Erkenntnisse zu Innovationen – Quartalsupdate: 1. Quartal 2024

In diesen Erkenntnissen zu Innovationen stellen wir fünf Entwicklungen heraus, die wir in diesem Quartal für interessant hielten. Von den neuen Möglichkeiten in der Landwirtschaft über Softrobotik bis hin zu KI-gestützten Wetterberichten – all diese Durchbrüche stellen wichtige Fortschritte für die Gesellschaft dar. Diese neuartigen Technologien und Produkte werden in unserem Alltag immer wichtiger, die Auswirkungen von Innovationen auf die Wirtschaft dürfen daher nicht unterschätzt werden.

Eine neue Ära in der Medizin

Bei der Technologie des fokussierten Ultraschalls (FUS) wird Ultraschallenergie gezielt in tiefere Gewebeschichten abgegeben, ohne dass operative Eingriffe oder Bestrahlungen nötig wären. Bei der FUS-Methode werden mehrere Ultraschallwellen gebündelt auf einen konkreten Bereich gerichtet. Dort erzeugen sie Wärme oder mechanische Effekte, die das Gewebe verändern können. Die Methode hat das Potenzial, die Behandlung vieler Krankheiten von Grund auf zu verändern, allen voran die Behandlung von Krebs und neurologischen Erkrankungen. FUS bietet gegenüber herkömmlichen Behandlungsmethoden mehrere Vorteile: Die Methode ist unter anderem nicht invasiv, sie ist präzise in ihrer Wirkung, wiederholbar und kostengünstig.¹

Warum ist die Entwicklung relevant? FUS ist die neueste medizinische Technologie, die eine Renaissance erlebt. Zwar wird die fokussierte Ultraschalltherapie bereits seit Mitte des 20. Jahrhunderts erforscht, ihr wahres Potenzial wird jedoch erst allmählich erschlossen. Aktuell ist die Therapie in den USA zur Behandlung von essentiellem Tremor, Parkinson, Gebärmutter-Myomen, Knochenmetastasen und Prostatakrebs zugelassen. Ihr potenzielles Anwendungsspektrum ist aber viel größer, die Methode wird derzeit weltweit als Behandlungsmöglichkeit für mehr als 170 Krankheiten untersucht.²

Produktives Wachstum: Die Vorteile von vertikaler Landwirtschaft

Die vertikale Landwirtschaft, bei der Pflanzen unter kontrollierten Bedingungen auf übereinanderliegenden Ebenen angebaut werden, ist ein Lösungsansatz für die zunehmenden Sorgen und Probleme im Agrarsektor. Dank der Verbindung traditioneller landwirtschaftlicher Praktiken mit den neuesten Technologien der vertikalen Landwirtschaft wirtschaften vertikale Farmen nachhaltig, fast ohne Abfall und Abwasser. Vertikale Farmen sind in mehrfa­cher Hinsicht einzigartig: Roboter werden eingesetzt, um während der gesamten Produktionszeit relevante Daten zu erheben und zu analysieren, es werden keine Pestizide oder genetisch veränderte Organismen (GVO) verwendet, die Landwirtinnen und Landwirte können ergonomischer arbeiten und Wasser wird in einem geschlossenen Kreislauf filtriert und wiederverwendet, um weniger Abwasser zu produzieren.

Warum ist die Entwicklung relevant? Schätzungen zufolge könnte der Klimawandel im Bereich der pflanzlichen Agrarprodukte bis Mitte des Jahrhunderts Verluste von jährlich 5 Mrd. USD verursachen.³ Zwar sind die Einstiegskosten für Agrartechnologie sehr hoch, doch diese Lösungen gewinnen rasch an Attraktivität, denn sie versprechen, dass langfristig in der Landwirtschaft weniger Chemie, weniger Arbeitskräfte und weniger fossile Brennstoffe eingesetzt werden müssen, während gleichzeitig die Ernteerträge steigen.

KI, der perfekte Wetterfrosch

Künstliche Intelligenz kann sinnvoll eingesetzt werden, um das Wetter vorherzusagen. Mit ihrer Hilfe lassen sich zum Beispiel schnellere und genauere Prognosen erstellen. Bei herkömmlichen Methoden dauert es oft mehrere Stunden, bis die endgültigen Prognosen vorliegen, denn riesige Supercomputer verarbeiten mithilfe mathematischer Gleichungen eine Vielzahl unterschiedli­cher Variablen. KI-Modelle können dagegen Variablen gleichzeitig (binnen Sekunden) genau analysieren, indem sie tiefe neuronale Netze (Deep Neural Networks) nutzen und in historischen Daten Muster erkennen. Ein neu entwickeltes KI-Modell übertraf bei mehr als 90 % der 1.380 gemessenen Schlüsselparameter die derzeit als „Goldstandard“ geltenden meteorologischen Systeme.⁴

