A bis E Zukunftsglossar

Aerogele entstehen aus gelartigen Stoffen, meist auf Silikatbasis, denen durch hohe Temperaturen bzw. Druckveränderungen das Wasser entzogen wird. So entstehen poröse Festkörper, die zu einem hohen Prozentsatz aus Luft bestehen.

Ein Liter dieses Materials wiegt nur 70 bis 100 Gramm. Die Wärmeübertragung, die normalerweise über die Bewegung der Luftmoleküle stattfindet, wird durch die winzigen Poren extrem verringert. Daher sind Aerogele hocheffiziente Dämmstoffe, die als Matten oder Platten in unterschiedlicher Dicke erhältlich sind.

Affective Computing (auch: Emotion Artificial Intelligence, Emotion AI) beschäftigt sich mit der Entwicklung von Systemen bzw. Geräten, die menschliche Emotionen und Affekte automatisiert erkennen, verarbeiten und letztendlich auch simulieren können. Dabei werden Technologien der Künstlichen Intelligenz (KI) genutzt. Ein Kern der Affective Computing-Forschung ist die Entwicklung von Mensch-Computer-Schnittstellen, die gezielt auf wahrgenommene menschliche Emotionen reagieren können.

Chancen einer solchen vermenschlichten digitalen Interaktion sieht man u.a. in den Sektoren Bildung, Medizin, Arbeit und Wirtschaft oder auch im Marketing. So könnte Emotion AI beispielsweise E-Learning-Programme auf emotionale Signale von Lernenden (Ärger, Frustration,…) reagieren lassen, ÄrztInnen in der telemedizinischen Arbeit mit PatientInnen unterstützen oder auch die Entwicklung von Kommunikationstechnologien für Menschen mit Schwierigkeiten in der sozialen Interaktion vorantreiben, z.B. für Menschen mit Autismus.

Bei der Aquaponik wird die Fischzucht in Aquakultur mit der bodenunabhängigen Kultivierung von Nutzpflanzen, zumeist Gemüse oder Kräuter, verbunden. Das durch die tierischen Ausscheidungen mit Nährstoffen angereicherte Wasser aus den Fischbecken wird in geschlossenen Kreisläufen zur Bewässerung und Düngung der Pflanzen in den Gewächshäusern verwendet. Umgekehrt reinigen die Pflanzen das Wasser, das dann wieder den Fischbecken zugeführt wird. Der Einsatz von externen Düngemitteln ist unnötig, da der Nährstoffeintrag über das Fischfutter erfolgt.

Die Technologien für vollautomatisiertes Fahren durch die der Mensch zum Passagier im eigenen Fahrzeug wird, sind vorhanden, jedoch gilt es vor allem im komplexen Straßenverkehr noch eine Vielzahl von Herausforderungen zu meistern. In der Luft sind autonome Manöver leichter zu bewerkstelligen, weshalb seit vielen Jahren an bemannten Flugdrohnen geforscht wird.

Die meisten gegenwärtig in Zulassung befindlichen Modelle sind Senkrechtsstarter. Die auf ein oder zwei Passagiere ausgelegte Flugkabine wird dabei von auf mehreren Armen befindlichen Propellern bewegt (Multicopter). Erste Tests mit autonomen Flugdrohnen zur Personenbeförderung („Flugtaxis“) wurden bereits durchgeführt. Unklarheit herrscht beim rechtlichen Rahmen und bei der Verwendung von verschiedensten Daten, die von immer mehr vernetzten Geräten gesammelt werden. Darüber hinaus sind ethische Fragen zu klären, wenn kein Mensch mehr am Steuer sitzt.

