Zukunftstechnologien

Wissenschaft, Forschung und Entwicklung gestalten unsere technologische Zukunft in den nächsten 15 Jahren maßgeblich. Diese Übersichtskarte zeigt eine kleine Auswahl von 88 Zukunftstechnologien, die unser Leben, unsere Wirtschaft und unsere Arbeitsweisen komplett verändern könnten.

 

Diese Forschungsarbeit wurde von Policy Horizon Canada in Auftrag gegeben und wurde in MetaScan 3: Emerging Technologies April 2014 veröffentlicht.

DIGITAL- UND KOMMUNIKATIONSTECHNOLOGIEN NEUROTECHNOLOGIE UND KOGNITIVE TECHNOLOGIE GESUNDHEITSTECHNOLOGIEN LANDWIRTSCHAFTSTECHNOLOGIEN NANOTECHNOLOGIE UND MATERIALWISSENSCHAFT ENERGIETECHNOLOGIE SCHNITTSTELLEN NETZWERKE ELEKTRONIK STROMERZEUGUNG INTELLIGENTES STROMNETZ SPEICHERUNG SELBSTZUSAMMENBAUEND FUNKTIONAL NÄCHSTE GENERATION TECHNIK AUTOMATISIERUNG NAHRUNGSMITTEL SENSOREN DIAGNOSTIK BEHANDLUNGEN ERWEITERUNG NEURONALE SCHNITTSTELLEN ERWEITERTE KOGNITION IT IN NEURONALEN NETZWERKEN

vorausschauende Verbrechensverhütung

Der Einsatz soziometrischer Sensoren gekoppelt mit Computern in neuronalen Netzwerken zur statistischen Feststellung der Wahrscheinlichkeit eines Verbrechens (oder anderen antisozialen Verhaltens), bevor es stattfindet.

vorausschauende Analyse von Gruppenverhalten

Die Vorhersage des zu erwartenden Verhaltens großer Gruppen von Menschen basierend auf soziometrischen Variablen wie soziale Spannung, Wetterumschwünge, Fußgängerströme und Ausmaß der Unruhe wird zunehmend wahrscheinlicher.

Bilderkennung durch neuronale Netzwerke

Der Einsatz hunderttausender Kernprozessoren, die darauf programmiert sind, durch Algorithmen den Inhalt eines bestimmten Bildes zu erkennen. Anders als bei der umgekehrten Bildersuche hat die Bilderkennung durch neuronale Netzwerke das Potential, etwa ein Bild einer Katze anhand von Fotos tausender Katzen vollständig zu erfassen.

Identifizierung anhand von Emotionen

Mithilfe von Sensoren, maschinellem Sehen und Algorithmen werden die wahrscheinlichen Emotionen von Einzelpersonen in einer Menschenmenge korrekt identifiziert. Eignet sich für Flughäfen und andere Einrichtungen mit hohem Risikopotential.

Proaktive Software

Software-Anwendungen, die antizipieren können, was deren Anwenderinnen und Anwender wollen. Mögliche Anwendungsgebiete sind intelligente Terminplanung, E-Mail-Sortierung und gezielte Informationen an Userin bzw. User.

Neuroprothesen

Neuronale Bauteile ersetzen motorische, sensorische oder kognitive Fähigkeiten, die infolge von Verletzung oder Krankheit beeinträchtigt wurden. Anwendungsgebiete sind neuronale Stimulierung, verbesserte kognitive Fähigkeiten und erweiterte Sinnesfunktionen.

Neuropharmakologie der nächsten Generation

Sowohl die Verhaltens- als auch die Molekularpharmakologie erleben derzeit einen rasanten Wandel. Dank dem vermehrten Einsatz von Technologie und einem besseren Verständnis unseres Nervensystems werden zunehmend mehr Medikamente entwickelt, die gleichzeitig gezieltere Wirksamkeit entfalten.

Mikromechanisch gefertigter Ultraschallwandler

Ein relativ neues Konzept im Bereich der Ultraschallwandler, bei dem die Energietransduktion auf einer Änderung der Kapazitanz beruht. Diverse Fernanwendungen sind denkbar, etwa zur Verbesserung von Aufmerksamkeit und Wachsamkeit bei Soldatinnen und Soldaten.

Neurofeedback

Biofeedback unter Verwendung von Echtzeit-EEG oder fMRT zur Darstellung von Gehirnaktivität, häufig mit dem Ziel, Aktivitäten des zentralen Nervensystems zu steuern.

Gehirn-zu-Gehirn-Schnittstellen

Es handelt sich um die hypothetische Umsetzung von Gehirn-Schnittstellen, die Gedanken, Empfindungen oder Impulse in digitale Signale übertragen und dabei die Daten im Gehirn der empfangenden Person rückumwandeln, um somit auf beiden Seiten eine Reaktion zu ermöglichen. Breit gefasst als Telepathie zu verstehen, könnten Gehirn-Schnittstellen Informationen von einer Person zur anderen transportieren, wobei lediglich das Internet eine vermittelnde Funktion erfüllt. Dadurch kann das empfangende Gehirn verhaltensbezogene Aufgaben ohne vorherige Schulung erfüllen.

Optogenetische Implantate bei Menschen


Hier werden genetische und optische Techniken kombiniert, um bestimmte Ereignisse in gezielten Zellen lebenden Gewebes zu steuern, sogar bei sich frei bewegenden Säugetieren und anderen Tieren. Die zeitliche Präzision (Basis Millisekunden) hält dabei mit den vorhandenen intakten biologischen Systemen Schritt.

Gehirn-Computer-Schnittstelle der nächsten Generation

Hypothetische Schnittstellen zur Unterstützung, Erweiterung oder Reparatur menschlicher kognitiver oder sensomotorischer Funktionen sowie zur Kommunikation von Gedanken und Absichten an das Internet.

Transkranielle Magnetstimulation

TMS ist eine nichtinvasive Methode zur Depolarisation oder Hypopolarisation von Neuronen im Gehirn mit Hilfe elektromagnetischer Induktion. Mittels sich rasch ändernder Magnetfelder kommt es über elektromagnetische Induktion zu schwacher elektrischer Spannung. Dadurch können in bestimmten Hirnarealen oder im Gehirn im Allgemeinen Reaktionen ausgelöst werden, die nur von minimalem Unwohlsein begleitet sind. Damit können die Funktionsweise und die Wechselwirkungen im Gehirn untersucht werden.

Hochauflösende fMRT

Die neue Generation funktionaler Magnetresonanztomographie besticht durch räumliche und zeitliche Bildauflösung. Wahrscheinlich werden 14-Tesla-Geräte damit gang und gäbe (im Vergleich zu heutigen 3-Tesla-Geräten).

EEG Gehirn-zu-Computer-Schnittstellen


Elektroenzephalografie ist und bleibt die einfachste Methode zur Umsetzung von Gehirn-zu-Gehirn-Schnittstellen. Es ist das beste Tool mit räumlicher Auflösung zur Abbildung des aktiven Gehirns und ist darüber hinaus tragbar, nichtinvasiv und im Vergleich zu anderen Verfahren extrem kostengünstig.

Verbesserte Organe

Künstlich hergestellte Ersatzorgane für Menschen, die besser funktionieren als ihre natürlichen Gegenstücke. Dazu gehören etwa künstliche rote Blutzellen und die Superleber (durch Gentechnik hergestellte Organe mit Überexpression von Schlüsselproteinen). Die noch hypothetischen Respirozyten etwa sind künstliche rote Blutzellen, die Sauerstoff 200 Mal effizienter übertragen als rote Blutzellen.

Biologisch erweiterte Sinne

Basiert auf dem Prinzip der Gehirnevolution zur Erfassung einer einzigen Realitätskonstruktion, wobei nun mehrere lokale und entfernte Erfahrungen gleichzeitig übereinandergelegt stattfinden können, wodurch neue kognitive Erlebnisse möglich werden. Biologische Sinne können künstlich gesteigert und erzeugt werden und sich unterschiedlichen Stimuli anpassen sowie sich nach deren Maßgabe je nach Zweck ändern.

Maschinell erweiterte Wahrnehmung

Bezeichnet den effizienten Einsatz von Informationstechnologie zur Erweiterung menschlicher Wahrnehmung mittels Tools zur Ausdehnung menschlicher Intelligenz. Information aus dem Gehirn kann dann als Feedback verwendet werden, um notwendige Stimuli zur Erreichung bestimmter Hirnfunktionen zu erzeugen.

Bionische Implantate


Mikroskopische technische Strukturen, die biometrische Information aus einem Organismus extrahieren, um dessen Leistung zu analysieren und bestimmte biologische Funktionen mit assistiertem Feedback zu unterstützen. Im Bereich der persönlichen Biometrik sind bionische Implantate hervorragende Tools zur Weiterentwicklung der Präventivmedizin und der Entwicklung individueller Lösungen für bestimmte Organismen und Krankheiten.

