Foto: acatech/I. Magrilov

Technologien

Technologien, die unsere Welt verändern

Die digitale Vernetzung unserer Welt gehört zu den prägenden technologischen Entwicklungen dieser Zeit. Sie verbindet Menschen, Güter und Dienstleistungen und verändert die Art und Weise, wie wir leben, arbeiten und kommunizieren. Eine neue Stufe erreicht die Digitalisierung mit dem Einzug Künstlicher Intelligenz und Lernender Systeme, die sich in hoher Innovationsdynamik entwickeln. In zahlreichen Projekten nimmt acatech Technologien unter die Lupe, die Wirtschaft und Gesellschaft verändern.

Autonome Systeme: Flexible Helfer

Vernetzte, intelligente Systeme halten Einzug in alle Lebensbereiche: Selbstlernende Roboter können beispielsweise Ärzte und Pfleger im Gesundheitsbereich unterstützen. Expertensysteme, die auf Künstlicher Intelligenz basieren, verhelfen zu einer verlässlicheren Diagnostik. Intelligente, selbstfahrende Autos machen den Verkehr sicherer und fließender. Smarte Gebäude bieten mit Hilfe autonomer Systeme mehr Sicherheit, Komfort und Entlastung für das Zuhause. Außerdem benötigen sie damit weniger Energie. Selbst in lebensfeindliche Umgebungen werden autonome Systeme vordringen. Sie übernehmen in der Tiefsee oder beim Rückbau von Kraftwerken Aufgaben für den Menschen. Wie autonome Systeme die Wirtschaft und Gesellschaft verändern, untersuchte das von acatech Präsident Henning Kagermann geleitete Fachforum Autonome Systeme. Im März 2017 übergaben Mitglieder des Fachforums ihren Abschlussbericht auf der CEBIT an Bundeskanzlerin Angela Merkel, Bundesforschungsministerin Johanna Wanka und den japanischen Ministerpräsidenten Shinzo Abe. Der Bericht beschreibt die Anwendungsfelder Lernender Systeme. Er fasst die technologischen Grundlagen, gesellschaftlichen Herausforderungen sowie rechtlichen und ethischen Rahmenbedingungen zusammen, formuliert Handlungsempfehlungen und schlägt Förderinstrumente vor. Das Ziel: Deutschland sollte autonome Systeme als Leitanbieter im Sinne der Menschen gestalten.  

Das Fachforum Autonome Systeme gehörte zu den Arbeitsgruppen im Hightech-Forum der Bundesregierung. Dort wirkten neben Henning Kagermann auch die acatech Präsidiumsmitglieder Ursula Gather und Christoph M. Schmidt mit.

BU: acatech Präsident Henning Kagermann und Reimund Neugebauer, Vorsitzender des Hightech-Forums, bei der Übergabe des Berichts des Fachforums Autonome Systeme an Bundeskanzlerin Angela Merkel, den japanischen Ministerpräsidenten Shinzo Abe und Bundesf

acatech Präsident Henning Kagermann und Reimund Neugebauer, Vorsitzender des Hightech-Forums, bei der Übergabe des Berichts des Fachforums Autonome Systeme an Bundeskanzlerin Angela Merkel, den japanischen Ministerpräsidenten Shinzo Abe und Bundesforschungsministerin Johanna Wanka am 20. März 2017 auf der CeBIT in Hannover.


Neue Plattformen: Lernende Systeme und Künstliche Intelligenz

Aufbauend auf die Arbeit des Fachforums Autonome Systeme hat die Bundesregierung ein neues Zukunftsthema definiert: Lernende Systeme und Künstliche Intelligenz. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) nahm im September 2017 eine acatech Empfehlung auf und gründete das Zukunftsprojekt „Lernende Systeme – Die Plattform für Künstliche Intelligenz“.

Die Plattform Lernende Systeme bündelt die Expertise zu Künstlicher Intelligenz in Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft. Die Plattform versteht sich als Ort des Austauschs und der Kooperation. Rund 150 Expertinnen und Experten aus Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft erarbeiten in sieben Arbeitsgruppen Anwendungsszenarien für Lernende Systeme. Sie diskutieren über Geschäftsmodelle, Qualifizierungsbedarfe und die Interaktion zwischen Mensch und Maschine sowie rechtliche, ethische und sicherheitsbezogene Fragen. Johanna Wanka und acatech Präsident Dieter Spath leiten die Plattform, die von einer Geschäftsstelle bei acatech koordiniert wird. Ziel ist es Deutschland international als Technologieführer für Lernende Systeme zu positionieren.

