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hightechstrategie

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Deutschland ist ein kleines Land. Nur rund ein Prozent der Weltbevölkerung lebt hier bei uns. Gleichzeitig ist Deutschland aber die viertstärkste Industrienation der Erde.   

Ohne Forschung, Entwicklung und Bildung wäre das nicht möglich. Sie sind die Voraussetzung dafür, dass wir ein vergleichsweise gutes und sicheres Leben führen können.

Wenn wir so weiterleben wollen wie bisher, wenn wir auch in Zukunft einen hohen Lebensstandard und eine moderne Versorgung genießen wollen, sollten wir daher bereits heute in Forschung und Entwicklung investieren.    

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Forschung und Entwicklung zielgenau zu fördern – das ist die Aufgabe der Hightech-Strategie. Durch sie bringt die Bundesregierung Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft zusammen, um Fortschrittsziele gemeinsam festzulegen und umzusetzen.

Die Hightech-Strategie sorgt dafür, dass kreative Ideen schneller zu neuen Produkten, Verfahren oder Dienstleistungen werden und  wir diese auch in Zukunft mit dem Gütesiegel "Made in Germany" auf dem Weltmarkt anbieten können.

So entstehen nicht nur neue Arbeitsplätze. Viele der neu entwickelten Verfahren und Technologien tragen dazu bei, unseren Alltag zu vereinfachen und zu verbessern.

Wie das funktioniert? Davon machen Sie sich am besten Ihr eigenes Bild! Kommen Sie mit uns auf eine Reise an Orte, in denen die Zukunft schon Wirklichkeit ist.

Besuchen Sie Deutschlands Zukunftsorte.

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Damit gute Ideen schnell zu neuen Produkten, Verfahren oder Dienstleistungen werden, hat die Bundesregierung vor zehn Jahren damit begonnen, ihre Innovationspolitik neu aufzustellen. Seit 2006 setzt die Hightech-Strategie nun Prioritäten in der Forschung und sorgt für den effektiven Einsatz von Fördermitteln.

Im Mittelpunkt stehen dabei sechs große Zukunftsaufgaben:

Digitale Wirtschaft und Gesellschaft
Nachhaltiges Wirtschaften und Energie
Innovative Arbeitswelt
Gesundes Leben
Intelligente Mobilität
Zivile Sicherheit

Gleichzeitig verbessert die Hightech-Strategie die Rahmenbedingungen für Forschung und Entwicklung. Sie fördert kleine und mittlere Unternehmen und erleichtert Neugründungen. Wissenschaft und Wirtschaft werden enger vernetzt. Und auch der vertiefte Dialog mit Bürgerinnen und Bürgern trägt dazu bei, dass unsere Gesellschaft als Ganzes profitiert.

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Was passiert, wenn Städte schneller wachsen als ihre Infrastruktur, kann man in vielen Teilen der Welt beobachten. Wir sind es gewohnt, Trinkwasser direkt aus dem Hahn beziehen zu können. Global gesehen ist das die Ausnahme.

An einer Infrastruktur, die mitwächst und umweltverträglich ist, arbeiten die Wissenschaftler an der Technischen Universität Darmstadt.

Ihr Projekt heißt SEMIZENTRAL. 

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Im chinesischen Qingdao haben die deutschen Wissenschaftler eine Pilotanlage in einem neugebauten Stadtteil für 12.000 Menschen errichtet.

Das "Ressource Recovery Center“ ist die weltweit erste Anlage dieser Art. Dort werden die verschiedenen Abwasserströme der Haushalte gereinigt und für die Erzeugung von Strom, Wärme und Biodünger genutzt.

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Im November 2015 ist das deutsch-chinesische Forschungsprojekt mit dem zweiten Platz des "Deutschen Nachhaltigkeitspreises" in der Kategorie Forschung ausgezeichnet worden. 

Das bisherige Forschungsprojekt ist nun jedoch reif für die Praxis in weiteren urbanen Zentren auf der ganzen Welt.    


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Aus mehr als 100 Milliarden Nervenzellen besteht eine der faszinierendsten Erfindungen der Evolution: das menschliche Gehirn.

An den Bernstein-Zentren in München, Berlin und anderen Orten versuchen Wissenschaftler, den „Rechner“ in unserem Kopf besser zu verstehen und dieses Wissen für Medizin und Technologie zu nutzen.

