VDI-Technologiezentrum Zukünftige Technologien Consult ing · Technology Forecasting-a process in three Steps step 1 step 3 step 2 IDENTIFICATION VALIDATION KNOWLEDGE TRANSFER. VDI-Technologiezentrum

VDI-TechnologiezentrumZukünftige Technologien Consulting

Technologien der Zukunft:

Erkennen und Bewerten


Technologien der Zukunft:Erkennen und Bewerten

1. Welche Herausforderungen gibt es?2. Welche Visionen haben wir?3. Wo stehen wir? 4. Wie greifen wir das Richtige auf?5: Was sind aktuelle technologische Trends?6. Wie gestalten wir die Technik richtig?





Trend vor Ort: 'Konsum statt Kinder'

0

10

20

30

40

50

60

1985 1988 1994 2000 2010

14 bis 34 Jahre

35 bis 54 Jahre

55 Jahre und älter

Persönliche Interessen wichtiger als Heirat und Familie

% von Nennungen bei 2000 Befragten ab 14 Jahre in 1996, ab 2000 Prognose

Quelle: Deutschland 2000, H.W. Opaschowski 1997


Trend vor Ort: Demographischer Wandel

1,5 2,6

1,4 2,5

1,2 2,3

0,7 1,3

0 1 2 3 4 5

USA

GB

Kanada

Japan

Frankreich

Deutschland

Italien

Heute

2050

Deutschland

2,3

1,2

Beitragszahler je Rentner

Quelle: IWF WiWo 37/99


Trend global: Bevölkerungswachstum

6 Mrd.8 Mrd.

10 Mrd.

Menschen weltweit

2060

2000

2050

13 %

8 %

Europas Anteil

1998 2025 2060

Quelle: US-Bureau of the Census


Trend global: Ozonloch

Ozonschichtdicke am Hohenpeißenberg

280

300

320

340

360

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005Jahr

Dobs

on E

inhe

iten

[DU]

mittlere Ozonabnahme: -2.9 % pro Dekade

Quelle: Deutscher Wetterdienst, Meteorologisches Observatorium Hohenpeißenberg

Ozonschichtdicke am Hohenpreisenberg


Bildunterschrift:Darstellung eines Szenarios über die Veränderung derOberflächentemperatur der Erde (Computersimulation des DeutschenKlimarechenzentrums). Das Bild zeigt die geographische Verteilung derberechneten Erwärmung bis zum Jahre 2050 unter der Annahme, dass dieKonzentrationen der Treibhausgase wie bisher ansteigen. Die abkühlendeWirkung von Aerosolen ist in dieser Simulation nicht berücksichtigt.

Trend global: Erwärmung

Quelle: Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg


Bildunterschrift:Der derzeitige Artenschwund ist in seinem Umfang vergleichbar mit den “fünf Massensterben” der Erdgeschichte - geht aber viel schneller von statten. Die historische Entwicklung ist hier am Beispiel mariner wirbelloser Lebewesen dargestellt.

Trend global: Artensterben

Quelle: Zusammenstellung VDI-ZTC aus Angaben in:•V. H. Heywood/R. T. Watson (Hrsg.): GlobalBiodiversity Assessment. Published for theUnited Nations Environment Programme, Cambridge: Cambridge University Press, 1995•Wägele, J.W. und Steininger, F.F. (o.J.): Methoden, Aufgaben und Leistungsfähigkeit der modernen Systematik. Frankfurt am Main





Quelle: Hobby Juli 1959


Quelle: Amazing Stories Juli 1932, Hrsg. Hugo Gernsback


Quelle: H.G. Wells The Time Maschine 1895, Bild Verfilmung von Pal1959


Zukunft der Technik Visionen Beispiele

Quelle: Holzstich Pannemaker 1865, Paris in Jules Verne ‚Von der Erde bis zum Mond‘


Zukunft der TechnikVisionen Beispiele

Quelle:Bonestell, 1956 nach Wernher von Braun


ISS

Quelle: NASA, http://spaceflight.nasa.gov/


Quelle: NASA, http://spaceflight.nasa.gov/





Triadepatente großer Industrieländer 1980-1996


Vergleich:Publikationen 1997 nach ScienceCitationIndex

0 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.000 400.000 450.000

USA

Japan

England

Deutschland

Frankreich

Kanada

Italien

Niederlande

Rußland

Australien

Spanien

Schw eden

China

Schw eiz

Indien

Israel

Belgien

Süd-Korea

Finnland

Taiw an


Ländervergleichender Trend: Innovationsindex

Entwicklung und Prognose im internationalen Vergleich

Quelle:Councilof Competitiveness1999


Tendenzen staatlicher Forschungs-und Innovationspolitik in OECD-Ländern seit 1945

Grundlagen-wissenschaften

Schlüssel-technologien

Innovation

Gesellschaftlich

Industriell

Militärisch

BevorzugtesInstrument

Hauptzweck-bestimmung

Quelle: Europäische Kommission 'Die Gesellschaft, letzte Grenze.Visison derFuI-Politik des XXIJhdt.' (1997)



1. Welche Herausforderungen gibt es?2. Welche Visionen haben wir?3. Wo stehen wir?4. Wie greifen wir das Richtige auf?5: Was sind aktuelle technologische Trends?6. Wie gestalten wir die Technik richtig?


