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Feature Stories - Wir präsentieren: Pioniere zukünftiger und neu entstehender Technologien

Mutig voran: Lasst uns die Grenzen von Wissenschaft und Technik ausloten! So lautet das unausgesprochene Motto des Programms "Neue und künftige Technologien" (Future and Emerging Technologies Programm, FET), das seit mehr als 20 Jahren Forscher in ganz Europa mit Finanzmitteln unterstützt und sie dazu inspiriert, ganz neue Fundamente für die Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) zu legen.

Digitale Wirtschaft

Die Avantgardeforscher der IKT-Pionierforschung haben nicht immer einen typischen IT-Hintergrund vorzuweisen und wandeln auch eher selten auf traditionellen akademischen Karrierepfaden. Das FET-Programm der Europäischen Kommission fördert unkonventionelle Kombinationen wie Chemie und Informatik, Physik und Optik, Biologie und Datentechnik. Die von FET finanzierten Forscher werden von Ideen und einer Zielstrebigkeit und Wissbegier angetrieben, die tatsächlich die Grenzen von Wissenschaft und Technik versetzen können. Innerhalb des FET-Programms fördert man naturgemäß eher Projekte, die in wissenschaftlicher Hinsicht mit "hohem Risiko" behaftet sind. Aber wie in jeder neuen Herausforderung gilt: je höher das Risiko, desto höher auch die potenziellen Erträge, ganz zu schweigen von den Vorteilen eines unternehmerischen Erstanbieters, wenn es dann die neuen technologischen Entwicklungen bis auf den Markt geschafft haben. Langfristige Investitionen in die Forschung wie diese mögen in schwierigen wirtschaftlichen Zeiten nicht ohne Weiteres zu rechtfertigen sein. Entwickler politischer Strategien sollten jedoch der Versuchung widerstehen, die Finanzierung für derart wegweisende Programme zu kürzen, mahnte Neelie Kroes, für die Digitale Agenda zuständige EU-Kommissarin, bei der Halbzeitkonferenz "Building FET Flagships", die vor kurzem in Polen stattfand. "Die heutigen wirtschaftlichen Herausforderungen sollten Europa nicht davon ablenken, die Langfristigkeit [der Strategie] des nachhaltigen Wachstums von Investitionen in Humankapital, wissenschaftliche Erkenntnisse und moderne Technologien im Auge zu behalten", betonte Neelie Kroes. Zur Meisterung dieser Herausforderungen unterstützt das FET-Programm folgende langfristige IKT-Programme: - FET-Open mit seinen einfachen und schnellen Mechanismen zur Aufnahme neuer Ideen für Projekte ohne vorgefasste Grenzen oder Fristen; - FET-Proactive mit einer Vorkämpferposition in Bezug auf die "transformative" Forschung, wobei das Programm den Aufbau von Gemeinschaften rund um einige fundamentale, langfristige IKT-Herausforderungen unterstützt; und - FET Flagships, die "Flaggschiffe", die querfeldein nationale und europäische Programme durchkreuzen, um Spitzenforscherteams zu vereinen, die ehrgeizige, groß angelegte, wissenschaftsorientierte Forschung mit einem visionären Ziel verfolgen. Insgesamt soll FET als IKT-Brutkasten und Wegbereiter für neue Ideen dienen. Es schöpft die Kraft aus der Synergie zwischen Forschern und Arbeitsgruppen auf verschiedenen Gebieten, großen und kleinen Einrichtungen oder verschiedenen Standorten. Der wendige und innovative Ansatz des FET-Programms zur Förderung von IKT-Forschungsprojekten richtet sich gleichermaßen an KMU und junge Forscher, die durchaus gute Ideen haben, aber oft nicht über die nötige Rückendeckung verfügen, um sie auch voranzubringen. Genau deshalb startete die Europäische Kommission ihre FET House-Plattform , die jungen Leuten die Entscheidung, IKT-Karrieren einzuschlagen, erleichtern soll, und man entwickelte spezielle Programme, um KMU und junge Forscher dabei zu unterstützen, noch mehr vom FET-Programm