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Das Nervensystem verarbeitet permanent eine riesige Menge an Informationen – ein vielschichtiger dynamischer Prozess, der einen entsprechend komplexen Forschungsansatz erfordert.

Neurowissenschaftler, Biologen, Mediziner, Psychologen, Physiker, Mathematiker und Informatiker arbeiten deshalb interdisziplinär zusammen, um den Geheimnissen des Gehirns auf die Spur zu kommen.

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Grundlagenforschung kann für die Vorsorge und Behandlung von Erkrankungen des Nervensystems Großes leisten. Mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse können zum Beispiel bessere Hörimplantate entwickelt werden.

Patienten mit starken Schädigungen des motorischen Nervensystems werden allein Kraft ihrer Gedanken Prothesen steuern. Und die Prothesen selbst werden smart. Künftig vermitteln sie dem Träger ein präzises Gefühl dafür, was er in der Hand hält.

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Wenn die Stadt erwacht, pumpen die Berliner Wasserbetriebe 40 Millionen Liter Wasser durch die Leitungen. Dieses Wasser ist eine unserer wertvollsten Ressourcen. Jeder Liter muss gesundheitlich unbedenklich sein, frei von Giftstoffen und Krankheitserregern.

Doch auf dem Weg zum Verbraucher lauern viele Risiken: Überschreitungen von Grenzwerten, Verschmutzungen durch Unfälle, aber auch potentielle Anschläge. All dies ist zwar unwahrscheinlich, aber nicht auszuschließen.  

Aber wie können die neun Berliner Wasserwerke und ihr fast 8.000 Kilometer langes Leitungsnetz in Echtzeit überwacht werden? 

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Untersuchungen im Labor brauchen oft bis zu 48 Stunden. Die Berliner Wasserbetriebe arbeiten deshalb zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung an speziellen Überwachungssystemen, um Kontaminationen frühzeitiger erkennen zu können. 

Das Projekt  AquaBioTox setzt "Vorkoster" ein. Das sind Kleinstlebewesen wie Bakterien oder Wasserflöhe, die ähnlich wie Menschen auf Gifte im Wasser reagieren – nur schneller. Eine Kamera beobachtet sie rund um die Uhr.

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Biosensoren sind ein Baustein für ein ganzheitliches Trinkwasserschutz-Management. Sie müssen intelligent im Netz platziert und ihre Alarme zuverlässig ausgewertet werden. Eine Großstadt wie Berlin benötigt etwa 500 bis 1.000 solcher Biosensoren für ihr großes und verzweigtes Leitungsnetz.

Die Wissenschaftler rechnen damit, dass große Versorger spätestens in fünf Jahren umfassende Überwachungs-, Frühwarn- und Notfallmanagement-Systeme zum Trinkwasserschutz einsetzen können.

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Eine Hauptstraße, gepflegte Einfamilienhäuser. Ein unauffälliges Dorf im Südwesten Brandenburgs.

Doch Feldheim ist ein Unikum, die erste energieautarke Gemeinde Deutschlands.
Strom und Wärme für die Einwohner stammen zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energiequellen – Wind, Sonne und Biomasse.

Für so ein großes Energiereservoir erhält das Dorf einen besonders leistungsfähigen Speicher, eine der größten Batterien Europas.

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Nicht größer als eine Turnhalle: Im Inneren dieser Anlage sind fast 3.400 Speichermodule in sieben Batterieräumen verbaut, die zusammen eine Leistung von 10 Megawatt erbringen.

Bei dem Projekt ("SDL-Batt") geht es nicht allein um Energiespeicherung, sondern um die Frage, wie sich ein Batteriespeicher im Zeitalter der erneuerbaren Energien zu einem Regelkraftwerk weiterentwickeln lässt.

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Erneuerbare Energie aus Wind- und Sonnenkraft ist volatil, die Erzeugung schwankt je nach Wetterlage.

Konventionelle Kraftwerke müssen auch bei hoher PV- und Wind-Einspeisung in Betrieb bleiben, um die Übertragungsnetze zu stabilisieren. Ihre Leistung wird in diesen Zeiten eigentlich nicht benötigt.

Hier kommt der Speicher ins Spiel, der einen Teil der Netzstabilisierung übernehmen kann und so den Bedarf an fossiler Energie zur Stabilisierung reduziert.

Ebenso kann der Speicher zur kurzfristigen Speicherung von Strom vor Ort eingesetzt werden.  

