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Jahr der Wissenschaft 2014 Karlsruher KIT identifiziert 9 Megatrends für die digitale Gesellschaft

Autor / Redakteur: Franz Graser / Nico Litzel

Chancen und Risiken der digitalen Gesellschaft stehen im Mittelpunkt des Wissenschaftsjahres 2014, das Bundesforschungsministerin Johanna Wanka am Mittwoch ausrufen wird. Experten des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben neun Themenfelder abgesteckt, die hierfür bedeutend sein werden.

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KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
(Bild: KIT)

Trend 1: IT-Sicherheit

IT-Systeme haben die Geschäftswelt und unseren Alltag stark verändert, aber auch neue Missbrauchsmöglichkeiten eröffnet. Deshalb erforscht Professor Jörn Müller-Quade am KIT Modelle und Methoden für sichere IT-Anwendungen, die persönliche Daten und Betriebsgeheimnisse intrinsisch schützen.

Ein Beispiel sind robuste Firewalls: Um sich vor Lücken in Firewall-Systemen zu schützen, entwickelte er mit seinem Team eine Methode, die verschiedene Firewalls kombiniert und über eine reine Reihenschaltung hinausgeht. „Diese Lösung ist auch dann noch sicher, wenn eine einzelne Firewall von einem Angreifer kontrolliert wird, da verschiedene Firewalls durch einen speziellen Hardwarebaustein parallel geschaltet werden“, so Müller-Quade.

Die wichtigste Neuerung ist aber die Herangehensweise: die Sicherheitseigenschaften sind in einem mathematischen Modell beweisbar. Das System entstand am Kompetenzzentrum für angewandte Sicherheitstechnologie (KASTEL) und wird im März auf der Computermesse CeBIT in Hannover vorgestellt.

Trend 2: Kognitive Systeme

Weniger geräuschvolle Handy-Telefonate in der Straßenbahn? Vertrauliche Daten wie Passwörter und PINs unhörbar übermitteln? Anwendungsmöglichkeiten wie diese eröffnet die lautlose Sprachkommunikation.

Passende Technologien entwickelt Professorin Tanja Schultz: „Wir erfassen über Elektroden auf der Hautoberfläche die Muskelbewegungen beim Sprechen und schließen dann von diesen Signalen über Mustererkennungsverfahren zurück auf das lautlos Gesagte“, so die Informatikerin. Die Technologie kann auch Menschen unterstützen, die durch einen Unfall oder eine Krankheit ihre Stimme verloren haben, ältere Menschen könnten eine Stimmunterstützung erhalten.

Schultz und ihr Team haben außerdem das „Airwriting“ entwickelt, das sie heuer auf der CeBIT zeigen: ein System, das in die Luft Geschriebenes über Bewegungssensoren am Handgelenk aufzeichnen kann.

Trend 3: Drahtlos vernetzte Sensoren

Stromnetze, Städte, Häuser und Verkehr: Alles wird smart. Die enge Verbindung von realer und digitaler Welt ermöglicht Anwendungen, die unser Leben einfacher und angenehmer machen. Dahinter stecken unter anderem Sensoren in Alltagsgeräten, die drahtlos Informationen austauschen.

Das Smartphone redet mit Haushaltsgeräten, der Stromzähler mit dem Energieversorger. Die entsprechenden Daten werden von den Sensoren häufig über das Internet an zentrale Speicher gesendet.

„Die Herausforderung dabei ist der Schutz der Privatsphäre“, sagt die Informatikprofessorin Martina Zitterbart. „Zwar sollen sich die Geräte im Haus abstimmen – aber Stromversorger oder gar andere Internetnutzer sollen daraus nicht auf mein individuelles Nutzungsverhalten schließen können, auf meine Arbeitszeiten, den Inhalt des Kühlschranks oder wann ich in Urlaub bin.“

In der Forschungsgruppe von Martina Zitterbart werden Lösungen entwickelt, in denen die Sensoren zusammenarbeiten und die Daten künftig so kombinieren und bündeln können, dass sie nicht mehr einer bestimmten Einzelperson zugeordnet werden können und die Privatsphäre geschützt bleibt. Beim Thema Datenschutz arbeiten Informatiker und Juristen des Zentrums für Angewandte Rechtswissenschaften am KIT eng zusammen.