profitieren zu können. Rund um die Projekte Innerhalb von FET dreht sich alles rund um die Forschungsprojekte und die herausfordernden Ideen, von denen sie angetrieben werden. So erkundet das MINOS-Projekt ("Micro- and nano-optomechanical systems for ICT and QIPC") die Eigenschaften des Lichts, insbesondere dessen unerwartete "kalte Seite", um zu einem besseren Verständnis der Grenzen der Quantentheorie zu gelangen. "Die Quantenmechanik beschreibt das Verhalten von Elektronen und Atomen, aber nicht immer 'makroskopische' Objekte", lautet es in einem aktuellen Bericht des New Scientist. "Ein Weg, um eingehend zu untersuchen, wo und warum Quantengesetze gebrochen werden, ist, das Quantenverhalten in immer größeren Objekten zu erzeugen." MINOS bringt die Mechanik in das digitale Zeitalter zurück, indem optomechanische Effekte angewandt werden, was ein völlig neues Gebiet der steuerbaren Licht-Materie-Interaktion im Mikro- und Nanobereich eröffnet. Europa zählt auf diesem jungen und aufstrebenden Gebiet der mikro- und nanooptomechanischen Systeme (MOMS/NOMS) zu den Hauptakteuren. "Diese Experimente sind neben der Tatsache, dass sie einen Einblick in das zugrundeliegende Quantenverhalten mesoskopischer Systeme liefern, die aus Milliarden Atomen bestehen, die ersten Schritte hin zur Nutzung mechanischer Einrichtungen als Instrumente der Quantenmetrologie oder als ein Mittel zur Kopplung von Hybrid-Quantensystemen", merkt das Fachjournal Nature zu dieser innovativen Arbeit an. An zukunftsweisendem Forschergeist kaum zu übertreffen ist auch das Biotact-Projekt ("Biomimetic technology for vibrissal active touch"), in dem Biologie und IKT vereint mit neuen Sensortechnologien und Rechenverfahren aufwarten. Biomimetik - auch Bionik - umfasst vom Menschen erschaffene Prozesse, Substanze, Geräte oder Systeme, die die Natur nachahmen. Biotact orientiert sich an der Wanderratte und der Etruskerspitzmaus, die wahre Spezialisten des Tastsinns sind und durch das Hin- und Herstreichen ihrer Schnurrbarthaare die Umgebung erkunden. Das FET-Projekt hat diese Fähigkeiten der Vibrissen im Detail untersucht und einen autonomen Roboter mit Tasthaaren gebaut (siehe Demonstrationsvideo, verfügbar bei The Guardian), der sich nach Angaben des Teams buchstäblich "seinen Weg erfühlt" und dabei "beharrlich das Ziel verfolgend und präzise um ein Objekt herumtanzt, um eine möglichst vollständige taktile Wahrnehmung von dessen Konturen zu gewinnen." Zu den Anwendungen gehören Objekterkennung, Klassifikations- und Sortieraufgaben, verbesserte Service- oder Haushaltsroboter, Leitsysteme für Geländefahrzeuge und für die Raumfahrt, Such- und Rettungsdienste an Land oder im Wasser, sowie Gesundheitswesen und Medizin. In ähnlicher Weise arbeitet das Octopus-Projekt an neuartigen Entwurfsprinzipien und -technologien für eine neue Generation überaus gewandter Weichkörperroboter, die von Morphologie und Verhalten der Kraken inspiriert sind ("Novel design principles and technologies for a new generation of high dexterity soft-bodied robots inspired by the morphology and behaviour of the octopus"). Kraken, eine Teilgruppe der Tintenfische, sind Meisterwerke der Natur. Sie haben äußerst hoch entwickelte Tastsinne mit unendlich vielen Freiheitsgraden, feine Manipulationsfähigkeiten und hochgradig verteilte Steuerungsmechanismen. Das FET-Projekt konnte die komplizierten Bewegungen und Tastfunktionen eines echten Krakenarms analysieren und replizieren, der sich ausstrecken und Objekte unter Wasser greifen kann, wie unter Demonstrationsvideos zu sehen ist. Einfach genial "Lichtschalter, TV-Fernbedienungen und sogar Hausschlüssel könnten dank der in Europa entwickelten Hirn-Computer-Schnittstellen-Technologie (Brain-Computer Interface, BCI), die den Nutzer allein mit der Kraft der Gedanken alltägliche Aufgaben lösen lässt, bald der Vergangenheit angehören." So beginnt eine Geschichte zu IKT-Ergebnissen über ein bahnbrechendes EU-finanziertes FET-Projekt mit dem Titel Presenccia*. Primäre Anwendungen der BCI finden sich im Bereich Spiele/virtuelle Realität, Heimunterhaltung und häusliche Pflege, aber die Projektpartner sehen in ihrer Arbeit auch die Möglichkeit der Unterstützung von medizinischen Fachkräften. "Eine virtuelle Umgebung könnte angewandt werden, um eine behinderte Person darin zu trainieren, einen elektrischen Rollstuhl über eine BCI zu steuern", erklärte Mel Slater, Koordinator des Projekts. "In der virtuellen Realität kann der Patient viel sicherer als in der realen Welt lernen, wo Fehler auch gesundheitliche Folgen haben können." FET-Projekte haben außerdem starkes Interesse an der Schnittstelle zwischen Biochemie und IKT und legen die Grundlagen für völlig neue Arten von Informationsverarbeitungstechnologien, die von chemischen Prozessen in lebenden Systemen inspiriert sind. Chemische Rechenverfahren dieser Art öffnen die Tür zu neuen Ebenen der parallelen Verarbeitung. Biologische Systeme verfügen gleichermaßen über die Fähigkeit, sich anzupassen, sich weiterzuentwickeln und sich in Reaktion auf sich ändernde Bedingungen wie etwa einen Netzwerkausfall neu zu konfigurieren. So verfolgt zum Beispiel das Projekt Bactocom - "Bacterial computing with engineered populations" - das Ziel, einen einfachen "Nasscomputer" aus Bakterien zu bauen. Im Matchit-Projekt ("Matrix for chemical IT") werden die internen Funktionen einer biologischen Zelle imitiert und winzige chemische Behälter bzw. "Chemtainer" in Siliziumchips geätzt. Hierbei handelt es sich um ein innovatives Beispiel für die Konvergenz zwischen Chemie und IKT. In einem anderen Beispiel für von der Natur inspirierter wissenschaftlicher Arbeit wurde innerhalb des Curvace-Projekts ("Curved artificial compound eyes") untersucht, auf welche Weise Insekten mit Hilfe ihrer aus Hunderten oder gar Tausenden einzelnen Linsen bestehenden Facettenaugen die schnellen Bewegungen ihrer Beute erkennen. Das Team untersuchte drei Augenformen: zylindrisch, sphärisch und streifenartig (flexibel). Denkbar wäre es zum Beispiel, einen Facettenaugenstreifen an den Rucksack oder die Mütze eines Kindes zu kleben. Dieses "Auge" könnte dann vor dem Herannahen schneller Autos aus sämtlichen Richtungen warnen. Volle Kraft voraus Die von EU-Kommissarin Kroes als "gewagtes Unternehmen" beschriebenen FET-Flagschiffe stellen eine neue Chance für und eine innovative Herangehensweise an die Mitgestaltung des zukünftigen Europäischen Forschungsraums (European Research Area, ERA) dar. Konzertierte Forschungsvorhaben wie diese Flaggschiffe, die einer gemeinsamen Vision folgen, erschaffen eine Grundlage für Wellen zukünftiger technologischer Innovation und wirtschaftlicher Verwertung in vielen Bereichen sowie auch neuartige Vorteile für die Gesellschaft. Von den derzeit sechs Pilot-Flagschiffen werden 2012 voraussichtlich zwei als vollwertige FET-Flagschiffe ausgewählt und für mindestens zehn Jahre laufen. Sie erhalten jeweils jährlich ein Budget von bis zu 100 Millionen EUR pro Initiative. Die Pilotprojekte decken ein gewisses Spektrum von Themen ab, das von erweitertem Wissen über unsere digital vernetzte Welt, über die Entwicklung fürsorglicher Robotergefährten bis hin zu neuer graphenbasierter Elektronik und frischen Einsichten in das Gehirn des Menschen sowie die personalisierte Medizin reicht. Das Pilot-Flagschiff Graphen-CA soll zum Beispiel verfolgen, wie die Entwicklungen mit diesem Material auf