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Das Forschungsprojekt läuft noch bis Mitte 2018. Bis dahin sammeln die Forscher Erfahrungen, wie sich der Batteriespeicher bewährt.

Sein Erfolg ist wichtig für die Energiewende insgesamt. Technische, regulatorische, aber auch wirtschaftliche Fragen müssen jetzt im Praxisbetrieb beantwortet werden.

Eine große Aufgabe für ein kleines Dorf in Brandenburg.

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Spinnenseide ist einer der faszinierendsten Stoffe in der Natur – hauchzart, aber belastbar. Immer wieder haben Forscher versucht, ihn zu kopieren und für den Menschen nutzbar zu machen.  

Nun ist es Wissenschaftlern der Universität Bayreuth gelungen, eines der bestgehüteten Geheimnisse der Natur zu lüften. 

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Die Fasern wurden auf Basis nachwachsender Rohstoffe erzeugt. Sie sind vollständig biologisch abbaubar und körperverträglich. Zudem ist die künstliche Spinnenseide deutlich leichter und robuster als Synthetikfasern.  

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Spinnenseide ist nicht nur in der Textilindustrie gefragt: Sie kommt in kosmetischen Produkten wie Hautcremes und in der Medizin als Beschichtung von Implantaten zum Einsatz. Auch die Autoindustrie nutzt sie für die Innenausstattung ihrer Fahrzeuge. 

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Mehr als 100 Meter hoch sind Offshore-Windräder, die die Kraft der Natur in Strom verwandeln.

Draußen auf dem Meer müssen die gigantischen Stahlkonstruktionen extremen Belastungen standhalten. Hohe Wellen peitschen gegen die Anlagen, der Wind zerrt an den Rotorblättern, Salzwasser setzt den Fundamenten zu.

Taucher müssen deshalb regelmäßig in die Tiefen, um die Schweißnähte zu prüfen. Das ist gefährlich und teuer. Die Sensormanschette soll das ändern. 

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Die Sensormanschette macht die Sichtprüfung durch Menschen überflüssig. Sie nutzt Ultraschall, um kleinste Risse in den Nähten mit einer einzigen Farbaufnahme abzubilden. 

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Die Taucher müssen die Manschette nur einmal am Mast anbringen. Die Daten werden dann mit einem „Handgerät“ unter Wasser ausgelesen – das ist in wenigen Minuten erledigt.

Das neue Prüfverfahren bringt den Windparkbetreibern mehr Sicherheit und deutliche ökonomische Vorteile.

  


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Wenn viele Menschen zusammenkommen, um zu feiern, Musik zu hören oder Fußball zu gucken, kümmern sich Akteure im Hintergrund um die Sicherheit.

Wenn sie Fehler machen, kann das tödliche Folgen haben. So wie bei der Loveparade 2010 in Duisburg, als bei einer Massenpanik 21 Menschen ums Leben kamen und über 500 verletzt wurden.

Um Tragödien wie diese in Zukunft zu vermeiden, wird in Wuppertal versucht, Ordnung ins Chaos zu bringen. Das Projekt "BaSiGo" erarbeitet "Bausteine für die Sicherheit von Großveranstaltungen", mit denen gefährliche Szenarien rechtzeitig antizipiert und verhindert werden können.

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Beim Crowd Management geht es darum, große Menschenströme kontinuierlich zu überwachen und zu lenken.

Wie kommen kritische Zustände in großen Personenströmen zustande? Auf welchen Wegen lassen sich Menschenmengen schnell aus einer Gefahrenzone leiten?

Am Forschungszentrum Jülich wurden hierzu Laborexperimente durchgeführt, die die Fußgängerdynamik mit bis zu 1.000 Probanden untersuchten.

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Jede Veranstaltung ist anders, jede braucht ein maßgeschneidertes Sicherheitskonzept.
  
"BaSiGo" hat Handlungsempfehlungen entwickelt, die bundesweit einheitlich gelten und von allen beteiligten Organisationen – der Feuerwehr, Ordnern, privaten Akteuren und Behörden – genutzt werden können.
 
Diese sind auch in einem praxistauglichen Online-Wiki zugänglich – zeit- und ortsunabhängig.

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Eine Datenbrille, die Anweisungen einspielt, vor Gefahren warnt oder eine Wartung von Industrieanlagen über Kontinente hinweg ermöglicht: Das gibt es bereits.