TechnologiefrüherkennungSuche der Schnittmenge aus

wissenschaftlich InteressantemRisiko?

wirtschaftlich/gesellschaftlich Interessantem

technisch Interessantem

10

Quelle: Future Technologies Division of VDI


Vo

TechnologiefrüherkennungDefinition

rmarktliche Filterung von Innovationen auf Basisbedarfsorientierter Kriterienraster

Ziel ist die Optimierung des Einsatzes von FuE-Ressourcen

Ein innovationsbegleitender Prozeß in drei Schritten


TechnologiefrüherkennungAuslösende Faktoren

Markt Visionen

GlobaleProbleme

GeänderteRahmen-

bedingungen

AktuelleEreignisse

Technologische Probleme

interdisziplinäre Themen-

verflechtung-

NeueEffekte

Themen-verdichtung

AuslösendeFaktoren

Identifiziertes Technologiefeld Quelle: Future Technologies Division of VDI


TechnologyForecasting

-a process

in three Steps

step 1

step 3

step 2

IDENTIFICATION

VALIDATION

KNO WLEDGE TRANSFER


step 1

step 3

step 2

IDENTIFICATIONlooking for new effects

and technology perspectives (bottom up)looking for contributions to solve problems (top down)

VALIDATION

KNO WLEDGE TRANSFER


-a process

in three Steps

Biology Physics Chemistry

CongressesLiterature Monitoring abroad

Europe USA South East Asia

PatentsExperts


step 1

step 3

step 2

Structuring, Internal Analysis

Experts discussionsWorkshops

Special Studiesexternal internal

Funding Programmesat home abroad

potential for innovationpotential for developments

contributions to solve problemsobstacles to realisation

VALIDATION

KNO WLEDGE TRANSFER




-a process

in three Steps




PatentsExperts


step 1

step 3

step 2

Structuring, Internal Analysis

Experts discussionsWorkshops

Special Studiesexternal internal

Funding Programmesat home abroad

potential for innovationpotential for developments

contributions to solve problemsobstacles to realisation

throughtechnology analysis studiesrecommendations for actionpublications workshops

Ministries

Industry Institutes

Funding Agencies

VALIDATION

KNO WLEDGE TRANSFER




-a process

in three Steps

Quelle: Future Technologies Division of VDI




PatentsExperts


TechnologiefrüherkennungTeilschritte

Identifiziereneines neuen TechnologiefeldesSuche nach •Problemlösungen (market or publicpull) •neuen Effekten und Technologieperspektiven (technologypush)

Bewerten des identifizierten TechnologiefeldesErmitteln von•Innovations-, Entwicklungs-und Marktpotential• Realisierungs- und Anwendungshemmnissen•Problemlösungsbeiträgen, Nebeneffekten

Umsetzen von Maßnahmen zur Innovation• Abbau von Informations-und Wissensdefiziten• Unterstützen geeigneter Rahmenbedingungen•Implementieren neuer Instrumente (z.B.: Kompetenzzentren)


Technologiefrüherkennungim Auftrag des

BewertungIdentifikation Umsetzung

Pilotprojekte

GesamtpotentialneuerTechnologie-ansätze

experimentelleÜberprüfung

der

Realisierungs-chancen

Selektion durchKritienraster

P

STOP

STOP

STOP

STOP

P

Programme,Leitprojekte,Schwerpunkte

Neue Maßnahmen-paketez.B.:

Kompetenzzentren

Interdisziplinäre Kommunikation

anstoßen

Informationen fürfachfremde Wissen-

schaftlerund Öffentlichkeit





TechnologiefrüherkennungRoadmapping


TechnologiefrüherkennungEntwicklungslinien künftiger Elektronik

- Ende des Mooreschen Gesetzes?