Medizinische Nanobots

Dieser Teilbereich der Robotik untersucht, wie Roboter lebende Organismen bzw. Funktionen mechanisch oder chemisch nachahmen können. Angewandt auf die Medizin besteht das zentrale Ziel dieser Technologie darin, die Fähigkeiten des menschlichen Körpers zu verstärken oder Fehlfunktionen mittels Robotern zu behandeln, die Umprogrammierungen vornehmen und sich an unterschiedliche Rahmenbedingungen anpassen können und dabei stets organische Funktionen imitieren.

Anti-Aging-Medikamente


Bahnbrechende Fortschritte bei der Verjüngung von Gewebe mittels Stammzellen, Molekularreparatur und Organersatz (etwa mit künstlichen Organen) ermöglichen es den Menschen eventuell, unbeschränkte Lebenszeit zu haben. Die vollständige Rückversetzung in einen jugendlichen Zustand würde es möglich machen.

Pränatale Genmanipulation

Bezeichnet den direkten Eingriff ins Genom eines Embryos/Fötus mittels Biotechnologie.

Epigenetische Therapie

Das Phänomen, bei dem genetisch idente Zellen deren Gene unterschiedlich ausdrücken, was zu unterschiedlichen Phänotypen führt, etwa bei der Entstehung von Krebs aus Krebsstammzellen.

Organdruck

Bezeichnet den Einsatz von Zellen, Technik, Materiallehre und passenden biochemischen und physiochemischen Faktoren zur Verbesserung oder Ersatz biologischer Funktionen. Dieser Begriff ist eng verbunden mit Anwendungen zur Reparatur oder dem Ersatz von partiellen oder vollständigen Geweben.

Personalisierte Medizin

Ein Zweig der Genomik, in dem individuelle Genome mit Tools der Bioinformatik genotypisiert und analysiert werden. Dadurch könnte in weiterer Folge personalisierte Medizin entstehen, wo Patientinnen und Patienten je nach Genotyp passende Medikamente für ihre medizinische Behandlung erhalten.

Medizinischer Tricorder

Ein hypothetischer tragbarer Handscanner zur sekundenschnellen Selbstdiagnose von Patientinnen und Patienten für medizinische Probleme und zur Bestimmung der grundlegenden Vitalzeichen. Es wird gemeinhin angenommen, dass es sich dabei um ein vielfältig einsetzbares Tool ähnlich dem Schweizer Messer handeln wird, mit dem Gesundheitsparameter wie Blutdruck, Temperatur und Durchblutung auf nichtinvasive Art bestimmt werden.

Biohacking

Eine fortschrittliche kulturelle und intellektuelle Bewegung, die sich für offenen Zugang zu genetischer Information einsetzt und das Potential wahrlich demokratischer technologischer Entwicklung fördert. Biohacking kann sich auch auf die Verwaltung der eigenen Biologie mit einer Kombination aus Medizin-, Ernährungs- und elektronischen Techniken beziehen. Dazu kann der Einsatz von nootropischen und/oder kybernetischen Geräten zur Protokollierung biometrischer Daten gehören.

Laboratorien auf Chips

Geräte, die eine oder mehrere Laborfunktionen auf einem einzigen wenige Quadratzentimeter großen Chip vereinen. Sie können selbst kleinste Mengen Flüssigkeit, sogar weniger als Pikoliter, verarbeiten. Sie bieten ein sicheres Umfeld für chemische, radioaktive und biologische Untersuchungen.

Biometrische Sensoren

Bezeichnet den Einsatz von Biometrik im Bereich der Telekommunikation und Telekommunikation für Fern-Biosensorik. Mögliche Anwendungsgebiete sind die Überwachung von Blutwerten, Infektionen und Wirksamkeit von Impfungen.

Sensoren für Bauwerke

Können zur Überwachung von Schwingungen und des Materialzustandes von Gebäuden, Brücken, Fabriken, Bauernhöfen und anderer Infrastruktur eingesetzt werden. In Verbindung mit einem intelligenten Netzwerk könnten solche Sensoren entscheidende Information an Instandhaltungsteams oder Roboter liefern.

Biometrik für Nutztiere

Halsbänder mit GPS, RFID und Biometrik ermöglichen die automatische Identifizierung von Nutztieren und geben deren Vitalzeichen in Echtzeit weiter.

Sensoren für Nutzpflanzen

Anstatt den Düngungsprozess im Vorhinein festzulegen, informieren hochauflösende Sensoren für Nutzpflanzen die jeweiligen Düngungsgeräte über die exakt benötigte Menge. Optische Sensoren oder Drohnen behalten den Zustand der Nutzpflanzen auf dem ganzen Feld im Auge (etwa durch Infrarotlicht).

Geräte-Telematik

Erlaubt mechanischen Geräten wie etwa Traktoren, Warnungen an Bedienungspersonal zu senden, wenn eine Fehlfunktion zu erwarten ist. Intra-Traktor-Kommunikation kann als rudimentäre „Bauernhof-Schwarm“-Plattform verstanden werden.

Luft- und Bodensensoren

Als entscheidende Elemente des automatisierten Bauernhofes geben diese Sensoren einen Echtzeit-Überblick über aktuelle Bedingungen auf dem Bauernhof, im Wald oder im Gewässer.

In-vitro-Fleisch

Auch als kultiviertes Fleisch oder Laborfleisch bekannt, handelt es sich dabei um ein Fleischprodukt, das keinem lebenden Tier entstammt. Mehrere aktuelle Forschungsprojekte züchten derzeit experimentell In-Vitro-Fleisch, wobei bisher noch kein Fleisch zum menschlichen Verzehr hergestellt wurde.

Genetisch hergestellte Nahrung

Bezeichnet die Herstellung völlig neuartiger Rassen von Nutztieren und -pflanzen zur besseren Abdeckung biologischer und physiologischer Bedürfnisse. Anders als bei genmanipulierter Nahrung setzt diese Technik bereits im Boden an.

Roboter- Schwärme in der Landwirtschaft

Die hypothetische Kombination von Dutzenden oder Hunderten landwirtschaftlichen Robotern und tausenden mikroskopischen Sensoren, die gemeinsam Nutzpflanzen überwachen, vorhersehen, anbauen und ernten, praktisch ohne menschlichen Eingriff. In kleinem Stil zeichnet sich die Umsetzung bereits ab.

Präzisions-Landwirtschaft

Dieses Landwirtschafts-Management basiert auf der Beobachtung von (und Reaktion auf) Veränderungen innerhalb eines bestimmten Feldes. Mithilfe von Satellitenaufnahmen und hochsensiblen Sensoren können Landwirte ihren Ertrag mit den eingesetzten Mitteln optimieren und gleichzeitig Ressourcen in größerem Stil schonen. Ein besseres Verständnis der Variabilität der Nutzpflanzen, geolokalisierte Wetterinformationen und präzise Sensoren sollten verbesserte automatisierte Entscheidungen und ergänzende Anbautechniken ermöglichen.

Landwirtschafts-Roboter

Diese Geräte werden für die Automatisierung landwirtschaftlicher Prozesse verwendet, wie etwa Ernte, Pflücken, Flügen, Bodenpflege, Jäten, Säen, Bewässern etc.

Schnell wiederholende selektive Tierzucht

Hierbei handelt es sich um selektive Tierzucht der nächsten Generation, bei der das Endergebnis quantitativ analysiert wird und mittels Algorithmen automatisch Verbesserungen vorgeschlagen werden.

Variable Kontrolle von Schwaden

Aufbauend auf vorhandenen Geolokalisierungs-Technologien spart die Schwaden-Überwachung der Zukunft voraussichtlich Samen, Mineralien, Dünger und Herbizide durch verringerte Überschneidungen bei der Beigabe. Durch die Vorberechnung der Größe des zu bearbeitenden Feldes und durch das Verständnis der relativen Produktivität unterschiedlicher Bereiche des jeweiligen Feldes können Traktoren oder Landwirtschafts-Roboter die Beigaben am Feld je nach Bedarf durchführen.

Vertikale Landwirtschaft

Dabei handelt es sich um eine natürliche Weiterentwicklung der urbanen Landwirtschaft. Auf vertikalen Bauernhöfen könnten Pflanzen angebaut oder Vieh gehalten werden, entweder zur alleinigen Nutzung oder zur kombinierten Nutzung in Hochhäusern im urbanen Raum. Anhand von Techniken, die aus Glashäusern bekannt sind, verstärken vertikale Bauernhöfe das Tageslicht mit energieeffizienter Beleuchtung. Die damit verbundenen Vorteile sind zahlreich und reichen von ganzjährigem Anbau über Schutz vor Wettereinflüssen, der Unterstützung urbaner Nahrungsunabhängigkeit bis hin zu verringerten Transportkosten.

