01 Lifetronics

Elektronische Schutzengel

Die Gesundheitsassistenten der Zukunft sind mobile, elektronische Geräte, die die Menschen bei Gesundheitsvorsorge, Diagnostik, Therapie und Pflege unterstützen. Als Sensoren in der Kleidung versteckt, überwachen die Systeme zum Beispiel die Herzaktivität, Temperatur und Atmung von Herz-Kreislauf-Patienten. Im Notfall schlagen sie Alarm. Lifetronics - die Verbindung von Life Sciences mit Mikrosystemen - eröffnet völlig neue Diagnoseverfahren: Ärzte müssen in Zukunft nicht mehr lange auf Blutbildanalysen warten, sie werden automatisch erstellt. Die Neuroprothetik, bei der Nervenfasern mit Elektronik verknüpft werden, erweitert die Heilmöglichkeiten enorm. Anregungen für neue dauerbelastbare und hoch ästhetische Prothesen holen sich die Biowissenschaftler und Medizintechniker aus der Produktionstechnik.

02 Food Chain Management

Kiwis frisch auf den Tisch

"Frisch auf den Tisch" war einst ein beliebter Werbespruch, ist in Zeiten globalisierter Märkte aber nur schwer einlösbar, wenn Früchte aus Neuseeland, Fisch aus Fernost oder Rindfleisch aus Südamerika kommt. Ein Stau auf der Autobahn, ein Fluglotsenstreik oder ein ausgefallenes Kühlaggregat können zur Folge haben, dass ganze Container voller Obst, Gemüse oder Fisch verderben. Food Chain Management betrachtet den kompletten Weg von der Urproduktion bis zum Verbraucher. Experten für Mikrosystemtechnik, der Informationstechnik und der Lebensmittelanalytik arbeiten zurzeit intensiv daran, diese komplette Produktions- und Lieferkette darstell- und überwachbar zu machen. Ein lohnendes Forschungsfeld: Der Markt für Lebensmittel in Eu­ropa liegt bei 840 Milliarden Euro pro Jahr.

03 Biofunktionalität

Oberflächen können sprechen

Die Medizin von morgen wird Krankheiten erfassen, noch bevor der Mensch die Symptome wahrnimmt. Individuelle Prädispositionen werden durch umfassende Diagnostik erkannt und medizinische Implantate können nicht nur Körperfunktionen aufrecht erhalten, sondern auch Langzeittherapien erleichtern. Die Basis für solche bahnbrechenden Innovationen ist die Erforschung so genannter biofunktionaler Oberflächen. Und die Kombination von biologischen und technischen Systemen, die diese Oberflächen zum Sprechen bringen. Materialforscher und Mikroelektronikspezi­alisten bringen die "Haut" von Materialen, Instrumenten oder Geräten dazu, in Kontakt mit bestimmten biologischen Umgebungen eine Funktion auszuüben. Zum Beispiel bestimmte Moleküle herauszufischen, Signale zu empfangen oder eine Reaktion zu stimulieren.

>> Megatrend Umwelt

Nein, wir haben keine zweite Welt im Kofferraum, wir müssen mit der ersten schonend und nachhaltig umgehen. Modernste Umwelttechnik hilft zum Beispiel, die Verteilung des kostbaren Guts Wasser in Zukunft besser zu managen.

04 Wassermanagement

Duschen auf schwäbische Art

Aus der Dusche fließt gereinigtes Regenwasser, aus den Küchenabfällen wird im Bioreaktor Biogas erzeugt und die Vakuumtoiletten, die Fäkalien per Unterdruck wegsaugen, verbrauchen fünf- bis zehnmal weniger Wasser als herkömmliche Toiletten. In der Neubausiedlung in Knittlingen bei Karlsruhe probt die Fraunhofer-Gesellschaft mit ihrem Forschungsprojekt DEUS 21 schon heute das Wassermanagement von morgen. Der Kampf um sauberes Wasser gilt als eine der größten Herausforderungen im 21. Jahrhundert.