Kohlenstoffbasis die IKT und die Industrie revolutionieren könnten. Graphenelektronik gilt nun weithin als eine der wahrscheinlichsten und attraktivsten Lösungen zur weiteren Entwicklung von IKT-Geräten und Technologien über die mit Silizium erreichbaren Leistungen, die durch Wärmeprobleme begrenzt sind, hinaus. "Das Flaggschiff könnte unter Ausnutzung der einzigartigen elektrischen und optischen Eigenschaften von Graphen neuartige elektronische Bauelemente mit ultraschnellen Betriebsgeschwindigkeiten und elektronische Geräte mit transparenten und flexiblen Formfaktoren schaffen", schreibt die Kommission in der FET-Spezialausgabe von research*eu focus. "Überdies könnten innerhalb dieser Initiative Herstellungsverfahren untersucht und kostengünstigere Graphenmaterialien vorangebracht werden, bei denen auf ökologisch nachhaltige Weise strukturelle Funktionen mit eingebetteter Elektronik kombiniert werden." Die Flagschiff-Projekte widmen sich den wirklich großen Herausforderungen wie Gesundheit, alternde Gesellschaften sowie den Kosten und der Qualität der medizinischen Versorgung. Das ITFoM-Pilotprojekt ("IT future of medicine") nutzt zum Beispiel die Leistung der IKT und Entwicklungen in datenintensiven biomedizinischen Hochdurchsatzuntersuchungen (High-Throughput-Studien) aus, um in diesem Riesenbereich voranzukommen und patientenspezifische Therapien gegen schwere Krankheiten wie Krebs zu liefern. Die moderne Medizin konnte bereits viele Krankheiten in den Griff bekommen, aber gemäß ITFoM-Koordinator Hans Westerhof von der Universität Manchester sind wir trotz gewaltiger Investitionen in die Forschung "bei anderen wie etwa Krebs nicht so gut vorangekommen." Dies sei allerdings kein "unlösbares Problem", versicherte er kürzlich dem Europäischen Parlament. Die Wissenschaft müsse nur über die Grundlagen hinauskommen [und] damit beginnen, die Netzwerkeffekte von Zellen und Organen sowie die Art und Weise, sich Tumoren im einzelnen Patienten verhalten, zu erkunden. Da dies kein einzelner Wissenschaftler oder allein vor sich hin forschendes Labor leisten kann, kommt genau hier ITFoM ins Spiel. Riesige Fortschritte in der Technik und in der datengestützten Medizin könnten dazu führen, dass die Vision eines "virtuellen Patienten" - einer computergestützen anatomischen Nachbildung - im kommenden Jahrzehnt Realität wird. Auf diese Weise könnten die Entwicklung neuer Medikamente beschleunigt, unerwünschte Nebenwirkungen beseitigt, das Auftreten von Krankheiten verhindert und die allgemeine Gesundheit und das Wohlbefinden der Menschen verbessert werden. Damit all dies auch tatsächlich geschehen kann, ist bereits heute bahnbrechender Forschergeist gefragt, der durch langfristige Investitionen gestützt werden muss. --- Die in diesem Bericht erwähnten Projekte werden innerhalb des FET-Programms des Sechsten oder Siebten Rahmenprogramms für Forschung (RP6 oder RP7) oder des FET-Flagship-Pilotprogramms finanziert. * "Presence: research encompassing sensory enhancement, neuroscience, cerebral-computer interfaces and applications" Nützliche Links: - Startseite des FET-Programms - FET-Open - FET-Proactive - FET Flagships - FET Flagship Pilots Mid-term Conference - FET House - Bactocom - Matchit - Octopus - Curvace - Biotact - Presenccia - MINOS - Curvace - Graphene-CA - ITFoM Weiterführende Artikel: - MINOS-Artikel in Nature: "Laser cooling of a nanomechanical oscillator into its quantum ground state" - MINOS in New Scientist: "Cool light to bring quantum magic into the real world" - Presenccia-Artikel in ICT Results: "A virtual smart home controlled by your thoughts" - Octopus auf YouTube: Demonstration octopusinspirierter Robotik - FET-Ausgabe von research*eu focus