Wirkungsgradsteigerungen von Antrieben und Leuchten

1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000

100

10-1

10-2

10-3

F / (

I-F)

Wirk

ungs

grad

F

50 %

10 %

1 %

0.1 %

Antriebe

LeuchtenThomas Savery

Thomas Newcomen

James Watt

CornishDreistufen Expansion

Charles ParsonsNatriumdampf

GaAsDiode Gas-

turbineDampf-turbine

LeuchtstoffQuecksilber

WolframfadenCellulosefaden

Edison‘s erste Lampe

Wachskerze

Quelle: Winter, Überlingen


TechnologiefrüherkennungTrends am Beispiel Nanotechnologie

1960 1980 today 2020

0,1 nm

0,1 µm

0,1 mm

structure size

Physics

Electro technology

Electronics

Mi ni aturisation

Use of Quantum effects

Materialdesign

Micro-electronics

year2040



1960 1980 today 2020

0,1 nm

0,1 µm

0,1 mm

structure size

Physics

Electro technology

Electronics

Mi ni aturisation


Materialdesign

Micro-electronics

Cell biology

Molecularbiology

Biology

Functionalisation

Functional Molecular Design

year2040



1960 1980 today 2020

0,1 nm

0,1 µm

0,1 mm

structure size

Physics

Electro technology

Electronics

Mi ni aturisation


Compl exation

Materialdesign

Supra-molecular chemistry

Micro-electronics

Cell biology

Molecularbiology

Biology

Complex chemistry

Functionalisation

Functional

Chemistry

Molecular Design

year2040



1960 1980 today 2020

0,1 nm

0,1 µm

0,1 mm

structure size

Physics

Electro technology

Electronics

Mi ni aturisation


Compl exation

Coupling ofMicro-andNanoworld

Interdisciplinary Application

Materialdesign


Micro-electronics

Cell biology

Molecularbiology

Biology

Complex chemistry

BiosensorsMoleculare electronicsNeuro-technology

Bio-chips...

Functionalisation

Functional

Chemistry

Molecular Design

year2040



1960 1980 today 2020 2040

0,1 nm

0,1 µm

0,1 mm

structure size

Physics

Electro technology

Electronics

Mi ni aturisation


Compl exation

Coupling ofMicro-andNanoworld

Interdisciplinary Application

Materialdesign


integrated exploitation ofbiological principles

physical laws chemical properties

year

Micro-electronics

Cell biology

Molecularbiology

Biology

Complex chemistry

Functionalisation

Functional

Chemistry

Molecular Design

BiosensorsMoleculare electronicsNeuro-technology

Bio-chips...

Devel op

mentof S

martSys

tems

© Future Technologies Division of VDI


TechnologiefrüherkennungBeispiel visualisierter atomarer Kontrolle

Einzelne Mangan-Atome wurden durch Rastersondenmanipulation in

lesbare Information gesetzt. Dies bietet künftig die Option des

Speicherns der gesamten Weltliteratur auf einige cm2 Fläche.

(Quelle: Berndt, Universität Kiel)


Brancheninnovationen durch Nanotechnologie

ÖkologieSelektive ChemieKolloid-MembranenSelektive KatalysatorenSensitiver SchadstoffnachweisFunktionelle ungiftige Beschichtungen

EnergieerzeugungGasspeicherPhotovoltaische Zellen aus Nanopartikel-KombinationenKompakte Batterien und Brennstoff-zellen mit großer innerer Oberfläche

ProzeßsicherheitKompakteZeolithreaktorenNeuartige KlebetechnologienKopierschutz (CD/Geldscheine)Eichnormal auf atomarer SkalaSelbstorganisationsprozessePräzisere BearbeitungsverfahrenQualitätskontrolle auf atomarer Skala

RessourcenGezieltes MaterialdesignSchaltbare WerkstoffeigenschaftenNeuartige Legierungen/WerkstoffeLeichtere Trag-und Strukturbauteile

Information/KommunikationFlachdisplaysPocketbibliothekSi/Organik-KopplungDigitale LogikbausteineVielschichtstapel-LaserSuperschnelle kompakte ComputerQuantendrähte/Quantenelektronik

GesundheitDialysemembranenWirkstoffpositionierungSensorische PräventivmedizinBiokompatible BeschichtungenMedizinische NanomaschinenMaßgeschneiderte PharmazeutikaDNA-Analyse/-Manipulation


Visionen Beispiele





Zukunft der TechnikVisionen Beispiele

Quelle: Fritz Lang, Metropolis




Technikfolgenabschätzung Definition nach VDI-Richtlinie 3780...