BU: acatech Präsident Dieter Spath (Fünfter von rechts) leitet die Plattform Lernende Systeme zusammen mit Bundesministerin Johanna Wanka.

Künstliche Intelligenz (KI) ist im Alltag angekommen. Ob Sprachassistenzsysteme auf dem Smartphone oder Autopilotfunktionen in einem Fahrzeug, immer steckt KI dahinter. Künstliche Intelligenz markiert einen Paradigmenwechsel in der Programmierung: Statt alle Arbeitsschritte eines Programms manuell zu kodieren, werden Lernmethoden programmiert. In ihrem Massive Open Online Course (MOOC) „Maschinelles Lernen“ stellt acatech Orientierungswissen kostenfrei und jederzeit zugänglich zur Verfügung. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Vertreter aus Unternehmen, Entwickler und Anwender geben in insgesamt 38 Videos einen Überblick zu Methoden des maschinellen Lernens, Anwendungsfeldern und Werkzeugen. Konkrete Anwendungsbeispiele aus unterschiedlichsten Branchen wie der Automobilindustrie, der Gesundheitstechnologie oder der Finanzindustrie zeigen, welche Probleme bereits heute mit Hilfe des maschinellen Lernens gelöst werden können. Der Kurs startete pünktlich zur CEBIT 2017.

Industrie 4.0: Forschungstransfer und internationale Kooperation

Binnen weniger Jahre hat sich das Konzept „Industrie 4.0“ von einer Idee im Berliner Büro von acatech zu einem internationalen Markenzeichen entwickelt. An die Arbeit des Arbeitskreises Industrie 4.0 schloss die Gründung der Plattform Industrie 4.0 an, die von Verbänden initiiert wurde und sich mittlerweile zu einer gemeinsamen Initiative von Wirtschaft, Wissenschaft und Politik in Deutschland entwickelte. acatech koordiniert den wissenschaftlichen Beirat der Plattform Industrie 4.0. Im vergangenen Jahr wurde Henning Kagermann Global Representative and Advisor der Plattform. Er vertritt die Plattform bei internationalen Veranstaltungen und berät sie in ihrer internationalen Strategie.

20 Professorinnen und Professoren der Fachbereiche Produktion und Automatisierung, Informatik sowie Jura und Arbeitssoziologie bilden den Wissenschaftlichen Beirat. Sie beraten die Plattform Industrie 4.0 in engem Austausch mit der Begleitforschung in allen wissenschaftlichen und programmatischen Forschungsfragen.

Der wissenschaftliche Beirat der Plattform Industrie 4.0 untersuchte im vergangenen Jahr folgende Themen:
- Wandlungsfähige, menschzentrierte Strukturen in Netzwerken und Fabriken der Industrie 4.0
- Engineering of Smart Products and Smart Services
- Industrie 4.0 und das Recht

Darüber hinaus aktualisiert der Beirat gemeinsam mit den Arbeitsgruppen der Plattform Industrie 4.0 deren Forschungsagenda. Der Beirat arbeitet mit allen Arbeitsgruppen der Plattform eng zusammen und ist in sämtlichen Gremien der Plattform als ständiger Gast vertreten. 

Industrie 4.0 Maturity Index: richtungsweisend und anschaulich

Viele Unternehmen zögern mit dem Aufbruch in die Industrie 4.0, weil ihnen ein handfester Leitfaden fehlt. acatech stellte deshalb unter Leitung von Präsidiumsmitglied Günther Schuh im April 2017 auf der Hannover Messe den Industrie 4.0 Maturity Index vor. Entlang eines sechsstufigen Reifegradmodells bildet er eine Richtschnur für Unternehmen, die ihre individuelle Roadmap für die Transformation in Richtung einer intelligenten, echtzeitfähigen Produktion entwickeln möchten. Ein neu gegründetes „Industrie 4.0 Maturity Center“ unterstützt Unternehmen bei der Anwendung des Indexes.

