Wie kann Solarenergie besser gespeichert werden? Wie lassen sich die zahlreichen Flüchtlinge integrieren? Und: wird demnächst ein superschneller Quantencomputer auf unseren Schreibtischen stehen?
Diesen und weiteren spannenden Fragen widmeten sich die Mitglieder der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) bei ihrer öffentlichen Gesamtsitzung am 18. Dezember 2015. Unter dem Motto „Zukunftsweisende wissenschaftliche Herausforderungen“ diskutierten Forscher/innen der ÖAW, welche Erkenntnisse und Problemstellungen in den nächsten Jahren in ihren Fächern zu erwarten sind.
Tutenchamun goes digital
Den Auftakt machte die Ägyptologin und Archäologin Julia Budka. Sie stellte mögliche Zukunftsszenarien ihres Fachgebietes vor, das tief in der Vergangenheit schürft, gleichzeitig aber besonders von den politischen Verhältnissen der Gegenwart betroffen ist. „Ägyptologie ist nie unpolitisch“, sagte Budka. Damit meinte die START- und ERC-Preisträgerin nicht nur die administrativen Hürden, vor denen grenzüberschreitende Projekte oft stehen, sondern auch die Verpflichtung der Archäologie in ihren Grabungsländern Verantwortung zu übernehmen.
Doch nicht nur die Politik, auch die Anwendung neuer Technologien, wie Laserscans oder Mikromorphologie, wird die Archäologie in den nächsten Jahren grundlegend verändern, so Budka. Das Stichwort ist hier: Big Data. Denn in den Geisteswissenschaften werden die elektronische Archivierung und Aufbereitung der zusammengetragenen Daten ein großes Thema sein. Die Digital Humanities klopfen somit auch an die Tür der klassischen Archäologie.
Integration erforschen
Nicht digital sondern ganz real ist die derzeitige Flüchtlingssituation in Österreich. Heinz Fassmann, Obmann der ÖAW-Kommission für Migrations- und Integrationsforschung, plädierte angesichts der nicht abreißenden Ankünfte von Flüchtlingen für eine wissenschaftliche Begleitforschung bei der Integration von Asylberechtigten. Fassmann, der auch Direktor des Instituts für Stadt- und Regionalforschung der ÖAW und Vizerektor der Universität Wien ist, stand dem unabhängigen Expertenrat vor, den Bundesminister Sebastian Kurz beauftragt hatte, wissenschaftlich fundierte Empfehlungen für Maßnahmen zur bestmöglichen Integration von Flüchtlingen abzugeben. Fassmann betonte, dass es für das Gelingen dieser Integration wesentlich auf fundierte wissenschaftliche Daten ankomme. So müsse etwa erhoben werden, mit welchen Erwartungen und Einstellungen Flüchtlinge nach Österreich kommen und welche Wertvorstellungen sie in ihre neue Heimat mitbringen. Der ÖAW, so Fassmann, käme dabei heute und in Zukunft eine besondere Aufgabe zu: Als multidisziplinärer Wissens-Hub verfüge sie über eine umfassende Expertise zur Thematik, die sie in die Forschung und in die öffentliche Diskussion einbringen könne.
Industrie 4.0 kommt
Die Zukunft des Zusammenlebens wird nicht nur von gesellschaftlichen, sondern auch von technologischen Fragen bestimmt. Industrie 4.0 zählt zu einer dieser technologischen Entwicklungen, denen großes Innovationspotential zugetraut wird. Der Begriff bezeichnet eine vierte „industrielle Revolution“, ausgelöst durch die Anwendung von digitalen Kommunikationstechnologien in der industriellen Herstellung. „Smarte“ Fabriken sollen so in naher Zukunft echtzeitfähige und intelligente Produktionssysteme verwenden, die eine Massenfertigung nach Maß und exakter Nachfrage ermöglichen.
Hans Irschik, wirkliches Mitglied der ÖAW, Mechatroniker und Leiter des Linzer Institute of Technical Mechanics, beleuchtete die wissenschaftlichen Herausforderungen hinter dem Hype um „Industrie 4.0“. So führe das Konzept der just-in-time-Produktion zu neuen Anforderungen im Bereich der Informatik. Doch die umfassende Reduzierung unnötiger Maschinenrüstzeiten – im Fachjargon als optimale Losgröße 1 bezeichnet – sei keine Utopie mehr. Irschik: „Losgröße 1 wird möglich sein.“
Solarenergie speichern
Ob Industrie 3.0 oder Industrie 4.0 – die Fertigung des 21. Jahrhunderts muss möglichst ressourcenschonend sein. Die Gespräche beim Weltklimagipfel in Paris haben erneut vor Augen geführt, dass Alternativen zu fossilen Brennstoffen entscheidend für eine nachhaltige ökologische Entwicklung sein werden.