... ein systematisch organisiertes Vorgehen, das

•den Stand der Technik und Entwicklungsmöglichkeiten analysiert•unmittelbare und mittelbare Folgen in allen Dimensionen (z.B.: gesundheitlich, wirtschaftlich, ökologisch, sozial) und möglichen Alternativen abschätzt

•mögliche Folgen beurteilt•wünschenswerte Entwicklungen fordert•Handlungs-und Gestaltungsoptionen ausarbeitet

und dadurch Entscheidungen auf solider Wissensbasis ermöglicht


Technikfolgenabschätzung Phasen nach VDI-Richtlinie 3780

•Definition und Strukturierung des Problems

•Abschätzen möglicher Folgen

•Bewerten der Folgen

•Ableiten von Handlungsoptionen

• Früherkennung von Risiken und Optionen


O Molekulare Lager

O Optische Computer (z. T. Nano)

O Genomanalyse (z. T. Nano)

O Keine Medikamente (Selbstheilung)

O Neuronale Kommunikation (z. T. Nano)

O KatalysatorenO Schnelle elektrochrome SystemeO Neue dielektrische WerkstoffeO Verschleißschutz* und SchmierschichtenO BrennstoffzelleO Optoelektronische Systeme (LED)*O Neue Kleber, neue LackeO MembranenO Solarzellen*O Optische Vergütung*O RöntgenoptikenO Funktionale Beschichtungen (Prothetik, Biokompatibilität)O Energiespeicher (Brennstoffzelle, Li-Ionen-Batterie)O LithographiewerkzeugeO Neue SpeicherkonzepteO Nano-Sintermaterialien*O PharmascreeningO Intelligente Medikamente (Drug Carrier)

* Auf bzw. teilweise auf dem Markt

Technikfolgenabschätzung Dimensionen zur Nanotechnologie

Weltmarktvolumenquantifizierbarer

Produkte53 Mrd. DM

ProjektiertesWeltmarktvolumen

quantifizierbarerProdukte

105 Mrd. DM

Weltmarkt-volumensonstigerProdukte

ProjektiertesWeltmarkt-

volumensonstigerProdukte

?

Einspar-potenzial

Einspar-potenzial

Produkte mit neuen

Funktionen

1996

2001

Anwendungen

o verschleißfestere Maschinenteileo selektive Chemieo korrosionsgeschützte Werkstoffeo bessere Schmiermittelo leistungsfähigere Solarzelleno selektive Katalysatoren

(alle kurz-/mittelfristig)

o NanomaschinenzurSchadstoffbeseitigung

(visionär oder gar ScienceFiction)

Offene Fragen

Recyclebarkeit (?)Umweltverträglichkeit (?)mögliche Toxizität (?)

ungebremste(?)unvorhergesehene (?)selbständige (?)Vermehrung

o Neuartige Wirkstoffe (inkl. Kosmetika undLichtfiltersubstanzen)

o Vor-Ort-dosierbarePharmaka und Wirkstoffe (z. B. lokale Hyperthermie)

o Biokompatible Implantatoberflächenund künstliche Haut

o Multifunktionssensoren(z. B. in Medizintechnik, zur DNA-Analyse)

o Medizinische Klebeflächen (z. B.allergiefreiesPflaster,körperinnerer

Wundverschluss)

o Dialysemembranen

Nano-technologie

Beschreibung von• Technikakzeptanz• Ethik• Polit. Rahmenbed.• Gesundheit/Arbeit• Nachhaltigkeit• ...

Beschreibung von• ökonom. Potenzial• Nachhaltigkeit• KMU-Relevanz• Wettbewerbsvorteilen

Beschreibung von• Wiss. Grundlagen• Funktionsprinzip• Neuheitsgrad• Teildisziplinen

Beschreibung von• Technol. Elementen• Anwendernutzen• Verwertungsaspekten• Barrieren/Defiziten

Wissen

scha

ftTechnik

Gesellschaft Wirtschaft

Staatliche Organisationen

SpezifischeÖffentlichkeitsarbeitRechtsschutz

ForschungsförderungEU

AllgemeineRandbedingungen

Randbedingungen fürWirtschaftspolitik

Randbedingungenfür Umweltpolitik

Randbedingungenfür Sozialpolitik

Randbedingungen für Gesundheitspolitik

InternationaleKooperation

Randbedingungenfür Bildungspolitik

Spezielle Formen derForschungsförderungRandbedingungen

für Wissenschaftspolitik

Randbedingungenfür Sicherheitspolitik

Randbedingungenfür Arbeitsmarktpolitik

technisch

ökonomisch

medizinisch

politisch

gesellschaftlich/sozial

ökologisch

zeitnah

fern

Quelle: ITA Vorstudie Nanotechnologie ZT


ForesightErkennen und Bewerten durch Partizipation

Kommunikation gesellschaftlicher Akteure

Partizipation der Öffentlichkeit

Integration existierenden Wissens Wissen

Positionen

Dialog

V i s

i o

n e

n





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