Biologische Bestandteile, wie Enzyme, Mikroorganismen, DNA oder Antikörper, reagieren auf die Zusammensetzung eines zu untersuchenden Mediums (z.B. Wasser, Boden oder Luft). Nach Interaktion des zu testenden Stoffes mit der biologischen Komponente entsteht zunächst ein biologisch-chemisches Signal. In einem direkt angrenzenden physikalischen Sensor (Transducer) wird die biochemische Veränderung in ein elektrisches Signal umgewandelt und zur Auswertung weitergegeben. Biosensoren werden u.a. in der Lebensmitteltechnologie, Medizintechnik oder in der Umweltanalytik verwendet, z.B. zur Überwachung von Trinkwasser oder des Glukosespiegels von Diabetes-PatientInnen. Auch der SARS-CoV-2 Antigen-Schnelltest funktioniert auf Basis von Biosensorik.

Beim Bioprinting wird ein Gerüst aus lebenden Zellen mit Hilfe eines speziellen 3D-Druckers Schicht für Schicht hergestellt und so unterschiedlichste Organe nachgebildet. Gegenwärtig werden zwei grundlegende Hauptverfahren unterschieden: 3D-Bioprinting mittels Laserstrahl bzw. Tintenstrahl. Bei letzterem kommt Bio-Tinte zum Einsatz – zumeist eine Mischung aus biokompatiblen Polymeren und lebenden Zellen. Bei weniger komplexen Organen, wie etwa einem Ohr sind die Entwicklungen schon weit fortgeschritten, ungleich schwieriger ist es die Durchblutung und Funktionsweise etwa eines Herzens zu modellieren.

Einfach erklärt ist eine Blockchain (engl.: chain – dt.: Kette) eine verteilte, öffentliche Datenbank. Sie funktioniert wie ein Notizbuch, das auf viele verschiedene Rechner verteilt ist. Jeder Netzwerk-Knoten verfügt über eine vollständige Kopie. Eine einzige zentrale Speicherung wie es gegenwärtig meistens der Fall ist, z.B. lokal am PC, auf Firmenservern oder in der Cloud, gibt es nicht mehr. Soll nun ein neuer Eintrag ins Notizbuch erfolgen, gibt es keine autorisierende Stelle mehr, sondern die Durchführung (= Transaktion) wird per Mehrheits-Konsens auf ihre Richtigkeit überprüft und abgespeichert. Mehrere Transaktionen werden in einen Block zusammengeführt und an den vorherigen angereiht (= Kette, daher der Name Blockchain).

Beim Bodyhacking wird der menschliche oder tierische Organismus mit Hilfe von implantierten Geräten oder Biochemikalien verändert – meist mit dem Ziel einer Verbesserung. Der Trend der systematischen Selbstoptimierung beim Menschen kommt aus dem Leistungssport. Ziel dabei ist optimale Leistungsfähigkeit, besserer Schlaf, mehr Energie, gesteigertes Wohlbefinden und verbesserte Konzentration.

Im Zuge der Digitalisierung lassen sich immer mehr Personen Chips und Magneten unter die Haut implantieren, um beispielsweise Türen zu öffnen, Geräte zu steuern, Rechnungen zu bezahlen oder Metall aufzuspüren. Mithilfe von technischen Erweiterungen können Menschen aber auch Farben hören sowie Gerüche wahrnehmen, zu denen keine Entsprechungen in der Luft vorhanden sind. Auch High-tech-Prothesen werden zusehends mit dem menschlichen Körper direkt verbunden, um eine Ansteuerung über die Nervenenden und damit eine natürliche Bewegung zu ermöglichen,

Bodyhacking geht von kleinen Eingriffen bis hin zu kybernetischen Körperteilen, die übermenschliche Fähigkeiten ermöglichen. Globale Standards und Vereinbarungen sind unabdingbar, um einem Missbrauch dieser technologischen Errungenschaften vorzubeugen.