Synthetische Biologie

Bei synthetischer Biologie geht es um die Programmierung von Biologie unter Verwendung standardisierter Teile, so wie bei der Programmierung von Computern standardisierte Bibliotheken zum Einsatz kommen. Möglich wird dadurch die breit gefasste Neudefinition und Erweiterung von Biotechnologie, wobei das letztliche Ziel darin besteht, technisch angepasst biologische Systeme zu gestalten, zu bauen und anzupassen , die Informationen verarbeiten, Chemikalien verändern, Materialien und Strukturen erstellen, Energie produzieren, Nahrung bereitstellen sowie menschliche Gesundheit und eine gesunde Umwelt bewahren und stärken.

Geschlossene Ökosysteme

Dabei handelt es sich um Ökosysteme, die nicht auf Austausch von Materie außerhalb dieses Systems angewiesen sind. Theoretisch könnten also solche geschlossenen Ökosysteme Abfallprodukte in Sauerstoff, Nahrung und Wasser verwandeln und damit die unterschiedlichen im System vorhandenen Lebensformen unterstützen. In kleinem Stil gibt es solche Systeme bereits, aber die bestehenden technischen Einschränkungen verhindern ihre Skalierung.

Intelligente Materialien

Konstruierte Materialien, die eine oder mehrere Eigenschaften aufweisen, die entscheidend durch externe Stimuli verändert werden können, und zwar in kontrollierter Art und Weise, wie etwa Druck, Temperatur, Feuchtigkeit, pH oder elektrische bzw. Magnetfelder.

Thermo-Bimetalle

Thermisch aktivierte Bimetalle würden es Fensterscheiben ermöglichen, bei Lichtexposition Schatten zu spenden und dadurch den Energieverbrauch im Laufe des Tages selbst zu regulieren.

Aerogel

Dies sind extrem leichte, synthetische und poröse Materialien auf Basis eines Gels, in dem der flüssige Bestandteil durch ein Gas ersetzt wurde. Das Ergebnis ist ein Festkörper mit extrem niedriger Dichte und thermischer Leitfähigkeit, der sich ein wenig wie Polystyrol (Styropor) anfühlt. Mögliche Anwendungen sind verbesserte thermische Isolierung, chemische Absorber zum Reinigen ausgeschütteter Substanzen, elektrochemische Superkondensatoren und Stoßdämpfung.

Auxetische Materialien

Wenn auxetische Materialien gedehnt werden, strecken sie sich quer zur angewandten Kraft aus. Dies liegt an deren scharnierähnlicher Struktur, die sich bei Dehnung biegt. Auxetische Materialien finden etwa Anwendung beim Körperschutz, bei Verpackungsmaterial, Knie- und Ellbogenschützern, robustem stoßdämpfendem Material und Schwammwischern.

Stark wasserabweisende Materialien

Inspiriert durch Wasserflöhe, die auf flüssigen Oberflächen treiben, weisen solche Materialien sowohl ölhaltige als auch wasserhaltige Flüssigkeiten ab.

Nanoelektromechanische Systeme

Dies sind Geräte, die elektrische und mechanische Funktionalitäten auf der Nanoebene verbinden. Üblicherweise verbinden sie transistorähnliche Nanoelektronik mit mechanischen Antrieben, Pumpen oder Motoren, wodurch sie physische, biologische oder chemische Sensoren bilden können.

Graphen

Dies ist eine Substanz aus reinem Kohlenstoff, bei der die Atome in einem normalen Sechseck angeordnet sind, ähnlich wie bei Grafit, allerdings in einlagiger Schicht, die eine Atomlage dick ist. Bei einem Gewicht der Schicht von nur 0,77 mg pro Quadratmeter ist dieses Material unglaublich leicht, aber gleichzeitig stark. Dadurch wird eine Vielzahl von Anwendungen denkbar, unter anderem: Komponenten mit höherem Stärke-Gewicht-Verhältnis, günstigere Solarzellen, preiswertere Displays in Mobilgeräten, Speicherung von Wasserstoff für Autobatterien, medizinische Sensoren, schneller ladende Batterien, Ultrakondensatoren, chemische Sensoren und noch vieles mehr.

Meta-Materialien

Materialien mit präziser Form, Geometrie und in entsprechender Anordnung, die Licht und Ton auf unkonventionelle Art und Weise beeinflussen können. Das Anwendungspotenzial ist sehr breit, wie etwa Fernanwendungen im Bereich Luftfahrt, Infrastrukturüberwachung, intelligente Verwaltung von Solarenergie, öffentliche Sicherheit, Verbesserung von Ultraschallsensoren und sogar Gebäudeschutz vor Erdbeben.

Biomaterialien

Biomaterialen sind entweder natürlich oder im Labor synthetisiert und werden zur Verstärkung oder zum Ersatz von natürlichen Körperfunktionen verwendet. Derzeit bereits in eingeschränktem Ausmaß in Verwendung, haben Biomaterialien das Potenzial, die Medikamentenversorgung zu verbessern (durch längere Medikamentenabgabe) oder Transplantationen zu verbessern.

Nano-Fabriken

Ein angedachtes System, in dem Nano-Maschinen reaktive Moleküle mittels Mechanosynthese kombinieren und dadurch größere und atomisch präzise Teile entstehen lassen. Diese wiederum könnten durch die Positionierung von Mechanismen steigernder Größe zusammengesetzt werden, um makroskopische (auf menschlicher Skala) Produkte zu bauen, die ebenso anatomisch präzise sind.

Großflächige selbst zusammenbauende Materialien

Prozess, in dem ein ungeordnetes System bereits bestehender Komponenten eine organisierte Struktur oder Muster bildet als Folge von spezifischen lokalen Eingriffen an den Komponenten selbst, und zwar ohne externe Anleitung. Solche Materialien haben das Potenzial, sich selbst zu heilen und nach Wunsch zu wachsen oder zu schrumpfen.

Kontrollierter Selbst-Zusammenbau

Dies sind Maschinen, die einzelne Atome mit organismusähnlichen Selbstreplizierungs-Fähigkeiten verändern. Diese Bottom-up-Drucker in anatomisch präzisem 3D könnten behutsam DNA-, RNA- oder Proteinsequenzen herstellen.

sich selbst reparierende Materialien

Eine Klasse intelligenter Materialien, die strukturell die Fähigkeit aufweisen, durch Verschleiß entstandene Schäden zu reparieren. Inspiriert wurde dies durch biologische Systeme, die sich nach einer Verwundung selbst heilen können. Jedes Material (Polymere, Keramik etc.), das Schäden durch reguläre Verwendung selbst reparieren kann, könnte die Produktionskosten zahlreicher industrieller Prozesse dank längerer Lebensdauer der Einzelteile senken. Dazu kommt geringere durch Degradation verursachte Ineffizienz über die Jahre. Außerdem werden zukünftige Kosten für Materialversagen vermieden.

Thermische Lagerung

Wird häufig von aktiven Solarkollektoren oder KWK-Kraftwerken gesammelt und in isolierte Speicher übertragen zur späteren Verwendung bei unterschiedlichen Anwendungen wie etwa Heizung von Flächen, Wohnraum oder Industriewasser.

Lithium-Luft-Akkumulator

Fortschritte bei der Materialtechnologie sorgen für Fortschritte bei Hochenergie-Lithium-Luft-Akkumulatoren, die Energiedichte vergleichbar mit Benzin bieten, wodurch eine fünffache Verbesserung im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkumulatoren entsteht. Durch die Verwendung von atmosphärischem Sauerstoff anstatt eines internen Oxidators könnten diese Akkumulatoren die Reichweite von Elektroautos dramatisch erweitern.

Brennstoff-Zellen

Anders als Batterien brauchen Brennstoff-Zellen eine ständige Versorgungsquelle aus Brennstoff und Sauerstoff, um zu funktionieren. Allerdings können sie laufend Strom produzieren, solange sie diesen Input erhalten. Erdgas-Turbinen werden damit obsolet. Ideal sind sie zur stationären Erzeugung von Strom oder für große Passagierfahrzeuge wie etwa Busse (besonders bei den zu erwartenden schnellen Entwicklungszyklen in diesem Bereich).

Speicherung und Transport von Wasserstoff-Energie

Hypothetische Weiterentwicklung bestehender Energienetze, in denen statt Strom Wasserstoff transportiert und gespeichert wird. Könnte in Verbindung mit unterschiedlichen Energieumwandlungs-Methoden zum Einsatz kommen, wodurch Energieverlust minimiert und die Speicherkapazität maximiert wird.

Intelligentes Energie-Netzwerk

Hypothetische globale Energie- und Strominfrastruktur und Standards, die austauschbar eingesetzt werden können. Könnte in der Theorie die Eigenschaften des Internets nachahmen in Bezug auf die Kanalisierung von Wärme, Energie, Erdgas (und möglicherweise Wasserstoff) von lokalen und entfernten Quellen je nach globaler Nachfrage.