05 Energieeffizienter Altbau

Das Wohnhaus als Minikraftwerk

Rund ein Drittel ihrer Energieressourcen verbrauchen die Deutschen derzeit noch, um Büro- und Wohngebäude zu kühlen und zu heizen. Doch in wenigen Jahren schon können Gebäude durch Modernisierung, Sanierung und Solartechnik in kleine Kraftwerke verwandelt werden. Multifunktionale Fassadenmodule erlauben "minimalinvasive" Sanierungsmaßnahmen. In die Module integriert sind textile Wärmedämmverbundsys­teme oder multifunktionale Oberflächen gegen Verschmutzung, Nässe und Mikroorganismen wie Pilze. Zur Innendämmung von Wänden, Decken und Fußböden werden flächige Heiz- und Kühlsysteme installiert, die die Phasenübergänge zwischen den Aggregatzuständen nutzen und dadurch den Energieverbrauch weiter drosseln. Photovoltaik auf Dächern und Fassaden wird zum Standard.

06 LEDs und OLEDs

Licht aus Festkörpern

Die gute alte Glühbirne von Thomas Alva Edison hat nach mehr als 100 Jahren ausgedient. Nur fünf Prozent der eingespeisten Energie ward Licht, der Rest wurde zu Wärme, umwelttechnisch ein "No go". LEDs und OLEDs sind die Beleuchtungskonzepte der Zukunft. LEDs sind Leuchtdioden, die auf anorganische Halbleiterkristalle aufbauen, OLEDs basieren auf hauchdünnen, organischen Schichten. Wenn die Sonne scheint, produzieren Photovoltaikanlagen Strom ohne Unterlass. Bei starkem Wind sind Windräder fleißige Stromlieferanten. Für den Energiebedarf in schattigen oder mauen Zeiten müssen derzeit aber noch so genannte Schattenkraftwerke vorgehalten werden: konventionelle Kraftwerke, die nur mit geringer Leistung arbeiten, aber bereit stehen, um Versorgungslücken sofort zu schließen. Das Fernziel der Techniker: Die Zahl der Schattenkraftwerke zu reduzieren. Also wird an elektrochemischen Speichern wie Redoxflowbatterie, an Druckluftspeichern in Stahlröhren oder unterirdischen Salzstöcken geforscht, um sie - wie auch Energiespeicher auf Basis der Lithium-Technologie - weiter zu optimieren.

07 Energiespeicher

Vorsorge für schattige Zeiten

Wenn die Sonne scheint, produzieren Photovoltaikanlagen Strom ohne Unterlass. Bei starkem Wind sind Windräder fleißige Stromlieferanten. Für den Energiebedarf in schattigen oder mauen Zeiten müssen derzeit aber noch so genannte Schattenkraftwerke vorgehalten werden: konventionelle Kraftwerke, die nur mit geringer Leistung arbeiten, aber bereit stehen, um Versorgungslücken sofort zu schließen. Das Fernziel der Techniker: Die Zahl der Schattenkraftwerke zu reduzieren. Also wird an elektrochemischen Speichern wie Redoxflowbatterie, an Druckluftspeichern in Stahlröhren oder unterirdischen Salzstöcken geforscht, um sie - wie auch Energiespeicher auf Basis der Lithium-Technologie - weiter zu optimieren.

08 Green Powertrain Technologies

Antrieb für umweltschonende Autos

Seit Jahren arbeitet die Industrie daran, Autos leichter, sparsamer und umweltfreundlicher zu machen. Ein Schlüsselelement ist der Antriebsstrang, der Powertrain, der für das Drehmoment und dessen Übertragung vom Motor bis zum Rad zuständig ist. Mit Leichtbauwerkstoffen soll er leichter und kleiner werden. Spezielle Beschichtungen sorgen für einen reibungsärmeren Betrieb.