Ähnliche Begriffe: Biohacking, Cyborging, Human Augmentation, Human Enhancement

Gehirn-Computer-Schnittstellen, ein Anwendungsbereich der Neurotechnik, beruhen auf der Tatsache, dass bereits die Vorstellung eines Verhaltens die elektrische Hirnaktivität messbar verändert. Die elektrischen Impulse werden nichtinvasiv meist mittels Elektroenzephalografie (EEG) oder invasiv durch implantierte Elektroden aufgezeichnet. Mit Hilfe von Rechnern werden die Muster erkannt und in Steuersignale umgewandelt.

Die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine ist bei allen bisher entwickelten Brain-Computer-Interfaces nur in einer Richtung möglich. Der Mensch teilt dem Rechner kraft seiner Gedanken Informationen mit, die Antwort des Computers wird jedoch ausschließlich über Bilder, Töne oder elektrische Reizung der Haut vermittelt.

 

Ein wichtiger Anwendungsbereich von Brain-Computer-Interfaces stellt die Unterstützung von Menschen mit körperlicher Beeinträchtigung dar. Mit einer Buchstabiermaschine können beispielsweise Menschen mit beeinträchtigter Sprechmuskulatur durch ihre Gehirnströme einen Cursor steuern und so kommunizieren.

Die Forschungen werfen viele bisher noch ungelöste ethische Fragen auf. Das Gehirn ist der Sitz menschlicher Individualität und Persönlichkeit. Wenn Chips im Gehirn humanes Denken und Handeln beeinflussen, dann wird die Trennungslinie zwischen Mensch und Maschine unklar. Durch Verschaltungsprozesse können auch Manipulationsmöglichkeiten entstehen.

Bei Calm-Technologien ist die Interaktion zwischen Mensch und Technologie so gestaltet, dass sie die überwiegende Zeit ohne menschliches Zutun im Hintergrund läuft. Die Aufmerksamkeit der BenutzerInnen wird nur in Ausnahmefällen beansprucht, etwa wenn Fehler auftreten oder eine Information verlangt wird. Damit wird die Reizüberflutung durch die zunehmende Digitalisierung in unserer Umgebung reduziert und Technologien werden wieder das, was sie sein sollten: eine Unterstützung des Menschen, die unser Leben erleichtert.

Beispiele sind Smart Home-Technologien, die dezent im Hintergrund die Raumtemperaturen regeln, den Wohnraum überwachen oder für genügend Frischluft sorgen. Auch eine Videokonferenz ist für den Menschen beruhigender als eine Telefonkonferenz, da die Person jederzeit sieht, wie viele und welche Menschen anwesend sind und wer gerade am Wort ist.

Cloud Computing stellt Ressourcen und Services wie Rechenleistung, Software oder Speicherplatz in zentralen Rechenzentren innerhalb eines Netzwerks (Cloud) zur Verfügung. Es werden drei unterschiedliche Servicemodelle, die zumeist über das Internet bereitgestellt werden, unterschieden:

• Infrastructure as a Service (IaaS)
• Platform as a Service (PaaS)
• Software as a Service (SaaS)

Die Nutzung dieser Dienstleistungen erfolgt über Schnittstellen wie einem Web-Browser, die Abrechnung für kostenpflichtige Leistungen erfolgt zumeist über Abo-Modelle. Cloud Computing bietet zahlreiche Vorteile, wie hohe Flexibilität und Produktivität sowie Wirtschaftlichkeit. Führende Anbieter im Cloud-Computing-Umfeld sind Amazon Web Services, Microsoft und Google.

Die Architektur des Cloud Computings besteht aus folgenden drei Ebenen:

1. Cloud-Ebene
2. Fog-Ebene
3. Edge-Ebene

Das sog. CRISPR/Cas-System (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – kurz: CRISP) ist eine neue Methode der Genom-Editierung, die auf ein gegen Viren schützendes, adaptives Immunsystem von Bakterien zurückgeht. Genom-Editierung ist ein Sammelbegriff für molekularbiologische Verfahren zur gezielten Veränderung von DNA (Desoxyribonukleinsäure) von Pflanzen, Tieren und Menschen. Beim CRISPR/Cas-System „merkt sich“ die Immunabwehr DNA-Sequenzen des Erregers und zerschneidet deren DNA bei neuerlicher Infektion.