Verteilte Stromerzeugung

Die Erzeugung von Elektrizität aus mehreren kleinen Energiequellen anstatt aus großen zentralisierten Anlagen. Zentralisierte Kraftwerke bestechen durch den Skaleneffekt; verschwenden aber Energie bei der Übertragung. Außerdem sind sie ineffizient bei der raschen Anpassung an die Anforderungen des Stromnetzes.

Intelligentes Stromnetz der ersten Generation

Dabei handelt es sich um Strommessungs-Geräte, die den Verbrauch elektrischer Energie in Echtzeit aufzeichnen und die Information an die Stromgesellschaft zwecks Kontrolle und Abrechnung zurücksenden. Kann für Belastungsausgleich über Entfernung verwendet werden, wie etwa das Ausschalten von nicht essenziellen Geräten in Spitzenzeiten.

Solarenergie im Weltall

Bezieht sich auf das Einfangen von Solarenergie im Weltall und deren Rücksendung auf die Erdoberfläche mittels Mikrowellen. Der zu erwartende Vorteil ist die höhere Einfangquote als auf der Erde. Im Weltall wird die Übertragung von Solarenergie nicht durch den Filtereffekt von Luftgasen beeinträchtigt.

Thorium-Reaktor

Thorium kann als Brennstoff in Atomreaktoren eingesetzt werden, wodurch Nuklearbrennstoff in einem Brüter-Reaktor erzeugt wird. Zu den Vorteilen gehört, dass Thorium 10 bis 10.000 Mal weniger langlebigen radioaktiven Müll erzeugt. Darüber hinaus wird es als 100% reines und verwendbares Isotop dem Boden entnommen und benötigt keine Anreicherung.

Mikro-Sterling-Motoren

Wenige Meter große Stromgeneratoren, die Energie in Kompressions- und Expansionshübe umwandeln. Könnten theoretisch mobil in 3D gedruckt werden und ganze hitzeproduzierende Oberflächen abdecken, um Strom zu erzeugen.

Biotreibstoffe der dritten Generation

Jenseits der heute bekannten Organismen entstehen Biotreibstoffe der dritten Generation durch Genmanipulation von Organismen, wodurch auf unkonventionelle Art neuartige Treibstoffe geschaffen werden. Beispiele hierfür sind die direkte Erzeugung von Wasserstoff aus hocheffizienten Algen sowie die Erzeugung von Furanen mit hoher Energiedichte für Autos.

Mikro-Atomreaktoren

Eine kleine, skalierte Ausführung eines Atomreaktors (ca. ein paar Dutzende Meter lang), der an den jeweiligen Einsatzort gefahren oder geflogen werden kann. Derzeit liegt die erreichbare Leistung bei 10 MW; in näherer Zukunft soll sie bei 50 MW liegen.

Trägheitsfusion

Ein Zugang zur Fusion, der zum Einschluss auf der Trägheit der Brennstoffmasse basiert. Zur Herstellung von Rahmenbedingungen, unter denen der Trägheitseinschluss für einen effizienten Kernfusionsprozess reicht, wird eine Kapsel (üblicherweise in der Form eines kugelförmigen Gehäuses) mit Kernbrennstoff in einem Implosionsprozess komprimiert, wobei hohe Dichte und Temperatur vorliegen.

Transparentes Photovoltaik-Glas

Glas mit integrierten Solarzellen, das Infrarotstrahlung und Teile des sichtbaren Lichts in Strom verwandelt. Dadurch kann die Stromversorgung für ein gesamtes Gebäude durch das Dach und die Fassade ergänzt werden.

Gezeiten-Turbinen

Eine Art von Wasserkraft, bei der die Energie der Gezeiten in Strom verwandelt wird. Derzeit nur in kleinem Stil in Verwendung; hat das Potenzial für starke Ausweitung.

Biotreibstoffe der zweiten Generation

Neue Technologien für Biotreibstoffe wie etwa Cellulose-Ethanol und Biodiesel aus Mikroalgen versprechen die Herstellung von herkömmlicher treibstofftauglicher Energie mit geringen oder null Treibhausgas-Emissionen.

Positionierungs-Roboter für Solarzellen

Dies sind kleine Roboter, die Solarzellen je nach Wetterlage umpositionieren können. Das ist effizienter, als jede Solarzelle an motorisierten Bauteilen zu befestigen.

Intelligenter Staub-Sensor

Ein System winziger mikromechanischer Systeme wie etwa Sensoren, Roboter oder anderer Geräte, die etwa Licht, Temperatur, Schwingung, Magnetismus oder Chemikalien nachweisen können.

Memristoren

Der Unterschied zwischen Memristoren und anderen Basiselementen von Schaltungskreisen ist die Fähigkeit, ohne Strom zu speichern. Es handelt sich um ein neues Material, das doppelt effiziente Leistung als herkömmliche Transistortechnologie verspricht, darüber hinaus mehrere Petabits permanenten Speicher bietet und entweder als Speicher oder CPU rekonfiguriert werden kann – und das in der Größe eines Zuckerwürfels.

Gedruckte Elektronik

Eine Reihe von Druckverfahren zur Erzeugung elektronischer Geräte auf unterschiedlichen Substraten. Elektrisch funktionale oder OVI-Tinten werden auf das Material aufgebracht, wodurch aktive oder passive Geräte entstehen, wie etwa Dünnschichttransistoren oder Widerstände. Es wird erwartet, dass gedruckte Elektronik breite wenig anspruchsvolle elektronische Anwendungen zu niedrigem Preis ermöglicht, wie zum Beispiel flexible Displays, intelligente Labels, dekorative und animierte Poster und Aktivkleidung mit eingeschränkten Funktionen.

Botsourcing

Die Zuweisung von physischen und Online-Aufgaben, die bisher von menschlichen Ausführenden erledigt wurden, an einen autonomen Software-Agenten.

Digitale Währungen

Dabei handelt es sich um digitales Geld als Alternativwährung. Derzeit werden alternative Digitalwährungen nicht von regierungsgestützten Zentralbanken produziert und auch nicht unbedingt von nationalen Währungen unterstützt. Unterscheidet sich von virtuellem Geld in virtuellen Wirtschaftskreisläufen durch ihre Verwendung für Transaktionen in Zusammenhang mit Waren und Dienstleistungen; der Umlauf beschränkt sich nicht auf Online-Spiele.

Höhenplattformen in der Stratosphäre

Ein gewissermaßen stationäres Flugzeug, das Netzwerke für ein großes Gebiet zur Verfügung stellt, indem es die Städte in sehr großer Höhe (17-22 km) über mehrere Jahre überfliegt. Dabei handelt es sich letztlich um regionale Kommunikationssatelliten in niedriger Umlaufbahn.

WiGig

Wireless Gigabit wird Verbindungen mit über 6 Gbps (6.000 Mbps) in Innenräumen herstellen können. Dadurch werden drahtlose Displays möglich, vergleichbar mit dem, was WLAN für drahtlose Netzwerke erreicht hat.

5G

Es wird eine fünfte Generation der mobilen Telekommunikation erwartet, von der angenommen wird, dass sie eine neue Ära der Telekommunikations-Standards einläutet und den Weg für einen einzigen Standard ebnet.

MOOCs

Massive offene Online-Kurse sind Kurse im Internet, die sich an ein großes Publikum wenden und via Internet allen Interessierten Zugang bieten.

Alle Sinne umfassende Multi-User-VR

Eine alle Sinne umfassende Virtual Reality-Umgebung, mit der sich die Userin bzw. der User mittelt direkter Gehirnstimulation verbindet. Durch die Anregung aller Sinne würden die Grenzen zwischen Realität und Fiktion verschwimmen.

Telepräsenz

Eine Reihe von Technologien, die es Menschen erlauben, sich anwesend zu fühlen, anwesend zu wirken oder via Telerobotik den Eindruck zu erwecken, dass sie an einem anderen als an ihrem tatsächlichen Aufenthaltsort sind.

Wandgroße Bildschirme

Es ist zu erwarten, dass kachelbare und interaktive Bildschirmtapeten jegliche Oberflächen im privaten und im beruflichen Umfeld einnehmen werden. Rundum-Bildschirme bedienen das periphere Sehen und sorgen für eine Erfahrung mit allen Sinnen.

Brille für Annotated Reality

Vergleichbar mit dem “Google Glass”-Projekt erlauben diese Brillen die Überlagerung des Sichtfeldes der Nutzerin oder Nutzers mit kontextbezogener Information.

Kontextbasierte IT

Dies sind Computer, die sowohl ihre Umgebung spüren als auch auf sie reagieren können. Diese Geräte werden über Kontextinformationen zu ihrem Betriebsumfeld verfügen, die auf Regeln und Input von Sensoren basieren, und entsprechend reagieren können. Kontextbasierte Geräte könnten auch Annahmen über die aktuelle Situation von Nutzerin oder Nutzer treffen.