Warum ist die Entwicklung relevant? KI-Modelle geben Daten mithilfe von Desktop-Computer 1.000- bis 10.000-mal schneller aus als herkömmliche Modelle für Wetterprognosen. Damit lassen sich die Kosten und der Energieverbrauch der Erstellung von Wettervorhersagen senken.⁵ Derzeit werden KI-gestützte Prognosemodelle zur Ergänzung und Verbesserung unserer Vorhersagemöglichkeiten eingesetzt. Zukünftig könnten bei KI-gestützten Prognosen auch andere Formen der KI zum Einsatz kommen. Beispielsweise könnten Kommunen KI-gesteuerte Warnsysteme nutzen, die rechtzeitig vor extremen Wetterereignissen warnen.⁶

Die Zukunft der additiven Fertigung

Ein Forscherteam hat eine neue Technik des 3D-Drucks namens Vision Controlled Jetting (VCJ) entwickelt, mit der Gegenstände aus elastischen Materialien hergestellt werden können.⁷ Bei der VCJ-Technologie wird mithilfe eines 3D-Vision-Systems jede Schicht gescannt und eine Tiefenkarte des Objekts, das gedruckt werden soll, erstellt. Mit jedem Durchgang des Inkjetdruckers können so eventuelle Unebenheiten der vorherigen Schicht ausgeglichen werden. Dies ermöglicht den Einsatz flexiblerer Materialien.

Warum ist die Entwicklung relevant? Beim heutigen 3D-Inkjetdruck kann es zu Ungenauigkeiten kommen, die eine mechanische Planarisierung erfordern, bei der eventuelle Unebenheiten ausgeglichen werden. Daher können nur relativ starre, schnell trocknende Fertigungsmaterialien verwendet werden. Mit VCJ wird diese Planarisierung oder Glättung über­flüssig, sodass flexiblere Endprodukte wie künstliche Sehnen hergestellt werden können. Forschende haben mithilfe von VCJ sogar ein funktionsfähiges Modell eines Säugetierherzens mit Rückschlagventilen, internen Sensoren und Pumpmembranen gebaut.⁸ Neben wichtigen Anwendungsbereichen in der Medizin kommt VCJ auch eine grundlegende Bedeutung bei der Entwicklung flexibler Technologien zu, sodass wir einer automati­sierten Welt einen Schritt näher gekommen sind.

Staubsaugen am Himmel

Die Eindämmung des Klimawandels könnte die drängendste Herausforderung des 21. Jahrhunderts sein. Zur Bewältigung dieser Herausforderung muss Kohlendioxid direkt aus der Atmosphäre entfernt werden. Eine vielversprechende Methode heißt Direct Air Capture (DAC). Dabei wird Kohlendioxid mithilfe chemischer Reaktionen aus der Umgebungsluft extrahiert und anschließend gespeichert, um es für andere Zwecke zu nutzen. Die DAC-Methode verspricht eine Möglichkeit, nicht nur die aktuellen Emissionen zu neutralisieren, sondern auch die Emissionen der Vergangenheit aus der Atmosphäre zu entfernen. Derzeit gibt es weltweit 15 Anlagen zur Kohlendioxidabscheidung, die zusammen jährlich 9.000 Tonnen CO2 pro Jahr aus der Atmosphäre entfernen, 30 weitere Anlagen befinden sich in Planung.⁹

Warum ist die Entwicklung relevant? Bei der Diskussion über Anstrengungen zur Umkehr des Klimawandels müssen wir auch berücksichtigen, was wir schon erreicht haben, wir dürfen uns nicht nur darauf konzentrieren, was wir noch leisten müssen. Die weltweit größte DAC-Anlage entfernt jedes Jahr 4.000 Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Dies entspricht der Absorptionsfähigkeit von 165.000 Bäumen.¹⁰ Die DAC-Technologie mag keine Wunderwaffe sein, aber sie ist eine ergänzende Lösung, die dazu beitragen kann, die Lücke zwischen den aktuellen Emissionen und den Netto-Null-Zielen zu schließen.

Anlagen in dieser oder jeder anderen Anlageklasse sind auch mit Risiken verbunden. Das anfängliche Potenzial einer Anlageklasse überträgt sich über den jeweiligen Anlagezeitraum möglicher­weise nicht auf ein bestimmtes Unternehmen oder die gesamte zur Anlage gewählte Klasse. Es kann sein, dass Investitionsannahmen nicht zum Tragen kommen. Anleger sollten sich sowohl auf potenzielle Verluste als auch auf die Möglichkeit von Anlagegewinnen einstellen. Ideen, Produkte, Unternehmen oder ganze Anlageklassen mit positiver Wertentwicklung in der Vergangenheit sind kein Indikator für zukünftige Ergebnisse.