„Bei der einfachsten Variante injiziert man RNA in die Zelle, die ein Protein namens Cas9 und eine beliebige Erkennungssequenz kodiert. Die Zelle stellt anhand der RNA das Protein her, dieses findet die beigefügte Erkennungs-RNA und geht an die Arbeit: Cas9 schneidet doppelsträngige DNA – und zwar genau an der Stelle, die ihm das assoziierte RNA-Stück vorgibt.“ (spektrum.de am 3.11.2021)

 

Der Begriff Customer Journey (dt.: Kundenreise) stammt aus dem Marketing. Er umfasst sämtliche Berührungspunkte der Kundschaft mit einem Produkt oder einer Dienstleistung, vom Erstkontakt in Form des Aufmerksamwerdens bis zur sog. Zielhandlung, also z.B. dem Kauf. Diese Berührungspunkte werden in der Fachsprache Touchpoints genannt. Unternehmen streben die Optimierung der Customer Journey an – mit dem Ziel der optimierten Kundenkommunikation, positiver Kundenbeeinflussung, zufriedener KonsumentInnen und natürlich der verbesserten Unternehmensperformance.

Ein Cyborg ist ein Lebewesen, das durch den Einsatz von Technik erweitert ist. Der Begriff leitet sich vom englischen „cybernetic organism“ (dt.: „kybernetischer Organismus“) ab. Beim Menschen wird oft von Mischwesen zwischen Mensch und Maschine gesprochen. 
Cyborgs sind technisch veränderte Lebewesen und als solche nicht mit Robotern und Androiden zu verwechseln, die als Maschinen rein künstliche Geschöpfe sind.

Der weltweit erste offiziell anerkannte Cyborg ist Neil Harbisson mit seiner in den Schädel implantierten Cyborg-Antenne, die seinen Farbsinn über die menschliche Wahrnehmung hinaus erweitert.

Data-Mining (engl.: data – dt.: Daten, engl.: mining – dt.: Abbau, Bergbau) ist ein Begriff aus dem IT-Wesen. Dabei werden computergestützte Analyse-Methoden systematisch angewendet, um in vorhandenen großen Datenbeständen Querverbindungen, Muster und Trends zu erkennen. Algorithmen und Künstliche Intelligenz kommen dabei zur Anwendung. Basis für die eingesetzten Programme sind Erkenntnisse aus Informatik, Mathematik und Statistik.

Data-Mining wird u.a. im Marketing und Online-Handel (z.B. Analyse des Kaufverhaltens), im Tourismus, Finanzwesen (z.B. Risikoanalysen), in der Energieversorgung (z.B. Bedarfsprognostik) und in der Medizin betrieben.

Wird ein Mensch bei seiner Entscheidungsfindung durch mehr oder weniger subtile Signale in eine bestimmte Richtung „gestupst“, ohne dass dabei auf Zwang oder finanzielle Anreize zurückgegriffen wird, nennt man das Nudging (deutsch: anstoßen, anschubsen).

Dies kann z.B. ein Hinweis auf Funktionalitäten oder Produkte sein – ähnlich wie die Empfehlung von VerkäuferInnen. Beim sog. Digital Nudging (deutsch: digitale Einflussnahme) erfolgt diese Beeinflussung über den Online-Sektor, z.B. mittels grafischem Design auf den Homepages von Unternehmen (durch Farbgestaltung, Nutzung von Elementen wie Sprechblasen etc.), durch Vorauswahl bestimmter Optionen (z.B. Voransetzen von „Trinkgeld geben“ bei mobilen Zahlungsapps) oder auch durch (personalisierte) Werbeeinschaltungen auf sozialen Medien.