Der Materialchemiker Ulrich Schubert, wirkliches Mitglied der ÖAW und Professor an der TU Wien, stellte das Konzept des US-amerikanischen Solar Fuels Institute vor, das daran forscht, wie mit Hilfe von Sonneneinstrahlung Bestandteile der Luft und des Wassers direkt in Treibstoff umgewandelt werden können. Bis zum flächendeckenden Ausbau solcher erneuerbarer Energien wird es aber noch dauern, denn: „Die große Herausforderung ist weniger die Umwandlung als die Speicherung von Energie“, so Schubert.
Neue Architektur für Quantencomputer
Energie war auch das Stichwort für Peter Zoller und Wolfgang Lechner vom ÖAW-Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) Innsbruck. Denn sie konnten erst kürzlich dem Quantencomputer einen zusätzlichen Entwicklungsschub verleihen. Bereits seit einigen Jahren wird weltweit und intensiv an diesem geforscht. Noch ist er Zukunftsmusik, aber führende Forscher/innen in diesem Bereich, wie Quantenphysiker Anton Zeilinger, sind überzeugt davon, dass er kommt. Die Innsbrucker Wissenschaftler haben eine neuartige Architektur vorgeschlagen, die bestehende Einschränkungen in der Programmierbarkeit von Quantencomputern beseitigt und sie damit vielseitiger einsetzbar machen könnte.
Denn bisher kämpfen Quantencomputer mit einer Schwierigkeit: Damit sie funktionieren, müssen alle Quantenbits miteinander wechselwirken. Wenn man sich zehn Personen vorstellt, die alle einander gleichzeitig berühren sollen, bekommt man einen Eindruck von dem Problem. Doch dem Team am IQOQI ist eine Lösung eingefallen. Sie erhöhen die Anzahl der Quantenbits und betrachten, wie sie mit einem äußeren Feld, zum Beispiel einem Magnetfeld, wechselwirken. Um beim Beispiel zu bleiben: Nur noch benachbarte Personen müssen sich die Hände reichen, von außen können sich beliebig viele dazugesellen. Damit rückt der Quantencomputer ein weiteres Stückchen näher.
Maßgeschneiderte Medizin
Um Computer ging es auch bei den Medizinern und ÖAW-Mitgliedern Helmut Denk und Kurt Zatloukal. Konkret standen modernste Bildgebungs- und Analyseverfahren sowie die sogenannte „personalisierte Medizin“ im Mittelpunkt ihres Vortrags. Bereits heute können durch die Anwendung von molekularbiologischer und morphologischer Analytik die individuellen Charakteristika einer Erkrankung beim einzelnen Patienten viel genauer berücksichtigt werden. Das ermöglicht eine bessere Früherkennung, exaktere Diagnosen und eine höhere Wirksamkeit von Therapien bei weniger Nebenwirkungen.
Das Ende dieser Entwicklungen sei noch nicht erreicht, so Denk und Zatloukal. Und zwar nicht nur in der Medizin selbst, sondern auch in angrenzenden Wissenschaften wie der Medizininformatik. Diesem Fach komme zukünftig sogar eine bedeutende Rolle zu, um die medizinische Datenflut mittels Computern zu verwalten, zu analysieren und zu visualisieren.
Was kommt als nächstes?
Stehen sie also bald auf unseren Schreibtischen, die Quantencomputer? Vielleicht sogar solarbetrieben und in Industrie 4.0-Firmen produziert? Welche medizinischen Möglichkeiten könnten sie eröffnen? Was würde eine verbesserte Rechenleistung für die Digital Humanities bedeuten? Besonders wenn man die einzelnen wissenschaftlichen Innovationen, an denen derzeit geforscht wird, vernetzt betrachtet, scheint die Zukunft ein spannender Ort in der Zeit zu sein. Und – das haben alle Beiträge bei der Gesamtsitzung der ÖAW demonstriert: Die Zukunft ist näher als man denkt. Sie Gegenwart werden zu lassen, daran wird täglich an der ÖAW geforscht.