NEUROTECHNOLOGIE UND KOGNITIVE TECHNOLOGIE

Neuronale Schnittstellen
  1. vorausschauende Verbrechensverhütung

    Der Einsatz soziometrischer Sensoren gekoppelt mit Computern in neuronalen Netzwerken zur statistischen Feststellung der Wahrscheinlichkeit eines Verbrechens (oder anderen antisozialen Verhaltens), bevor es stattfindet.

  2. vorausschauende Analyse von Gruppenverhalten

    Die Vorhersage des zu erwartenden Verhaltens großer Gruppen von Menschen basierend auf soziometrischen Variablen wie soziale Spannung, Wetterumschwünge, Fußgängerströme und Ausmaß der Unruhe wird zunehmend wahrscheinlicher.

  3. Bilderkennung durch neuronale Netzwerke

    Der Einsatz hunderttausender Kernprozessoren, die darauf programmiert sind, durch Algorithmen den Inhalt eines bestimmten Bildes zu erkennen. Anders als bei der umgekehrten Bildersuche hat die Bilderkennung durch neuronale Netzwerke das Potential, etwa ein Bild einer Katze anhand von Fotos tausender Katzen vollständig zu erfassen.

  4. Identifizierung anhand von Emotionen

    Mithilfe von Sensoren, maschinellem Sehen und Algorithmen werden die wahrscheinlichen Emotionen von Einzelpersonen in einer Menschenmenge korrekt identifiziert. Eignet sich für Flughäfen und andere Einrichtungen mit hohem Risikopotential.

  5. Proaktive Software

    Software-Anwendungen, die antizipieren können, was deren Anwenderinnen und Anwender wollen. Mögliche Anwendungsgebiete sind intelligente Terminplanung, E-Mail-Sortierung und gezielte Informationen an Userin bzw. User.

Erweiterte Kognition
  1. Neuroprothesen

    Neuronale Bauteile ersetzen motorische, sensorische oder kognitive Fähigkeiten, die infolge von Verletzung oder Krankheit beeinträchtigt wurden. Anwendungsgebiete sind neuronale Stimulierung, verbesserte kognitive Fähigkeiten und erweiterte Sinnesfunktionen.

  2. Neuropharmakologie der nächsten Generation

    Sowohl die Verhaltens- als auch die Molekularpharmakologie erleben derzeit einen rasanten Wandel. Dank dem vermehrten Einsatz von Technologie und einem besseren Verständnis unseres Nervensystems werden zunehmend mehr Medikamente entwickelt, die gleichzeitig gezieltere Wirksamkeit entfalten.

  3. Mikromechanisch gefertigter Ultraschallwandler

    Ein relativ neues Konzept im Bereich der Ultraschallwandler, bei dem die Energietransduktion auf einer Änderung der Kapazitanz beruht. Diverse Fernanwendungen sind denkbar, etwa zur Verbesserung von Aufmerksamkeit und Wachsamkeit bei Soldatinnen und Soldaten.

  4. Neurofeedback

    Biofeedback unter Verwendung von Echtzeit-EEG oder fMRT zur Darstellung von Gehirnaktivität, häufig mit dem Ziel, Aktivitäten des zentralen Nervensystems zu steuern.

Neuronale Schnitstellen
  1. Gehirn-zu-Gehirn-Schnittstellen

    Es handelt sich um die hypothetische Umsetzung von Gehirn-Schnittstellen, die Gedanken, Empfindungen oder Impulse in digitale Signale übertragen und dabei die Daten im Gehirn der empfangenden Person rückumwandeln, um somit auf beiden Seiten eine Reaktion zu ermöglichen. Breit gefasst als Telepathie zu verstehen, könnten Gehirn-Schnittstellen Informationen von einer Person zur anderen transportieren, wobei lediglich das Internet eine vermittelnde Funktion erfüllt. Dadurch kann das empfangende Gehirn verhaltensbezogene Aufgaben ohne vorherige Schulung erfüllen.

  2. Optogenetische Implantate bei Menschen


    Hier werden genetische und optische Techniken kombiniert, um bestimmte Ereignisse in gezielten Zellen lebenden Gewebes zu steuern, sogar bei sich frei bewegenden Säugetieren und anderen Tieren. Die zeitliche Präzision (Basis Millisekunden) hält dabei mit den vorhandenen intakten biologischen Systemen Schritt.

  3. Gehirn-Computer-Schnittstelle der nächsten Generation

    Hypothetische Schnittstellen zur Unterstützung, Erweiterung oder Reparatur menschlicher kognitiver oder sensomotorischer Funktionen sowie zur Kommunikation von Gedanken und Absichten an das Internet.

  4. Transkranielle Magnetstimulation

    TMS ist eine nichtinvasive Methode zur Depolarisation oder Hypopolarisation von Neuronen im Gehirn mit Hilfe elektromagnetischer Induktion. Mittels sich rasch ändernder Magnetfelder kommt es über elektromagnetische Induktion zu schwacher elektrischer Spannung. Dadurch können in bestimmten Hirnarealen oder im Gehirn im Allgemeinen Reaktionen ausgelöst werden, die nur von minimalem Unwohlsein begleitet sind. Damit können die Funktionsweise und die Wechselwirkungen im Gehirn untersucht werden.

  5. Hochauflösende fMRT

    Die neue Generation funktionaler Magnetresonanztomographie besticht durch räumliche und zeitliche Bildauflösung. Wahrscheinlich werden 14-Tesla-Geräte damit gang und gäbe (im Vergleich zu heutigen 3-Tesla-Geräten).

  6. EEG Gehirn-zu-Computer-Schnittstellen


    Elektroenzephalografie ist und bleibt die einfachste Methode zur Umsetzung von Gehirn-zu-Gehirn-Schnittstellen. Es ist das beste Tool mit räumlicher Auflösung zur Abbildung des aktiven Gehirns und ist darüber hinaus tragbar, nichtinvasiv und im Vergleich zu anderen Verfahren extrem kostengünstig.

GESUNDHEITSTECHNOLOGIEN

Erweiterung
  1. Verbesserte Organe

    Künstlich hergestellte Ersatzorgane für Menschen, die besser funktionieren als ihre natürlichen Gegenstücke. Dazu gehören etwa künstliche rote Blutzellen und die Superleber (durch Gentechnik hergestellte Organe mit Überexpression von Schlüsselproteinen). Die noch hypothetischen Respirozyten etwa sind künstliche rote Blutzellen, die Sauerstoff 200 Mal effizienter übertragen als rote Blutzellen.

  2. Biologisch erweiterte Sinne

    Basiert auf dem Prinzip der Gehirnevolution zur Erfassung einer einzigen Realitätskonstruktion, wobei nun mehrere lokale und entfernte Erfahrungen gleichzeitig übereinandergelegt stattfinden können, wodurch neue kognitive Erlebnisse möglich werden. Biologische Sinne können künstlich gesteigert und erzeugt werden und sich unterschiedlichen Stimuli anpassen sowie sich nach deren Maßgabe je nach Zweck ändern.

  3. Maschinell erweiterte Wahrnehmung

    Bezeichnet den effizienten Einsatz von Informationstechnologie zur Erweiterung menschlicher Wahrnehmung mittels Tools zur Ausdehnung menschlicher Intelligenz. Information aus dem Gehirn kann dann als Feedback verwendet werden, um notwendige Stimuli zur Erreichung bestimmter Hirnfunktionen zu erzeugen.

  4. Bionische Implantate


    Mikroskopische technische Strukturen, die biometrische Information aus einem Organismus extrahieren, um dessen Leistung zu analysieren und bestimmte biologische Funktionen mit assistiertem Feedback zu unterstützen. Im Bereich der persönlichen Biometrik sind bionische Implantate hervorragende Tools zur Weiterentwicklung der Präventivmedizin und der Entwicklung individueller Lösungen für bestimmte Organismen und Krankheiten.

Behandlung
  1. Medizinische Nanobots

    Dieser Teilbereich der Robotik untersucht, wie Roboter lebende Organismen bzw. Funktionen mechanisch oder chemisch nachahmen können. Angewandt auf die Medizin besteht das zentrale Ziel dieser Technologie darin, die Fähigkeiten des menschlichen Körpers zu verstärken oder Fehlfunktionen mittels Robotern zu behandeln, die Umprogrammierungen vornehmen und sich an unterschiedliche Rahmenbedingungen anpassen können und dabei stets organische Funktionen imitieren.

  2. Anti-Aging-Medikamente


    Bahnbrechende Fortschritte bei der Verjüngung von Gewebe mittels Stammzellen, Molekularreparatur und Organersatz (etwa mit künstlichen Organen) ermöglichen es den Menschen eventuell, unbeschränkte Lebenszeit zu haben. Die vollständige Rückversetzung in einen jugendlichen Zustand würde es möglich machen.

  3. Pränatale Genmanipulation

    Bezeichnet den direkten Eingriff ins Genom eines Embryos/Fötus mittels Biotechnologie.