Trend 4: Intelligente Energienetze

Informations- und Kommunikationstechnologien spielen für die Integration der erneuerbaren Energien eine wesentliche Rolle: Trotz der Schwankungen bei der Stromproduktion und der dezentralen Erzeugung und Einspeisung gilt es, eine stabile Energieversorgung zu gewährleisten.

„Um die erforderliche Flexibilität des Energieverbrauchs erschließen und ausnutzen zu können, sind neue Anreizsysteme und Mensch-Maschine-Schnittstellen erforderlich", sagt Professor Hartmut Schmeck.

Im Energy Smart Home Lab am KIT nutzen die Testbewohner intelligente Geräte im Haus; über Touchscreens, Tablets oder Smartphones tragen sie im Energy Management Panel ihre Präferenzen und kritische Rückmeldungen ein.

Während bei konventionellen Stromversorgungsnetzen die Erzeugung dem Verbrauch folgt, steuert ein Smart Grid auch den Verbrauch – abhängig von der Verfügbarkeit der elektrischen Energie im Netz.
Während bei konventionellen Stromversorgungsnetzen die Erzeugung dem Verbrauch folgt, steuert ein Smart Grid auch den Verbrauch – abhängig von der Verfügbarkeit der elektrischen Energie im Netz.
(Siemens AG)
„Zukünftig werden wir vermutlich in einem App-Store für zertifizierte Energiedienste die für uns am besten geeignete Unterstützung herunterladen können, mit der wir alle energetisch relevanten Komponenten in unserem Umfeld steuern können – angepasst an unsere persönlichen Präferenzen", so Schmeck: „Dazu gehören dann auch Dienste zur verlässlichen Vorhersage des lokalen Energieverbrauchs und der Energieerzeugung."

Trend 5: Humanoide Roboter

Tamim Asfour, Professor für Anthropomatik an der Fakultät für Informatik am KIT, und ein humanoider Roboter.
Tamim Asfour, Professor für Anthropomatik an der Fakultät für Informatik am KIT, und ein humanoider Roboter.
(Bild: KIT)
Menschenähnliche Roboter wie C-3PO aus „Krieg der Sterne“ sind längst keine Science Fiction mehr. Ziel der Forscher am KIT ist es, Systeme zu entwickeln, die dem Menschen noch ähnlicher sind, was ihre Vielseitigkeit und die Fähigkeiten zum kontinuierlichen Lernen und zur natürlichen Interaktion angeht.

Den Tisch zu decken und Saft oder Müsli aus dem Schrank zu holen, beherrscht der Roboter ARMAR bereits mühelos. Er kann Sprachkommandos verstehen und selbstständig umsetzen. Was einfach aussieht, ist technisch eine hochkomplexe Handlung: „Ein Roboter, der im Haushalt hilft, muss seine Umgebung wie ein Mensch wahrnehmen und interpretieren und sich an neuen Situationen anpassen“, sagt der Informatikprofessor Tamim Asfour.

„Über Kamera-Augen und Sensoren kann ARMAR sich orientieren – und durch Beobachtung des Menschen lernen, wie man etwa die Spülmaschine ausräumt.“ Die Forschung an humanoiden Robotern am KIT hat das Erschaffen vielseitiger Robotersysteme zum Ziel, die ihre Aufgaben als Helfer im Alltag und in der Produktion verrichten.

Trend 6: Technikfolgenabschätzung

„Ob Robotik, intelligente Energienetze oder neue Informations- und Kommunikationstechnologien: Die Entwicklung muss immer den Menschen als Technikgestalter und Techniknutzer im Blick behalten“, sagt Professor Armin Grunwald. Der Experte für Technikfolgenabschätzung befasst sich mit den Wechselwirkungen zwischen technischem Fortschritt, gesellschaftlicher Entwicklung und kulturellem Wandel.

Ein wesentlicher Teil dieses Wandels ist gerade die fortschreitende Digitalisierung, die nahezu alle Bereiche der Gesellschaft betrifft, so Grunwald: „Sie eröffnet neue Möglichkeiten der Kommunikation und der Wertschöpfung, ja sogar der politischen Mitbestimmung und Partizipation (E-Democracy). Aber sie erlaubt Unternehmen und Geheimdiensten auch immer stärker das Eindringen in die Privatsphäre“. Den digitalen Fortschritt in diesem Spannungsfeld konstruktiv mitzugestalten, ist eine der Aufgaben der Technikfolgenabschätzung.

