Kurz erklärt

Technik für die Zukunft

Selbstfahrende Autos, künstliche Intelligenz, 3D-Druck und Designer-Gene: Woran Forscher und Wissenschaftler heute arbeiten, wird morgen unser Leben prägen und verändern. Geht jedoch etwas schief, kann das ungeahnte Folgen für alle haben. Sieben Zukunftstechniken, die wir nur mit Transparenz und großmöglicher Sicherheit einführen sollten.


Forscher und Wissenschaftler sind überzeugt, dass aktuelle Entwicklungen auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz (KI) völlig neue Möglichkeiten und Chancen eröffnen: Algorithmen erkennen Parkinson, Krebs oder Depressionen besser als ein Arzt. Intelligente Software steuern autonom fahrende Autos und Chatbots avancieren zu persönlichen Assistenten, die uns im Alltag viele Pflichten abnehmen.Das ist längst keine Science-Fiction mehr, sondern Teil der aktuellen Grundlagenforschung. Der Mathematiker und Computerspezialist Max Little von der Aston University in Birmingham zum Beispiel entwickelt Algorithmen, die an der Sprache eines Menschen erkennen, ob er oder sie möglicherweise an Parkinson erkrankt ist. Nun nutzt er Bewegungsdaten und Sensoren von Smartphones, um bereits in der Gehbewegung Parkinson im frühen Stadium zu identifizieren.

KI bietet also viele Chancen, aber wie jede Innovation birgt sie auch Gefahren. Zum Beispiel lassen sich Ton- und Videoaufnahmen perfekt fälschen und Fake-News effektiv verbreiten. Mit KI wird die Arbeitswelt künftig effizienter, doch einige Berufe könnten überflüssig werden. Algorithmen entscheiden eigenständig über Kredite, Versicherungsrisiken und über die Bewertung von Mitarbeiter. In der chinesischen Stadt Rongcheng wird bereits ein KI-gestütztes „Social Credit System“ zur moralischen Beurteilung der Bürger eingesetzt. Die entscheidende Frage lautet: Wer darf diese Daten erheben, wem dürfen sie mitgeteilt werden und zu welchem Zweck? Und sind die autonomen Entscheidungen der Systeme überhaupt fehlerfrei? Das Problem: Wie der Algorithmus zu seiner Entscheidung kommt, ist für Menschen kaum nachvollziehbar, die Folgen eines Fehlers aber dramatisch. Schon warnt der schwedisch-amerikanische Physiker Max Tegmark vor einem totalitären KI-Überwachungsstaat und der Philosoph Thomas Metzinger vor einem tödlichen, militärischen Wettrüsten von autonomen Systemen. Um als wirklich sicher zu gelten, müssen KI-Entscheidungen transparent und für den Menschen nachvollziehbar werden.

 


Die Blockchain gilt als Wundermittel für den sicheren digitalen Austausch von Daten. Entwickelt wurde sie hauptsächlich als webbasiertes Buchhaltungssystem für die Kryptowährung Bitcoin. Theoretisch ist sie ein perfektes und betrugssicheres System, denn sie speichert und aktualisiert stets die komplette Historie an Informationen, die jemals innerhalb des Systems aufgetreten ist. Das Besondere: Diese Historie wird nicht zentral, sondern bei vielen einzelnen Teilnehmern gespeichert. Um das System zu manipulieren, müsste also jede einzelne Blockkette bei unzähligen Teilnehmern gleichzeitig manipuliert werden, was so gut wie unmöglich ist. Das schließt Manipulationen zwar nicht grundsätzlich aus, macht sie aber sehr aufwändig und leicht erkennbar.

Die Dezentralität der Datenhaltung schafft aber neue Angriffsflächen, zum Beispiel auf die Netzwerkkommunikation und auf die Netzwerkknoten untereinander. Damit besitzt die Blockchain ähnlich kritische Punkte, wie jede Internet- oder Netzwerkverbindung auch. Um die Restgefahren zu minimieren, sollten Unternehmen ihre Geschäftsanwendungen als Art private Blockchain mit begrenztem Teilnehmerkreis installieren. In diesem Modell lassen sich technisch und organisatorisch umfassende Sicherheitsmaßnahmen einfacher implementieren, umsetzen und kontrollieren. Dann ist die Blockchain so sicher wie Fort Knox.


Rein technisch betrachtet werden Fahrzeuglenker bald überflüssig sein: Ob zu Wasser, zu Land oder auf der Straße – innovative Assistenzsysteme werden den Verkehr und unsere Art zu Reisen revolutionieren. Forscher versprechen, dass autonom fahrende Autos mit ihren zahlreichen Sensoren und Messsystemen künftig sicherer sein sollen als herkömmliche Wagen, weniger Sprit verbrauchen, seltener Staus verursachen und uns als Reisende mehr Zeit verschaffen. Bereits heute haben selbstfahrende Autos im Feldversuch viele hunderttausend Kilometer zurückgelegt. Autos mit hochentwickelten Assistenzsystemen können zwar bestimmte Aufgaben ohne menschlichen Eingriff bewältigen, allerdings nur für einen gewissen Zeitraum. Sie überholen, bremsen, beschleunigen – je nachdem, wie es die Verkehrssituation erfordert. Dennoch sind sie noch nicht alltagstauglich, weil die Systeme bislang nicht fehlerfrei funktionieren. Mal erkennen die Sensoren Licht und Schatten als Hindernis und bremsen abrupt, mal wird ein ausscherendes Auto in der Nebenspur nicht rechtzeitig registriert.