  4. Epigenetische Therapie

    Das Phänomen, bei dem genetisch idente Zellen deren Gene unterschiedlich ausdrücken, was zu unterschiedlichen Phänotypen führt, etwa bei der Entstehung von Krebs aus Krebsstammzellen.

  5. Organdruck

    Bezeichnet den Einsatz von Zellen, Technik, Materiallehre und passenden biochemischen und physiochemischen Faktoren zur Verbesserung oder Ersatz biologischer Funktionen. Dieser Begriff ist eng verbunden mit Anwendungen zur Reparatur oder dem Ersatz von partiellen oder vollständigen Geweben.

  6. Personalisierte Medizin

    Ein Zweig der Genomik, in dem individuelle Genome mit Tools der Bioinformatik genotypisiert und analysiert werden. Dadurch könnte in weiterer Folge personalisierte Medizin entstehen, wo Patientinnen und Patienten je nach Genotyp passende Medikamente für ihre medizinische Behandlung erhalten.

Diagnostik
  1. Medizinischer Tricorder

    Ein hypothetischer tragbarer Handscanner zur sekundenschnellen Selbstdiagnose von Patientinnen und Patienten für medizinische Probleme und zur Bestimmung der grundlegenden Vitalzeichen. Es wird gemeinhin angenommen, dass es sich dabei um ein vielfältig einsetzbares Tool ähnlich dem Schweizer Messer handeln wird, mit dem Gesundheitsparameter wie Blutdruck, Temperatur und Durchblutung auf nichtinvasive Art bestimmt werden.

  2. Biohacking

    Eine fortschrittliche kulturelle und intellektuelle Bewegung, die sich für offenen Zugang zu genetischer Information einsetzt und das Potential wahrlich demokratischer technologischer Entwicklung fördert. Biohacking kann sich auch auf die Verwaltung der eigenen Biologie mit einer Kombination aus Medizin-, Ernährungs- und elektronischen Techniken beziehen. Dazu kann der Einsatz von nootropischen und/oder kybernetischen Geräten zur Protokollierung biometrischer Daten gehören.

  3. Laboratorien auf Chips

    Geräte, die eine oder mehrere Laborfunktionen auf einem einzigen wenige Quadratzentimeter großen Chip vereinen. Sie können selbst kleinste Mengen Flüssigkeit, sogar weniger als Pikoliter, verarbeiten. Sie bieten ein sicheres Umfeld für chemische, radioaktive und biologische Untersuchungen.

  4. Biometrische Sensoren

    Bezeichnet den Einsatz von Biometrik im Bereich der Telekommunikation und Telekommunikation für Fern-Biosensorik. Mögliche Anwendungsgebiete sind die Überwachung von Blutwerten, Infektionen und Wirksamkeit von Impfungen.

LANDWIRTSCHAFTSTECHNOLOGIEN

Sensoren
  1. Sensoren für Bauwerke

    Können zur Überwachung von Schwingungen und des Materialzustandes von Gebäuden, Brücken, Fabriken, Bauernhöfen und anderer Infrastruktur eingesetzt werden. In Verbindung mit einem intelligenten Netzwerk könnten solche Sensoren entscheidende Information an Instandhaltungsteams oder Roboter liefern.

  2. Biometrik für Nutztiere

    Halsbänder mit GPS, RFID und Biometrik ermöglichen die automatische Identifizierung von Nutztieren und geben deren Vitalzeichen in Echtzeit weiter.

  3. Sensoren für Nutzpflanzen

    Anstatt den Düngungsprozess im Vorhinein festzulegen, informieren hochauflösende Sensoren für Nutzpflanzen die jeweiligen Düngungsgeräte über die exakt benötigte Menge. Optische Sensoren oder Drohnen behalten den Zustand der Nutzpflanzen auf dem ganzen Feld im Auge (etwa durch Infrarotlicht).

  4. Geräte-Telematik

    Erlaubt mechanischen Geräten wie etwa Traktoren, Warnungen an Bedienungspersonal zu senden, wenn eine Fehlfunktion zu erwarten ist. Intra-Traktor-Kommunikation kann als rudimentäre „Bauernhof-Schwarm“-Plattform verstanden werden.

  5. Luft- und Bodensensoren

    Als entscheidende Elemente des automatisierten Bauernhofes geben diese Sensoren einen Echtzeit-Überblick über aktuelle Bedingungen auf dem Bauernhof, im Wald oder im Gewässer.

Nahrungsmittel
  1. In-vitro-Fleisch

    Auch als kultiviertes Fleisch oder Laborfleisch bekannt, handelt es sich dabei um ein Fleischprodukt, das keinem lebenden Tier entstammt. Mehrere aktuelle Forschungsprojekte züchten derzeit experimentell In-Vitro-Fleisch, wobei bisher noch kein Fleisch zum menschlichen Verzehr hergestellt wurde.

  2. Genetisch hergestellte Nahrung

    Bezeichnet die Herstellung völlig neuartiger Rassen von Nutztieren und -pflanzen zur besseren Abdeckung biologischer und physiologischer Bedürfnisse. Anders als bei genmanipulierter Nahrung setzt diese Technik bereits im Boden an.

Automatisierung
  1. Roboter- Schwärme in der Landwirtschaft

    Die hypothetische Kombination von Dutzenden oder Hunderten landwirtschaftlichen Robotern und tausenden mikroskopischen Sensoren, die gemeinsam Nutzpflanzen überwachen, vorhersehen, anbauen und ernten, praktisch ohne menschlichen Eingriff. In kleinem Stil zeichnet sich die Umsetzung bereits ab.

  2. Präzisions-Landwirtschaft

    Dieses Landwirtschafts-Management basiert auf der Beobachtung von (und Reaktion auf) Veränderungen innerhalb eines bestimmten Feldes. Mithilfe von Satellitenaufnahmen und hochsensiblen Sensoren können Landwirte ihren Ertrag mit den eingesetzten Mitteln optimieren und gleichzeitig Ressourcen in größerem Stil schonen. Ein besseres Verständnis der Variabilität der Nutzpflanzen, geolokalisierte Wetterinformationen und präzise Sensoren sollten verbesserte automatisierte Entscheidungen und ergänzende Anbautechniken ermöglichen.

  3. Landwirtschafts-Roboter

    Diese Geräte werden für die Automatisierung landwirtschaftlicher Prozesse verwendet, wie etwa Ernte, Pflücken, Flügen, Bodenpflege, Jäten, Säen, Bewässern etc.

  4. Schnell wiederholende selektive Tierzucht

    Hierbei handelt es sich um selektive Tierzucht der nächsten Generation, bei der das Endergebnis quantitativ analysiert wird und mittels Algorithmen automatisch Verbesserungen vorgeschlagen werden.

  5. Variable Kontrolle von Schwaden

    Aufbauend auf vorhandenen Geolokalisierungs-Technologien spart die Schwaden-Überwachung der Zukunft voraussichtlich Samen, Mineralien, Dünger und Herbizide durch verringerte Überschneidungen bei der Beigabe. Durch die Vorberechnung der Größe des zu bearbeitenden Feldes und durch das Verständnis der relativen Produktivität unterschiedlicher Bereiche des jeweiligen Feldes können Traktoren oder Landwirtschafts-Roboter die Beigaben am Feld je nach Bedarf durchführen.

Technik
  1. Vertikale Landwirtschaft

    Dabei handelt es sich um eine natürliche Weiterentwicklung der urbanen Landwirtschaft. Auf vertikalen Bauernhöfen könnten Pflanzen angebaut oder Vieh gehalten werden, entweder zur alleinigen Nutzung oder zur kombinierten Nutzung in Hochhäusern im urbanen Raum. Anhand von Techniken, die aus Glashäusern bekannt sind, verstärken vertikale Bauernhöfe das Tageslicht mit energieeffizienter Beleuchtung. Die damit verbundenen Vorteile sind zahlreich und reichen von ganzjährigem Anbau über Schutz vor Wettereinflüssen, der Unterstützung urbaner Nahrungsunabhängigkeit bis hin zu verringerten Transportkosten.

  2. Synthetische Biologie

    Bei synthetischer Biologie geht es um die Programmierung von Biologie unter Verwendung standardisierter Teile, so wie bei der Programmierung von Computern standardisierte Bibliotheken zum Einsatz kommen. Möglich wird dadurch die breit gefasste Neudefinition und Erweiterung von Biotechnologie, wobei das letztliche Ziel darin besteht, technisch angepasst biologische Systeme zu gestalten, zu bauen und anzupassen , die Informationen verarbeiten, Chemikalien verändern, Materialien und Strukturen erstellen, Energie produzieren, Nahrung bereitstellen sowie menschliche Gesundheit und eine gesunde Umwelt bewahren und stärken.

