Technische Grundlagen der Digitalisierung

Die Digitalisierung nutzt verschiedene Technologien als Schlüssel zu Innovationen. Branchen vom Automobilsektor über die Medizintechnik bis zum Maschinenbau profitieren davon. Neue Schlüsseltechnologien eröffnen weitere Möglichkeiten der Anwendung.

Junge Frau im Kittel beim Prüfen einer Platine

Thinkstock

Innovative Produkte binden oft moderne Mikroelektronik ein. Mikroelektronische Systeme machen neue Dienstleistungen möglich und helfen, wirtschaftliche Herausforderungen zu lösen. Gleichzeitig können sie gesellschaftliche Bedürfnisse unterstützen. Antriebe und Sensorik für eine intelligente Mobilität helfen beispielsweise Energie zu sparen. Diagnosesysteme in der Medizin ermöglichen den Menschen länger ein gesundes Leben. Eine nachhaltige Energieversorgung schont die natürlichen Ressourcen.

Fast immer dabei: Mikroelektronische Systeme als Grundlage

Deutschland nimmt eine Spitzenstellung in der Mikroelektronik ein. Das Bundesforschungsministerium hat die Forschung zur Mikroelektronik erheblich gefördert: Mit dem Rahmenprogramm „Mikroelektronik aus Deutschland – Innovationstreiber der Digitalisierung“ und mit 800 Millionen Euro bis zum Jahr 2020 für Mikroelektronik-.

Schlüsseltechnologie Photonik

Die Photonik stellt optische Verfahren für die Übertragung, Speicherung und Verarbeitung von Informationen zur Verfügung. Für viele Produkte und Prozesse hat sie sich zu einer zentralen Technologie entwickelt. Anwendungen der Photonik befinden sich in Sensoren und bei Mikrodisplays. Weitere Anwendungen sind die Steuerung durch Gesten und die Datenverarbeitung. Prominentes Beispiel ist außerdem der sogenannte 3D-Druck, der die Fertigung von Werkstücken in der Industrie bereits radikal verändert hat. Das Bundesforschungsministerium fördert diese Gebiete.

Die nächste Revolution in der Quantentechnologie

Bekannte Anwendungen wie Laser, Transistoren oder bildgebende Verfahren wie die Magnet-Resonanz-Tomografie MRT basieren auf quantenmechanischen Effekten. Fachleute bezeichnen diese Technologien als „erste Quantenrevolution“ oder „Quantum 1.0“. Die zweite Generation der Quantentechnologien, „Quantum 2.0“ umfasst Forschungen in der Computerarchitektur, der Photonik und der Nachrichtentechnik. Für die neuen technologischen Konzepte von Quantum 2.0 werden Quantenzustände gezielt präpariert oder ausgelesen. Die Forschung hat in der Regel noch experimentellen Charakter, Deutschland ist hier aber sehr gut aufgestellt und die Anwendungen sind mehr als vielversprechend – sie reichen von abhörsicherer Kommunikation über ultragenaue Messtechnik und Bildgebung bis hin zu neuen, ultraschnellen Computern.

Das BMBF fördert die Quantenforschung zum Beispiel mit dem Forschungsschwerpunkt „Quantenkommunikation – Q.com“. Ziel ist die Entwicklung neuer Technologien, mit deren Hilfe sensible Informationen so übertragen werden, dass ein Abhören aufgrund fundamentaler Gesetze der Quantenmechanik ausgeschlossen werden kann. Ein Schlüssel zum Erfolg: der Quantenrepeater, der die Wiederholverstärker klassischer Kommunikationsverbindungen ersetzt und so die Übertragung von Quanteninformationen auch über Distanzen von mehr als 100 km ermöglicht.

Mobilfunk- und Netztechnologien für eine Kommunikation in Echtzeit

Die sichere und flexible Kommunikation in Echtzeit bildet die Basis für vielfältige Anwendungen in der Zukunft – beispielsweise in Produktion, Telemedizin oder Mobilität. Das Bundesforschungsministerium hat aus diesem Grund die Forschungsinitiative „Industrielle Kommunikation der Zukunft“ gestartet. Ein Schwerpunkt ist die Erforschung innovativer Technologien für die drahtlose Kommunikation, die auf der künftigen fünften Generation des Mobilfunks (5G) basieren. 5G soll nicht nur hohe Datenraten sicher übertragen, sondern vor allen Dingen sehr reaktionsschnell sein: Taktile Kommunikation impliziert eine idealerweise für den Menschen nicht wahrnehmbare Reaktionszeit in der Größenordnung einer Millisekunde, wodurch beispielsweise Internetanwendungen mit einem haptischen Feedback realisiert werden können.

Smart Data und Künstliche Intelligenz ordnen das Datendickicht

Heutzutage werden mehr Daten als je zuvor produziert. Die Methoden und Technologien zur ihrer Verarbeitung und Analyse werden stetig verfeinert. Immer leistungsfähigere Werkzeuge der Künstlichen Intelligenz und des Höchstleistungsrechnens kommen zum Einsatz. Die Überschrift hierfür: Smart Data. Der Begriff steht für die schnelle Verarbeitung und Zusammenführung sehr großer Mengen von Daten, die oft heterogen sind, also zunächst schlecht zusammenpassen. Neben der Wissenschaft nutzt auch die Wirtschaft Smart Data für neue Produkte und Dienstleistungen. Das Bundesforschungsministerium fördert zwei Kompetenzzentren zur Weiterentwicklung von Technologien zur Datenanalyse. Zudem unterstützt das Ministerium das „Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz“ im Saarland – das weltweit größte Forschungsinstitut zu Künstlicher Intelligenz. Zahlreiche Entwicklungen gelangten von hier bereits auf den Markt, und fast 80 Unternehmen wurden aus dem Institut heraus gegründet.