Die Vernetzung hin zur Industrie 4.0 erfordert eine ausgeprägte Zusammenarbeit aller Netzwerkpartner. Das acatech Projekt Innokey 4.0 unter Leitung von Axel Kuhn hat methodisch abgesicherte Handlungsempfehlungen für Politik und Unternehmen erarbeitet, die einen schnellen Transfer der Ergebnisse aus dem FuE-Bereich in die unternehmerische Praxis unterstützen sollen. Die acatech Position erschien im November 2017.

Wegweiser Smart Services: bedarfsorientiert und notwendig

Im Mittelpunkt der vernetzten Wirtschaft stehen die Nutzer und ihre individuellen Bedürfnisse. Wer Nutzer- und Produktdaten kombiniert, kann daraus individualisierte Angebote ableiten, die auf digitalen Plattformen angeboten werden. Daten werden damit zum erfolgskritischen Gut, digitale Plattformen zum wichtigen Marktplatz. Um den Aufbau digitaler Plattformen zu beschleunigen, müssen Unternehmen in digitalen Ökosystemen miteinander kooperieren. Ob als Kunde, Anbieter von Smart Services, Plattformbetreiber und Datenlieferant: Entscheidend ist, dass alle im Wertschöpfungsnetz beteiligten Partner einen Zusatznutzen aus der Zusammenarbeit erfahren. acatech hat im April 2017 einen Wegweiser Smart Service Welt im Rahmen der Hannover Messe vorgestellt. Dieser zeigt an Hand von neun Beispielen aus der Praxis, wie Unternehmen die Transformation zum Anbieter von Smart Services gestalten können.

Digitale Infrastrukturen: sicher und gleichzeitig offen

Wie sich Offenheit der Systeme und Sicherheit vereinbaren lassen, diskutierte die hessische Justizministerin Eva Kühne-Hörmann am 18. Mai in Wiesbaden mit Johannes Buchmann (TU Darmstadt/CRISP), Karl-Heinz Streibich (Vorstandsvorsitzender Software AG), Hauke Stars (Vorstand Deutsche Börse AG), zahlreichen Mitgliedern von acatech und weiteren Expertinnen und Experten aus Hessen. Die Sicherheit digitaler Infrastrukturen gehört zu den Grundvoraussetzungen einer vernetzten Wirtschaft und Gesellschaft und stand deshalb im Mittelpunkt des acatech Akademietags.

Johannes Buchmann (acatech Mitglied, TU Darmstadt), Karl-Heinz Streibich (Vorstandsvor-
sitzender Software AG), Eva Kühne-Hörmann (Hessische Landesjustizministerin), acatech Präsident Dieter Spath und Reiner Anderl (Präsident der Mainzer Akademie der Wissen-
schaften und der Literatur, TU Darmstadt) beim acatech Akademietag am 18. Mai 2017 in Wiesbaden (v.l.n.r.).


Additive Fertigung: verbessert und koordiniert

Additive oder generative Fertigung (in der öffentlichen Diskussion 3D-Druck) bezeichnet Verfahren, in denen Objekte durch Laser-Sinter schichtweise hergestellt werden. Die additive Fertigung ermöglicht individualisierte Bauteile von komplexer Gestalt, zeitnahe Produktion von Prototypen sowie Gewichts- bzw. Kostenreduzierungen durch eingesparte Materialien und Rohstoffe. Doch wie groß ist die industrielle Bedeutung dieser Verfahren?

Additive Fertigung wird die industrielle Produktion an vielen Stellen ergänzen, muss dafür jedoch weiterentwickelt werden. Zu diesem Ergebnis kamen acatech, die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina und die Union der deutschen Akademien der Wissenschaften in einer gemeinsamen Stellungnahme Anfang 2017. Die Handlungsempfehlungen der Akademien zielen auf eine bessere Koordination der Forschung, höhere Datensicherheit und eine Verbesserung des Technologietransfers in die Praxis.