  3. Geschlossene Ökosysteme

    Dabei handelt es sich um Ökosysteme, die nicht auf Austausch von Materie außerhalb dieses Systems angewiesen sind. Theoretisch könnten also solche geschlossenen Ökosysteme Abfallprodukte in Sauerstoff, Nahrung und Wasser verwandeln und damit die unterschiedlichen im System vorhandenen Lebensformen unterstützen. In kleinem Stil gibt es solche Systeme bereits, aber die bestehenden technischen Einschränkungen verhindern ihre Skalierung.

NANOTECHNOLOGIE UND MATERIALWISSENSCHAFT

Nächste Generation
  1. Intelligente Materialien

    Konstruierte Materialien, die eine oder mehrere Eigenschaften aufweisen, die entscheidend durch externe Stimuli verändert werden können, und zwar in kontrollierter Art und Weise, wie etwa Druck, Temperatur, Feuchtigkeit, pH oder elektrische bzw. Magnetfelder.

  2. Thermo-Bimetalle

    Thermisch aktivierte Bimetalle würden es Fensterscheiben ermöglichen, bei Lichtexposition Schatten zu spenden und dadurch den Energieverbrauch im Laufe des Tages selbst zu regulieren.

  3. Aerogel

    Dies sind extrem leichte, synthetische und poröse Materialien auf Basis eines Gels, in dem der flüssige Bestandteil durch ein Gas ersetzt wurde. Das Ergebnis ist ein Festkörper mit extrem niedriger Dichte und thermischer Leitfähigkeit, der sich ein wenig wie Polystyrol (Styropor) anfühlt. Mögliche Anwendungen sind verbesserte thermische Isolierung, chemische Absorber zum Reinigen ausgeschütteter Substanzen, elektrochemische Superkondensatoren und Stoßdämpfung.

  4. Auxetische Materialien

    Wenn auxetische Materialien gedehnt werden, strecken sie sich quer zur angewandten Kraft aus. Dies liegt an deren scharnierähnlicher Struktur, die sich bei Dehnung biegt. Auxetische Materialien finden etwa Anwendung beim Körperschutz, bei Verpackungsmaterial, Knie- und Ellbogenschützern, robustem stoßdämpfendem Material und Schwammwischern.

  5. Stark wasserabweisende Materialien

    Inspiriert durch Wasserflöhe, die auf flüssigen Oberflächen treiben, weisen solche Materialien sowohl ölhaltige als auch wasserhaltige Flüssigkeiten ab.

Funktional
  1. Nanoelektromechanische Systeme

    Dies sind Geräte, die elektrische und mechanische Funktionalitäten auf der Nanoebene verbinden. Üblicherweise verbinden sie transistorähnliche Nanoelektronik mit mechanischen Antrieben, Pumpen oder Motoren, wodurch sie physische, biologische oder chemische Sensoren bilden können.

  2. Graphen

    Dies ist eine Substanz aus reinem Kohlenstoff, bei der die Atome in einem normalen Sechseck angeordnet sind, ähnlich wie bei Grafit, allerdings in einlagiger Schicht, die eine Atomlage dick ist. Bei einem Gewicht der Schicht von nur 0,77 mg pro Quadratmeter ist dieses Material unglaublich leicht, aber gleichzeitig stark. Dadurch wird eine Vielzahl von Anwendungen denkbar, unter anderem: Komponenten mit höherem Stärke-Gewicht-Verhältnis, günstigere Solarzellen, preiswertere Displays in Mobilgeräten, Speicherung von Wasserstoff für Autobatterien, medizinische Sensoren, schneller ladende Batterien, Ultrakondensatoren, chemische Sensoren und noch vieles mehr.

  3. Meta-Materialien

    Materialien mit präziser Form, Geometrie und in entsprechender Anordnung, die Licht und Ton auf unkonventionelle Art und Weise beeinflussen können. Das Anwendungspotenzial ist sehr breit, wie etwa Fernanwendungen im Bereich Luftfahrt, Infrastrukturüberwachung, intelligente Verwaltung von Solarenergie, öffentliche Sicherheit, Verbesserung von Ultraschallsensoren und sogar Gebäudeschutz vor Erdbeben.

  4. Biomaterialien

    Biomaterialen sind entweder natürlich oder im Labor synthetisiert und werden zur Verstärkung oder zum Ersatz von natürlichen Körperfunktionen verwendet. Derzeit bereits in eingeschränktem Ausmaß in Verwendung, haben Biomaterialien das Potenzial, die Medikamentenversorgung zu verbessern (durch längere Medikamentenabgabe) oder Transplantationen zu verbessern.

Selbstzusammenbauend
  1. Nano-Fabriken

    Ein angedachtes System, in dem Nano-Maschinen reaktive Moleküle mittels Mechanosynthese kombinieren und dadurch größere und atomisch präzise Teile entstehen lassen. Diese wiederum könnten durch die Positionierung von Mechanismen steigernder Größe zusammengesetzt werden, um makroskopische (auf menschlicher Skala) Produkte zu bauen, die ebenso anatomisch präzise sind.

  2. Großflächige selbst zusammenbauende Materialien

    Prozess, in dem ein ungeordnetes System bereits bestehender Komponenten eine organisierte Struktur oder Muster bildet als Folge von spezifischen lokalen Eingriffen an den Komponenten selbst, und zwar ohne externe Anleitung. Solche Materialien haben das Potenzial, sich selbst zu heilen und nach Wunsch zu wachsen oder zu schrumpfen.

  3. Kontrollierter Selbst-Zusammenbau

    Dies sind Maschinen, die einzelne Atome mit organismusähnlichen Selbstreplizierungs-Fähigkeiten verändern. Diese Bottom-up-Drucker in anatomisch präzisem 3D könnten behutsam DNA-, RNA- oder Proteinsequenzen herstellen.

  4. sich selbst reparierende Materialien

    Eine Klasse intelligenter Materialien, die strukturell die Fähigkeit aufweisen, durch Verschleiß entstandene Schäden zu reparieren. Inspiriert wurde dies durch biologische Systeme, die sich nach einer Verwundung selbst heilen können. Jedes Material (Polymere, Keramik etc.), das Schäden durch reguläre Verwendung selbst reparieren kann, könnte die Produktionskosten zahlreicher industrieller Prozesse dank längerer Lebensdauer der Einzelteile senken. Dazu kommt geringere durch Degradation verursachte Ineffizienz über die Jahre. Außerdem werden zukünftige Kosten für Materialversagen vermieden.

ENERGIETECHNOLOGIE

Speicherung
  1. Thermische Lagerung

    Wird häufig von aktiven Solarkollektoren oder KWK-Kraftwerken gesammelt und in isolierte Speicher übertragen zur späteren Verwendung bei unterschiedlichen Anwendungen wie etwa Heizung von Flächen, Wohnraum oder Industriewasser.

  2. Lithium-Luft-Akkumulator

    Fortschritte bei der Materialtechnologie sorgen für Fortschritte bei Hochenergie-Lithium-Luft-Akkumulatoren, die Energiedichte vergleichbar mit Benzin bieten, wodurch eine fünffache Verbesserung im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkumulatoren entsteht. Durch die Verwendung von atmosphärischem Sauerstoff anstatt eines internen Oxidators könnten diese Akkumulatoren die Reichweite von Elektroautos dramatisch erweitern.

  3. Brennstoff-Zellen

    Anders als Batterien brauchen Brennstoff-Zellen eine ständige Versorgungsquelle aus Brennstoff und Sauerstoff, um zu funktionieren. Allerdings können sie laufend Strom produzieren, solange sie diesen Input erhalten. Erdgas-Turbinen werden damit obsolet. Ideal sind sie zur stationären Erzeugung von Strom oder für große Passagierfahrzeuge wie etwa Busse (besonders bei den zu erwartenden schnellen Entwicklungszyklen in diesem Bereich).

  4. Speicherung und Transport von Wasserstoff-Energie

    Hypothetische Weiterentwicklung bestehender Energienetze, in denen statt Strom Wasserstoff transportiert und gespeichert wird. Könnte in Verbindung mit unterschiedlichen Energieumwandlungs-Methoden zum Einsatz kommen, wodurch Energieverlust minimiert und die Speicherkapazität maximiert wird.

Intelligentes Stromnetz
  1. Intelligentes Energie-Netzwerk

    Hypothetische globale Energie- und Strominfrastruktur und Standards, die austauschbar eingesetzt werden können. Könnte in der Theorie die Eigenschaften des Internets nachahmen in Bezug auf die Kanalisierung von Wärme, Energie, Erdgas (und möglicherweise Wasserstoff) von lokalen und entfernten Quellen je nach globaler Nachfrage.

  2. Verteilte Stromerzeugung

    Die Erzeugung von Elektrizität aus mehreren kleinen Energiequellen anstatt aus großen zentralisierten Anlagen. Zentralisierte Kraftwerke bestechen durch den Skaleneffekt; verschwenden aber Energie bei der Übertragung. Außerdem sind sie ineffizient bei der raschen Anpassung an die Anforderungen des Stromnetzes.