 

Der boomende Online-Handel mit Kleidung hat einen gravierenden Nachteil: viele zurückgeschickte Pakete aufgrund unpassender Kleidungsstücke. Zukünftig erfasst ein 3D-Bodyscanner in nur wenigen Sekunden die individuellen Körpermaße. Die ermittelten Werte werden in eine spezielle Software überführt, die einen digitalen Avatar erstellt mit dessen Hilfe virtuelle Anproben von Kleidungsstücken in vernetzten Webshops möglich sind.

Mittlerweile gibt es auch verschiedene 3D-Scanner-Apps mit denen das eigene Smartphone für die Körpervermessung verwendet werden kann. Mit den digital erfassten Werten wird nicht nur der virtuelle Kleiderkauf einfacher, es kann auch maßgeschneiderte Kleidung auf Knopfdruck in Auftrag gegeben werden.

Der digitale Zwilling (engl.: digital twin) ist das virtuelle Modell eines (materiellen oder immateriellen) Objektes oder Prozesses aus der realen Welt. Wurden digitale Zwillinge anfangs hauptsächlich zur Erstellung von Vorhersagemodellen und zur Durchführung von Simulationen eingesetzt, wurde ihre Anwendung mit zunehmender Technologisierung und Digitalisierung deutlich erweitert. Mittlerweile werden damit auch gewünschte Zustände überwacht und können Maßnahmen zur Erreichung derselben gesetzt werden.

Das Einsatzfeld ist groß und wächst ständig. Einige Beispiele: In der Fertigung können Produktentwicklung und -design, Überwachung, Wartung und Optimierung mithilfe digitaler Zwillinge erfolgen. Raumplanung und Architektur planen mit digitalen Modellen, Logistik und Transportwirtschaft nutzen und entwickeln so z.B. die intelligente Steuerung von Lagerhäusern, Frachthäfen oder –bahnhöfen. In der personalisierten Medizin hilft der digitale Zwilling bspw. bei der Produktion von Prothesen oder der Vorbereitung von Operationen.

Diversilienz, ein von der Oö. Zukunftsakademie entwickelter Kunstbegriff als Synthese aus Diversität und Resilienz, ist eine fundamentale nachhaltige Strategie für die Robustheit von Menschen und Systemen. Sie geht davon aus, dass Diversität ein generell die Resilienz fördernder Faktor verschiedenster natürlicher sowie von Menschen geprägter Systeme ist.

Diversilienz fungiert als stabile Basis gesunden Lebens und Handelns, wirkt nachhaltig und bereitet auf heikle Zeiten vor. Sie baut auf folgendem Fundament auf:

• Diversität ist die Basis unseres Lebens

• Diversität fördert Innovation

• Resilienz bringt Stabilität

• Diversilienz verschränkt Systeme

• Diversilienz ist eine aktive Krisenversicherung

DNA ist die Abkürzung für Desoxyribonukleinsäure (engl. deoxyribonucleic acid). Sie ist Träger der Erbinformation. Bei einer DNA-Impfung sind im Impfstoff genetische Informationen des Erregers enthalten, über die der Bauplan für Antigene in die Zellen des Empfängers eingeschleust wird. Sobald genügend Antigene von den Zellen des Empfängers hergestellt wurden, ist dieser im Falle einer Infektion immun.
 

DNA-Impfstoffe gehören zu den genbasierten Impfstoffen. Sie sind einfach und kostengünstig in der Herstellung und nebenwirkungsarm, jedoch besteht durch den Gentransfer die (theoretische) Gefahr der Entstehung von Autoimmunerkrankungen, Resistenzen gegen Antibiotika und möglicherweise auch einer Tumorbildung. Weitere Forschungen sind nötig.