Die Brille wird allein durch Augenbewegungen, so genanntes Eyetracking, gesteuert und ermöglichst nützliche Einblicke in die "erweiterte Realität" oder "augmented reality".

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Die Brille wurde an der Fakultät für Elektrotechnik der Westsächsischen Hochschule Zwickau entwickelt.

Das Ziel: Die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine weiter zu verbessern. Anders als andere Modelle zielt sie allein auf den industriellen Einsatz.  

Die Datenbrille hilft, Kosten zu senken, die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen zu stärken und damit Arbeitsplätze am Hightech-Standort Deutschland zu sichern.

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Die Einsatzmöglichkeiten der Datenbrille sind vielfältig.  

In der Medizin beispielsweise erlaubt sie Chirurgen, noch während einer Operation Zusatzinformationen aufzurufen und so wertvolle Zeit einzusparen.

Auch Menschen mit degenerativen Nervenerkrankungen wie ALS profitieren: Sie nutzen ihre Augen, um mit der Datenbrille digital vernetzte Systeme zu steuern.  

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Ein kleines Stück Kunststoff, ohne das so manches Bild oder Regal längst von der Wand gefallen wäre: Der Dübel gehört zur Basisausstattung für jeden Hand- und Heimwerker.

Entwickelt wurde er 1958 von dem deutschen Erfinder Artur Fischer und macht seither weltweit Karriere.  

Seine Nachfolger haben nun eine moderne Interpretation der Erfolgsgeschichte entwickelt – mit überwiegend nachhaltigen Rohstoffen. 

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Ohne die Forschungsarbeiten der Wissenschaftler der Technischen Universität Braunschweig wäre der Biodübel eine gute Idee geblieben, aber niemals Realität geworden.

Den Forschern ist es gelungen, Bakterien zu Zellfabriken umzuprogrammieren. Diese können im Bioreaktor den chemischen Baustein Diaminopentan herstellen. Gemeinsam mit Bausteinen aus dem Rizinusöl des Wunderbaums ließ sich schließlich ein vollständig biobasierter Kunststoff herstellen.

Der Biodübel ist ebenso stabil und beständig wie sein grauer Bruder. 

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Das Produkt ist nicht nur für Unternehmen und Wissenschaftler ein Grund, stolz zu sein.

Es beweist auch, dass Innovationen unter dem Primat der Nachhaltigkeit erfolgreich sein können. 

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Festigkeit und Formbarkeit – darauf kommt es an beim Stahl. Bisher ließen sich diese Eigenschaften bei konventionellen Stählen immer nur auf Kosten der jeweils anderen verbessern.

Der Leichtbau der Zukunft, beispielsweise in der Automobilindustrie, verlangt jedoch vermehrt nach Stählen, die beides gleichzeitig bieten.

In Peine kommt ein neuartiges Stahlgießverfahren zur Anwendung. 

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Stahl wird heute noch überwiegend mit dem konventionellen Stranggießverfahren produziert. 

Dabei fließt Flüssigstahl von oben nach unten durch eine Kokille und wird in bis zu 50 Zentimeter dicke Stahlblöcke gegossen.

Diese sogenannten Brammen kühlen nach dem Gießen zuerst ab und werden zur weiteren Verarbeitung erneut auf mehr als 1.000 Grad erhitzt.  


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Solch eine Anlage gibt es bisher nur einmal auf der Welt.

Der Anlagenaufbau ermöglicht die Erzeugung von HSD-Stählen (High Strength and Ductility), die in ihren Eigenschaften hohe Festigkeit und gute Umformbarkeit kombinieren.

Zusätzlich werden die Stähle durch Aluminium- und Siliziumzugabe auch um bis zu fünf Prozent leichter als konventionelle Stähle.

 

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Das Ergebnis: 1,5 Zentimeter dünne Stahlbänder, die besonders fest, flexibel und formbar sind, aber dabei weniger Gewicht auf die Waage bringen als die wuchtigen Brammen.

Für die Automobilindustrie, aber auch für ihre Kunden bedeutet das: neue Gestaltungsspielräume für Leichtbau und Crashsicherheit sowie leichtere Autos mit geringerem Kraftstoffverbrauch. 

Bei einem flächendeckenden Einsatz könnten so in Deutschland bis zu 18 Millionen Liter Kraftstoff pro Jahr gespart werden.    




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