09 Energieautarke Sensoren und Sensornetze

Geballte Intelligenz

Sie sind winzig, robust, preiswert und überall einsetzbar. Schwärme von intelligenten Sensoren, die ihre Energie aus Licht, Bewegung oder Temperaturunterschieden beziehen. Sie messen, analysieren, reagieren entsprechend ihrer Aufgabe selbstständig und passen sich an ihre Anwendungsumgebung an. Energieautarke Sensoren sind vielseitig einsetzbar: Sie können Feinstaub in Innenstädten und die Produktqualität im Fertigungsprozess messen oder Container auf ihrem Transportweg überwachen. 2010 liegt das Marktpotenzial für Sensornetze allein in der Automatisierung bei 3,5 Milliarden Euro.

>> Megatrend Kommunikation

Für manche ist es Fluch, für andere Segen: die ständige Erreichbarkeit und die permanente Verfügbarkeit sämtlichen Wissens. Aber es wird alles ganz
einfach: Die Geräte dazu sind künftig drahtlos und kinderleicht zu bedienen.
Visual Analytics hilft, die Übersicht zu behalten.

10 Visual Analytics

Durchblick im Datendschungel

Die Datenflut strömt ungefiltert auf die Menschen ein. Was ist wirklich wichtig? Und wie lässt sich das auf einen Blick erkennen? Genau daran arbeitet die neue Forschungsdisziplin Visual Analytics. Sie verbindet die automatische Datenanalyse mit neuartigen Techniken zur Visualisierung. Die optimierte Darstellung erlaubt dem Nutzer, sich auf das Erkennen von Mustern sowie die Bewertung und Auswertung der betrachteten Daten zu konzentrieren. Die Einsatzfelder für Visual Analytics reichen vom Katastropheneinsatz über die Wirtschaftsprüfung und die medizinische Diagnostik bis hin zur Analyse des Käuferverhaltens bei der Nutzung von Kreditkarten.

11 Hybride Materialstrukturen

Werkstoffe mit Köpfchen

Hybrid ist eigentlich ein Zwitter und meint in der Wissenschaft positiv das Beste aus beiden Welten. Denn erst die Kombination völlig unterschiedlicher Materialen erlaubt neue Eigenschaften, die jeder Stoff für sich alleine nie hätte. Das klassische Beispiel: der Autoreifen. Hochfestes Gewebe in der Karkasse wird ergänzt durch elastisches Gummi und erhält im Materialverbund neuartige Vorzüge. Richtig High-Tech wird das, wenn beispielsweise piezokeramische Fasern als Sensoren oder Aktoren in solche Materialverbünde hinzu stoßen. Sie liefern Informationen über den Belastungszustand des Bauteils und mit Hilfe elektrischer Spannung lassen sich die Eigenschaften in S­ekundenbruchteilen verändern. Fahrzeug- und Maschinenbau sind hungrig nach solchen Lösungen.

12 Durchgängige Lokalisierungstechnologien

Die Welt dirigieren

Als ganz Europa im Jahre 2007 Hilfe nach Griechenland schickte, um die verheerenden Waldbrände zu bekämpfen, landeten viele Hilfstruppen an falschen Orten, Löschzüge fanden sich auf einmal vom Waldbrand eingekesselt, Krankenwagen kamen zu spät. Die Kommunikation entpuppte sich als mangelhaft. Als Lösung bauen Wissenschaftler zurzeit im Laboratorium des Satellitennavigationssys­tems Galileo eine Entwicklungsplattform zur Herstellung durchgängiger Lokalisierungs­systeme auf. Ziel ist eine einheitliche Technologie zur Lokalisierung von Personen und Gütern für Industrie und Wirtschaft, Verkehr und Mobilität. Die Einsatzfelder sind vielfältig: Vom Katastrophenfall über Autodiebstähle und Parkgebühren bis zur Verkehrsführung und Parkplatzsuche.