Trend 7: Der Arbeitsmarkt

Arbeitslose Wanderarbeiter während der Weltwirtschaftskrise in den 30er Jahren des vergangenen Jahrhunderts: Informationstechnologien werden unter anderem in der Verwaltung gravierende Jobverluste nach sich ziehen.
Arbeitslose Wanderarbeiter während der Weltwirtschaftskrise in den 30er Jahren des vergangenen Jahrhunderts: Informationstechnologien werden unter anderem in der Verwaltung gravierende Jobverluste nach sich ziehen.
(Bild: William James/Public Domain)
„Was die Automatisierung der Produktion für die Industrielle Revolution war, ist heute die Automatisierung der Datenorganisation“, sagt Sozialwissenschaftler Gerd Nollmann. Auch heute ersetzten neue Technologien Arbeitskräfte, vor allem in der Verwaltung. Ein Beispiel seien standardisierte Datenbanken, die das manuelle Eingeben und Pflegen von Datensätzen überflüssig machten.

Noch bestimmten die geburtenstarken Jahrgänge der 50er- und 60er-Jahre die Arbeitswelt, die sich teils noch gegen technologische Neuerungen sträubten – gerade in kleinen und mittelständischen Unternehmen. Das werde sich in zehn bis 15 Jahren ändern. „Der gut ausgebildete, technologieaffine Führungsnachwuchs wird die Abläufe noch weiter automatisieren“, so Nollmann.

„Allerdings werden dem Arbeitsmarkt beim Ausscheiden der geburtenstarken Jahrgänge jährlich auch 600.000 Arbeitskräfte verloren gehen.“ Die Übergangszeit bedeute vor allem für Arbeitnehmer mit geringerem Bildungsabschluss häufigere Erwerbslücken und Arbeitgeberwechsel. „Und eine instabile Erwerbskarriere wirkt sich wiederum negativ auf Heiratsverhalten und Familiengründung aus.“

Trend 8: Elektronische Märkte

Auch den Handel von Gütern und Dienstleistungen haben die Informationstechnologien radikal verändert. Wie sich elektronische Märkte gestalten, regulieren und weiterentwickeln lassen, ist Thema von Professor Christof Weinhardt.

Spezialgebiet des Wirtschaftswissenschaftlers sind Prognosemärkte: „Hier nutzen wir das Marktprinzip für Vorhersagen: Auf elektronischen Märkten werden Erwartungen in Form von virtuellen Aktien ‚gehandelt‘. So eignen sie sich etwa als Frühindikator zur Einschätzung der Konjunkturentwicklung – oder zur Vorhersage darüber, wie ein neues Produkt bei Kunden ankommt“.

Um das Verhalten von Marktteilnehmern besser zu verstehen, wendet er auch Methoden aus Soziologie und Psychologie an und untersucht beispielsweise, wie Emotionen wirtschaftliche Entscheidungen – etwa bei Internetauktionen – beeinflussen. Weinhardt war Mitglied der Enquete-Kommission „Internet und digitale Gesellschaft“ des Deutschen Bundestags, die im vergangenen Jahr endete.

Trend 9: Grid Computing

Großprojekte in Industrie und Forschung produzieren große Datenmengen, für deren Analyse und Verarbeitung zentrale Kapazitäten oftmals nicht ausreichen. KIT-Informatiker erforschen, wie Daten effektiv verteilt und verarbeitet werden.

„Virtuelle Arbeitsumgebungen in verteilten, sogenannten föderierten IT-Infrastrukturen erlauben es Projektpartnern, entfernte Ressourcen gemeinschaftlich, einfach und sicher zu nutzen“, erläutert Professor Achim Streit. „Zudem helfen standortübergreifende Konzepte arbeitsteilig und wirtschaftlich vorzugehen“, erklärt Dr. Holger Marten.

Das KIT betreibt in Karlsruhe zahlreiche IT-Infrastrukturen für interne und externe Nutzer, so etwa das Rechenzentrum GridKa für das Forschungszentrum CERN in Genf und den Hochleistungsrechner bwUniCluster für die baden-württembergischen Hochschulen.

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