinting kann künftig eine Lösung sein.
KI-geleitetes Wirkstoffdesign: Durch die Einsetzung der Deep-Learning-Methoden führt Künstliche Intelligenz zu bahnbrechenden Fortschritten in der Medikamentenentwicklung und der Behandlung schwerwiegender Krankheiten.
Nanotherapeutika: Mit dem Einsatz von Nanomaterialien werden neue Behandlungsmöglichkeiten für Infektionskrankheiten und multiresistente Erreger entwickelt. Diese innovativen Therapien könnten die nächste Generation von Hochleistungs-Antibiotika sein und bieten vielseitige Anwendungen.
Biowasserstoff ist Wasserstoff, der mit Hilfe lebender Mikroorganismen wie Bakterien oder Algen insbesondere aus Biomasse erzeugt wird und kein Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird.
Thermoradiative Cells sind Halbleitersysteme, mit denen sich Wärme in elektrischen Strom umwandeln lässt. Sie können als umgekehrt funktionierende Solarzellen betrachtet werden, weil sie bei nahezu identischem Aufbau Strom durch die Abgabe statt durch die Aufnahme von elektromagnetischer Strahlung erzeugen – konkret durch die Emission von Wärmestrahlung.
Nanokohlenstoff-Tinten: Was haben 30.000 Jahre alte Höhlenmalereien der ersten Menschen und heutige gedruckte Elektronik gemeinsam? Die Antwort lautet, zumindest wenn man spezielle gedruckte Elektronik betrachtet, Pigmente auf Basis von Kohlenstoff.
Additiv gefertigte Batterien: Die industrielle additive Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, hat sich in den letzten zehn Jahren in vielen Bereichen etabliert. Ein Grund dafür ist, dass die heutigen Additive Fertigungstechnologien die Herstellung besonders komplexer Geometrien ermöglichen.
Die Model Predictive Control wird aktuell insbesondere für die Bereiche Energie und Mobilität in der Forschung vorangetrieben. Hierbei sind unter anderem aktuelle Bestrebungen zur Dekarbonisierung ein wichtiger Faktor, die beispielsweise die Elektrifizierung und damit die Nachfrage nach hocheffizienten elektrischen Komponenten weiter antreibt.
Unter Spezialhardware für künstliche Intelligenz (KI) wird Computerhardware verstanden, die speziell für die Nutzung von KI-Anwendungen entworfen wurde. Wichtige aktuelle Ansätze für Deep Learning, neuromorphe Hardware und in gewisser Weise auch Quantencomputer.
Kleinsatellitentechnologien: Eine Entwicklungsrichtung in der Raumfahrt zielt dabei auf die immer stärkere Einführung von ultrakleinen Satelliten im Miniaturmaßstab und von leichten (unter 500 kg) und damit verhältnismäßig kostengünstigen „Kleinsatelliten“ ab.
Hybridluftschiffe – innovative Perspektive für den Cargo Transport? Die Fortschritte der letzten Jahrzehnte, wie beispielsweise in der Triebwerksentwicklung für Luftfahrzeuge oder bei Materialien, werden genutzt und miteinander kombiniert.
Mikrooptiken sind miniaturisierte (Glas-)Optiken in Millimeter-Größe und somit ein wesentlicher Bestandteil vieler Produkte – wann immer Licht geformt, fokussiert, kollimiert oder ausgerichtet werden muss.
Soft Robots: Roboter, welche teilweise oder vollständig aus flexiblem Material bestehen, sollen die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine revolutionieren.
Biobots bezeichtnet man im Allgemeinen als Roboter unterschiedlichster Größenordnung, die zu einem gewissen Teil biologischer Natur sind und damit die vorteilhaften Eigenschaften mechanischer Komponenten mit den Vorzügen biologischer Systeme kombinieren und dadurch ganz neue Anwendungsmöglichkeiten erschließen.
Unter einem Quantenradar versteht man das Konzept eines radarähnlichen Detektionssystems im Mikrowellenbereich, bei welchem sender- und empfängerseitige Eigenschaften der Quantenphysik eingesetzt werden, um die grundsätzlichen Leistungsgrenzen von herkömmlichen Radarsystemen zu überwinden.
Biobrennstoffzellen können die chemische Energie eines vor Ort ohnehin vorhandenen natürlichen Substrats in direkt nutzbare elektrische Energie umwandeln und sind nicht auf die Zufuhr externer „Brennstoffe“ angewiesen.
Die kalorische Kühlung gehört zu den festkörperbasierten Kühlverfahren und wird durch kalorische Materialeffekte erzeugt, die abhängig vom äußeren Einfluss entsprechend in die magneto-, elektro- und elastokalorische Kühlung unterteilt werden.
Indoor-Photovoltaik: Was mit Lagerfeuern und Kerzen begann, wurde mit Glühbirnen und LEDs bis in die heutige Zeit fortgeführt – die Beleuchtung von Innenräumen. Mit den heutigen Leuchtmitteln werden Innenräume häufig in der Gänze ausgeleuchtet und sind teilweise sogar 24 Stunden am Tag mit Licht versorgt.