Die Kurzform Edge AI steht für Edge Artificial Intelligence und meint den Einsatz der Künstlichen Intelligenz am Rande eines Netzwerks (engl.: edge – dt.: Rand). Sie ist nämlich eine Anwendung, bei der die mathematischen Algorithmen der Künstlichen Intelligenz nicht mehr auf einem Server oder in einer Cloud sondern direkt am Endgerät gespeichert sind. Das können bspw. Kameras, VR-Brillen oder auch Drohnen sein.

Zu Edge AI-Systemen zählen jeweils Sensoren, Computing-Chips bzw. Computing-Prozessoren (hier werden die intelligenten Datenanalysen durchgeführt) sowie eine Kommunikationsschnittstelle, über die wesentliche ermittelte Metadaten an einen Server geschickt werden.

Die Wissenschaft sieht die Potenziale von Edge AI u.a. in einer deutlichen Reduktion des Energieverbrauchs, da der Datentransfer von Cloud zum Endgerät und retour maßgeblich reduziert wird, in einer schnelleren Datenverarbeitung, in der Emanzipation von stabilen Netzwerkverbindungen sowie in einer höheren Sicherheit, weil Daten zur Verarbeitung den lokalen Speicher nicht mehr verlassen.

Die Verarbeitung immenser Datenmengen in Echtzeit stellt innerhalb einer Cloud hohe Anforderungen an die Datenübertragung zwischen den Endgeräten und der zentralen Recheneinheit. Um Real-time-Operationen zu gewährleisten und die Leitungen zu entlasten,  werden Teile der Datenverarbeitung dezentralisiert und direkt an den Endgeräten durchgeführt, die sich sozusagen am Rand des Netzwerks befinden (engl. edge = Rand, Ecke). Edge Computing verfügt zudem über eine höhere Sicherheit, da die Daten das lokale Netzwerk zur Verarbeitung nicht verlassen.

Edge Computing ist für die Verwendung im Internet der Dinge konzipiert, bei denen kleinere Datenverarbeitungsprozesse dezentral abgewickelt werden. Mögliche Anwendungsbereiche sind intelligente Verkehrssysteme (z.B. Car2Car-Kommunikation), Virtual Reality-Anwendungen oder die Vernetzung der Produktionsanlagen in einer Industrie 4.0.

Elektronische Textilien, die etwa mit elektrisch leitenden Fasern durchwebt sind oder auch elektronische Bauteile enthalten, werden in immer mehr Kleidungsstücken zu finden sein. Sie können sich mit dem Smartphone koppeln, Strom durch die Körperbewegung erzeugen, mit Hilfe von Sensoren die körperliche Fitness überwachen und ermöglichen individuell angepasste Farb- und Temperaturänderungen. Gegenüber konventionellen elektronischen Produkten sind E-Textilien flexibel formbar und besonders leicht. Sie sind somit besonders geeignet für Anwendungen, bei denen das Gewicht eine wesentliche Rolle spielt.

Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig: in den Bereichen Medizin, Sport und Arbeitssicherheit kann der Gesundheitszustand bzw. die Leistung durch Messung von Vitalparametern überwacht werden. Zu den zahlreichen Herausforderungen zählt die Waschbarkeit der neuen Textilien. Um Kochwäsche und chemische Reinigung zu überstehen, müssen die Textilien nicht nur knick-, sondern auch korrosionsbeständig sein.

In vielen Megastädten der Welt ist das Platzangebot an der Oberfläche begrenzt und so wird zukünftig vermehrt auch der Untergrund für Wohnen, Arbeit und Freizeit genutzt werden. Verlassene Minen, stillgelegte Bunker, alte U-Bahnschächte sind die ersten Bereiche in die neues Leben gelangen soll.

Visionäre DenkerInnen gehen noch einen Schritt weiter und planen viele Stockwerke tiefe „Erdkratzer“. Durch ausgeklügelte Bauweisen soll Sonnenlicht bis weit hinunter gelangen und auch neue Technologien wie flächige organische LEDs könnten zum Einsatz kommen, um Tageslicht zu simulieren.