  3. Intelligentes Stromnetz der ersten Generation

    Dabei handelt es sich um Strommessungs-Geräte, die den Verbrauch elektrischer Energie in Echtzeit aufzeichnen und die Information an die Stromgesellschaft zwecks Kontrolle und Abrechnung zurücksenden. Kann für Belastungsausgleich über Entfernung verwendet werden, wie etwa das Ausschalten von nicht essenziellen Geräten in Spitzenzeiten.

Stromerzeugung
  1. Solarenergie im Weltall

    Bezieht sich auf das Einfangen von Solarenergie im Weltall und deren Rücksendung auf die Erdoberfläche mittels Mikrowellen. Der zu erwartende Vorteil ist die höhere Einfangquote als auf der Erde. Im Weltall wird die Übertragung von Solarenergie nicht durch den Filtereffekt von Luftgasen beeinträchtigt.

  2. Thorium-Reaktor

    Thorium kann als Brennstoff in Atomreaktoren eingesetzt werden, wodurch Nuklearbrennstoff in einem Brüter-Reaktor erzeugt wird. Zu den Vorteilen gehört, dass Thorium 10 bis 10.000 Mal weniger langlebigen radioaktiven Müll erzeugt. Darüber hinaus wird es als 100% reines und verwendbares Isotop dem Boden entnommen und benötigt keine Anreicherung.

  3. Mikro-Sterling-Motoren

    Wenige Meter große Stromgeneratoren, die Energie in Kompressions- und Expansionshübe umwandeln. Könnten theoretisch mobil in 3D gedruckt werden und ganze hitzeproduzierende Oberflächen abdecken, um Strom zu erzeugen.

  4. Biotreibstoffe der dritten Generation

    Jenseits der heute bekannten Organismen entstehen Biotreibstoffe der dritten Generation durch Genmanipulation von Organismen, wodurch auf unkonventionelle Art neuartige Treibstoffe geschaffen werden. Beispiele hierfür sind die direkte Erzeugung von Wasserstoff aus hocheffizienten Algen sowie die Erzeugung von Furanen mit hoher Energiedichte für Autos.

  5. Mikro-Atomreaktoren

    Eine kleine, skalierte Ausführung eines Atomreaktors (ca. ein paar Dutzende Meter lang), der an den jeweiligen Einsatzort gefahren oder geflogen werden kann. Derzeit liegt die erreichbare Leistung bei 10 MW; in näherer Zukunft soll sie bei 50 MW liegen.

  6. Trägheitsfusion

    Ein Zugang zur Fusion, der zum Einschluss auf der Trägheit der Brennstoffmasse basiert. Zur Herstellung von Rahmenbedingungen, unter denen der Trägheitseinschluss für einen effizienten Kernfusionsprozess reicht, wird eine Kapsel (üblicherweise in der Form eines kugelförmigen Gehäuses) mit Kernbrennstoff in einem Implosionsprozess komprimiert, wobei hohe Dichte und Temperatur vorliegen.

  7. Transparentes Photovoltaik-Glas

    Glas mit integrierten Solarzellen, das Infrarotstrahlung und Teile des sichtbaren Lichts in Strom verwandelt. Dadurch kann die Stromversorgung für ein gesamtes Gebäude durch das Dach und die Fassade ergänzt werden.

  8. Gezeiten-Turbinen

    Eine Art von Wasserkraft, bei der die Energie der Gezeiten in Strom verwandelt wird. Derzeit nur in kleinem Stil in Verwendung; hat das Potenzial für starke Ausweitung.

  9. Biotreibstoffe der zweiten Generation

    Neue Technologien für Biotreibstoffe wie etwa Cellulose-Ethanol und Biodiesel aus Mikroalgen versprechen die Herstellung von herkömmlicher treibstofftauglicher Energie mit geringen oder null Treibhausgas-Emissionen.

  10. Positionierungs-Roboter für Solarzellen

    Dies sind kleine Roboter, die Solarzellen je nach Wetterlage umpositionieren können. Das ist effizienter, als jede Solarzelle an motorisierten Bauteilen zu befestigen.

DIGITAL- UND KOMMUNIKATIONSTECHNOLOGIEN

Elektronik
  1. Intelligenter Staub-Sensor

    Ein System winziger mikromechanischer Systeme wie etwa Sensoren, Roboter oder anderer Geräte, die etwa Licht, Temperatur, Schwingung, Magnetismus oder Chemikalien nachweisen können.

  2. Memristoren

    Der Unterschied zwischen Memristoren und anderen Basiselementen von Schaltungskreisen ist die Fähigkeit, ohne Strom zu speichern. Es handelt sich um ein neues Material, das doppelt effiziente Leistung als herkömmliche Transistortechnologie verspricht, darüber hinaus mehrere Petabits permanenten Speicher bietet und entweder als Speicher oder CPU rekonfiguriert werden kann – und das in der Größe eines Zuckerwürfels.

  3. Gedruckte Elektronik

    Eine Reihe von Druckverfahren zur Erzeugung elektronischer Geräte auf unterschiedlichen Substraten. Elektrisch funktionale oder OVI-Tinten werden auf das Material aufgebracht, wodurch aktive oder passive Geräte entstehen, wie etwa Dünnschichttransistoren oder Widerstände. Es wird erwartet, dass gedruckte Elektronik breite wenig anspruchsvolle elektronische Anwendungen zu niedrigem Preis ermöglicht, wie zum Beispiel flexible Displays, intelligente Labels, dekorative und animierte Poster und Aktivkleidung mit eingeschränkten Funktionen.

  4. Botsourcing

    Die Zuweisung von physischen und Online-Aufgaben, die bisher von menschlichen Ausführenden erledigt wurden, an einen autonomen Software-Agenten.

  5. Digitale Währungen

    Dabei handelt es sich um digitales Geld als Alternativwährung. Derzeit werden alternative Digitalwährungen nicht von regierungsgestützten Zentralbanken produziert und auch nicht unbedingt von nationalen Währungen unterstützt. Unterscheidet sich von virtuellem Geld in virtuellen Wirtschaftskreisläufen durch ihre Verwendung für Transaktionen in Zusammenhang mit Waren und Dienstleistungen; der Umlauf beschränkt sich nicht auf Online-Spiele.

Netzwerke
  1. Höhenplattformen in der Stratosphäre

    Ein gewissermaßen stationäres Flugzeug, das Netzwerke für ein großes Gebiet zur Verfügung stellt, indem es die Städte in sehr großer Höhe (17-22 km) über mehrere Jahre überfliegt. Dabei handelt es sich letztlich um regionale Kommunikationssatelliten in niedriger Umlaufbahn.

  2. WiGig

    Wireless Gigabit wird Verbindungen mit über 6 Gbps (6.000 Mbps) in Innenräumen herstellen können. Dadurch werden drahtlose Displays möglich, vergleichbar mit dem, was WLAN für drahtlose Netzwerke erreicht hat.

  3. 5G

    Es wird eine fünfte Generation der mobilen Telekommunikation erwartet, von der angenommen wird, dass sie eine neue Ära der Telekommunikations-Standards einläutet und den Weg für einen einzigen Standard ebnet.

  4. MOOCs

    Massive offene Online-Kurse sind Kurse im Internet, die sich an ein großes Publikum wenden und via Internet allen Interessierten Zugang bieten.

Schnittstellen
  1. Alle Sinne umfassende Multi-User-VR

    Eine alle Sinne umfassende Virtual Reality-Umgebung, mit der sich die Userin bzw. der User mittelt direkter Gehirnstimulation verbindet. Durch die Anregung aller Sinne würden die Grenzen zwischen Realität und Fiktion verschwimmen.

  2. Telepräsenz

    Eine Reihe von Technologien, die es Menschen erlauben, sich anwesend zu fühlen, anwesend zu wirken oder via Telerobotik den Eindruck zu erwecken, dass sie an einem anderen als an ihrem tatsächlichen Aufenthaltsort sind.

  3. Wandgroße Bildschirme

    Es ist zu erwarten, dass kachelbare und interaktive Bildschirmtapeten jegliche Oberflächen im privaten und im beruflichen Umfeld einnehmen werden. Rundum-Bildschirme bedienen das periphere Sehen und sorgen für eine Erfahrung mit allen Sinnen.

  4. Brille für Annotated Reality

    Vergleichbar mit dem “Google Glass”-Projekt erlauben diese Brillen die Überlagerung des Sichtfeldes der Nutzerin oder Nutzers mit kontextbezogener Information.

  5. Kontextbasierte IT

    Dies sind Computer, die sowohl ihre Umgebung spüren als auch auf sie reagieren können. Diese Geräte werden über Kontextinformationen zu ihrem Betriebsumfeld verfügen, die auf Regeln und Input von Sensoren basieren, und entsprechend reagieren können. Kontextbasierte Geräte könnten auch Annahmen über die aktuelle Situation von Nutzerin oder Nutzer treffen.