In den letzten Jahren ist das Angebot an unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs, Unmanned Aerial Vehicles) stark angestiegen, das Anwendungsgebiet für solche Systeme ist breit.
Bioinspirierte Sensoren: Neben der Nachahmung von spezifischen Oberflächen oder Mechanismen (bioinspirierter Oberflächen), sind auch hervorragend ausgeprägte sensorische Fähigkeiten von Tieren oft ein Vorbild für technische Nachbildungen.
Transiente Elektronik könnte Abhilfe dabei schaffen, die enorme Zunahme an elektronischen Geräten und damit eine starke Zunahme an Elektronikabfall zu vermeiden, da sich transiente elektronische Schaltkreise und Komponenten am Ende ihrer geplanten Nutzungszeit zersetzen bzw. auflösen oder gezielt im Körper oder in der Umwelt abgebaut werden.
Der Akku ist leer und keine Steckdose ist in Sichtweite. Dabei ließe sich die benötigte Energie zukünftig beim Laufen oder Treppensteigen erzeugen. Das technologische Prinzip heißt Energy Harvesting und meint in diesem Zusammenhang die Nutzbarmachung von Bewegungsenergie durch Umwandlung in elektrische Energie. Mit einem verbreiteten kommerziellen Einsatz textile Nanogeneratoren, die sich in Bekleidung integrieren lassen, ist erst mittel- bis langfristig zu rechnen.
Künstliche Muskeln sind technische Bauelemente, die maschinelle Steuersignale in mechanische Bewegungen umsetzen und dabei die Eigenschaften von natürlichen Muskeln imitieren.
Das Thema Augmented Sensing beschäftigt sich mit einer Wiederherstellung verloren gegangener Sinne, einer Verbesserung dieser, oder auch um eine Erweiterung des menschlichen Sinnesrepertoires.
Brain-Computer-Interfaces ermöglichen eine direkte Informationsübertragung zwischen einem organischen Gehirn und einem technischen Schaltkreis. Durch das Auslesen von Gedanken bzw. mentalen Befehlen können sie als neurotechnologische Eingabesysteme eine sprach- und bewegungsunabhängige Maschinensteuerung vermitteln.
Living Materials stellen einen neuen Ansatz in der Materialsynthese dar, in dem lebende Zellen als aktive Komponenten verwendet werden, um nicht lebender Materie lebensähnliche Fähigkeiten zu verleihen, zum Beispiel die Fähigkeit sich zu vermehren, zur Selbstheilung oder zur Anpassung an Umweltreize.
Adversarial Machine Learning beschäftigt sich mit dem Auffinden von potenziellen Sicherheitslücken in Verfahren des maschinellen Lernens und mit der Entwicklung von geeigneten Gegenmaßnahmen diesbezüglich.
2D-Magnete: Während bei Teilchenbeschleunigern riesige Magnete benötigt werden und bei einem Kompass ein eher handlicher, ist die moderne Elektronik auf kleinste Magnete angewiesen. Ein klassisches Beispiel hierfür sind die typischen magnetischen Festplattenspeicher in Computern.
In Deutschland werden für 2019 die Kosten, die allein durch Korrosion (Reaktion von Werkstoffen mit ihrer Umgebung) verursacht wurden, auf über 100 Milliarden Euro geschätzt. Daher sucht man Möglichkeiten, solchen und ähnlich gelagerten Problemen zu begegnen ‒ unter anderem mit funktionalen Polymerbeschichtungen.
Gradientenwerkstoffe weisen eine Variation an unterschiedlichen Materialeigenschaften auf. Dadurch erfüllen sie Materialanforderungen, die ein Werkstoff alleine ansonsten nicht abdecken kann.
Metalinsen sind neuartige optische Bauteile, die Licht nicht wie herkömmliche Linsen fokussieren, sondern auf nanostrukturierten Oberflächen beruhen. Dadurch können sie bis zu 1000-mal flacher ausfallen und zukünftig bisher unerreicht kompakte, leichte und kostengünstige optische Systeme ermöglichen.
Ionische Flüssigkeiten und Flüssigsalzen eröffnen neue effiziente Möglichkeiten zur Speicherung und zum Transport von Energie. Aber auch in anderen Bereichen zeigen sie großes Potential.
Vom klassischen Duschschwamm über die Funktionsmembran der Wanderjacke bis hin zu Ionentauschern in Waschmitteln – poröse Materialien begegnen uns im Alltag praktisch überall. Eine neue Klasse poröser kristalliner Materialien sind die mit metallorganischen Gerüstverbindungen (Metal-Organic Frameworks = MOF) verwandten kovalenten organischen Gerüstverbindungen (COF)
Superamphiphobe Oberflächen sind sowohl wasser- als auch ölabweisend. Sie bilden die Grundlage für selbstreinigende Oberflächen und viele weitere Anwendungsfelder.
Kontakt:
Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT
Dr. Anna Schulte
Appelsgarten 2
53879 Euskirchen
Telefon 02251 18-379
Fax 02251 18-38379
Stand: 06.06.2024