Zirkulare Wirtschaft: kreislauforientiert und klimafreundlich

Mit einer Veranstaltung am Rande der UN-Klimakonferenz in Bonn hat acatech die Initiative „Deutschland entkoppelt“ mit gestartet. Im Mittelpunkt des Treffens am 14. November stand die Circular Economy: Die kreislauforientierte Wirtschaft soll dazu beitragen, Ressourcenverbrauch und Wachstum zu entkoppeln und damit den Klimawandel einzudämmen sowie Rohstoffabhängigkeiten zu reduzieren. Gemeinsam mit der Ellen MacArthur Foundation und SYSTEMIQ möchte die Akademie eine Plattform aufbauen, die den Dialog von Wissenschaft, Wirtschaft, Politik und Gesellschaft über den Aufbau einer zirkularen, regenerativen Wirtschaft fördert.

Modernes Fahren: automatisiert und vernetzt

Unter Mitwirkung von acatech Präsident Henning Kagermann und weiteren acatech Mitgliedern hat die Ethikkommission „Automatisiertes und vernetztes Fahren“ 20 Leitlinien für den Einsatz automatisierter und vernetzter Fahrzeuge im Straßenverkehr entwickelt. Bundesverkehrsminister Alexander Dobrindt und Udo di Fabio, ehemaliger Bundesverfassungsrichter und Leiter der Ethikkommission, stellten im Juni 2017 den Abschlussbericht der Kommission im Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur in Berlin vor.

Medizin und Medizintechnik: individualisiert und patientenorientiert

Medizintechnische Innovationen prägen die Individualisierte Medizin und damit ein zentrales Innovationsgebiet der Gesundheitsversorgung. Ziel ist es, durch eine stärkere Patientenorientierung chronische und Mehrfacherkrankungen einer alternden Gesellschaft zu verhindern oder zu heilen. Medizintechnik bildet die technische Basis der biomarkerbasierten Individualisierten Medizin und ermöglicht eigenständige, maßgeschneiderte Therapieansätze. Damit individualisierte Medizinprodukte flächendeckend klinische Anwendung finden können, sind zahlreiche ethisch-rechtliche, ökonomische und regulatorische Fragen zu klären.

Im Jahr 2017 erschien die acatech POSITION Individualisierte Medizin durch Medizintechnik. Sie stellt medizintechnische Innovationen bei Bildgebungs- und Labordiagnostik, Präzisionsintervention sowie für technische und biologische Implantate vor. Außerdem beschreibt acatech hier die Bedeutung der Digitalisierung für diese Innovationen und die damit verbundenen Herausforderungen – von der Patientenorientierung über Fragen der Zugangsgerechtigkeit, des Datenschutzes und der informationellen Selbstbestimmung bis hin zur Zulassung und Finanzierbarkeit.

acatech Projekte 2017 im Themenfeld Technologien

Abgeschlossene Projekte  
Additive Fertigung (mit Leopoldina und Berlin-Brandenburgische Akademie der Wissenschaften, unter Federführung von acatech) Feb. 2014 - Jan. 2017
Industrie 4.0 Maturity Index April 2016 - April 2017
open.acatech.de: Massive Open Online Course (Maschinelles Lernen) Nov. 2016 - April 2017
Fachforum Autonome Systeme Jan. 2016 - Juni 2017
Medizintechnik und Individualisierte Medizin Jan. 2015 - Sep. 2017
InnoKey 4.0 Jan. 2016 - Sep. 2017
Laufende Projekte  
Plattform Lernende Systeme Sep. 2017 - Aug. 2022
Rahmenbedingungen für die Zukunft der Werkstoffe März 2016 - Juni 2018
Wissenschaftlicher Beirat Industrie 4.0 II März 2016 - Feb. 2019
Workshop-Reihe: Industrie 4.0 – Zukunft der Industriearbeit Dez. 2014 - Ende 2018
Digitale Serviceplattformen / MOOC Smart Service Welt Nov. 2015 - Dez. 2018
Studie „Autonome Systeme“ für die Expertenkommission Forschung und Innovation Mai 2017 - März 2018
Zukunft der Betriebsabläufe: Stand, Perspektiven, Szenarien und Empfehlungen für Politik, Wirtschaft und Gesellschaft (SmartAIwork) Nov. 2017 – Okt. 2020