 

Und nach welchen Kriterien soll sich die Software überhaupt bei einem drohenden Unfall entscheiden? Zwar können Computer die Gefahrensituationen millionenfach schneller auswerten als Menschen, doch nach welchen ethischen Prinzipien soll die Maschine funktionieren. Wer soll sterben, wer überleben? Männer oder Frauen, Kinder oder Senioren? Fahrende oder Fußgänger? Wissenschaftler wie Professor Iyad Rahwan von den MIT Media Lab in Boston entwickeln daher eine sogenannte Moral Machine, eine Software, die ethische Leitlinien für Programmierer liefern soll. Es ist also nicht nur eine Frage der Technik, sondern auch des Vertrauens. „Wenn wir beim Fahren die Kontrolle abgeben, brauchen wir enormes Vertrauen in die Sicherheit der Systeme“, erklärt Houssem Abdellatif, Global Head Autonomous Driving bei TÜV SÜD. „Gemeinsam mit den Herstellern müssen wir also beweisen, dass die Technik diese Sicherheit gewährleisten kann.“


Es wirkt schon wie ein kleines Wunder: Schicht für Schicht trägt eine große Maschine mehrere Stunden lang ein graues Pulver in einem großen Becken aufeinander auf. Langsam werden die Konturen von komplexen Strukturen sichtbar.  Später sollen sie beispielsweise in Flugzeugen, in der Medizintechnik oder im Schienenverkehr eingesetzt werden. Das Besondere: Die Werkstücke werden nicht gegossen, sondern gedruckt. Der Fachbegriff lautet additive Fertigung – anders als subtraktive Techniken wie Fräsen, Sägen oder Wasserstrahlschneiden.

Der große Vorteil der 3D-Fertigung: Sie findet werkzeuglos und ohne Gussform statt. Halterungen oder Fahrwerksteile lassen sich direkt aus den Daten der Designsoftware herstellen, ohne zuvor spezielle Werkzeuge oder ganze Maschinen für die Produktion neu bauen zu müssen. So können Firmen Prototypen, Befestigungsteile, aber auch wichtige Funktionsmodelle in Kleinserien mittels 3D-Druck unkompliziert herstellen.

Vor allem Autohersteller, Medizingerätehersteller und Flugzeughersteller nutzen das Verfahren. Für sein Riesenjet 777 setzt Boeing auf Kraftstoffdüsen, Turbinenblätter und Sensoren aus dem Drucker. Konkurrent Airbus lässt bereits rund tausend 3D-Teile für den A350 drucken. Je nach Bauteil sind Material- und Gewichtsvorteile von bis zu 55 Prozent möglich. Gewichtsreduktion wiederum lässt sich eins zu eins in Treibstoffeinsparung umrechnen.

Alle Bauteile, die nachher eingesetzt werden, müssen jedoch allen Belastungen Stand halten. Vor zu viel 3D-Euphorie warnen etwa Forscher der Carnegie Mellon University in Pennsylvania: Titan-Bauteile aus dem 3D-Drucker können deutlich poröser sein als klassisch hergestellte – und damit weniger stabil sein.  Umso wichtiger ist es, einheitliche Industriestandards für den 3D-Druck zu etablieren. „Mit einem Zertifizierungsprogramm werden verbindliche Standards im industriellen Kontext klar definiert“, betont Christophe Blanc, Experte für Additive Manufacturing bei TÜV SÜD.


In der Bau- und Architektenbranche sind sie bereits etabliert, jetzt nutzen  immer mehr Industriebranchen nutzen Vorteile der Digital Twins. Mit digitalen Kopien simulieren Architekten und Baufirmen komplexen Bau- und Infrastrukturprojekten, um im Vorfeld alles zu prüfen und zu optimieren, noch bevor das Hochhaus tatsächlich gebaut wurde. Auch Unternehmen, die Maschinen oder Windkraftanlagen bauen, erschaffen parallel ein virtuelles Abbild. Realer und digitaler Zwilling tauschen Daten und Informationen aus, die von Sensoren erfasst werden. So können Unternehmen Produktfehler bereits in der Entwicklungsphase erkennen und ihre Anlagen und Bauteile sogar noch nach der Auslieferung kontrollieren.

Die Vorteile sind vielfältig: Mit den Digital Twins lassen sich Szenarien durchspielen, Lösungsstrategien entwickeln, Verbesserungen ausloten und umsetzen. Im virtuellen Zwillingsmodell lassen sich Daten von Windrädern, Bohrinseln oder Flugzeugen auswerten. Ist dabei eine mögliche Beeinträchtigung am digitalen Zwilling zu erkennen, kann das Wartungspersonal bereits mit dem passenden Ersatzteil bereitstehen, wenn zum Beispiel der echte Flieger am Zielflughafen landet.

Die virtuellen Kopien erlauben sogar viel genauere Vorhersagen. So kann der Computer zum Beispiel einige tausend Betriebsstunden mehr simulieren oder ändert die Klimabedingungen des Einsatzortes. Auf diese Art lassen sich recht genau erörtern, wann ein Teil verschleißen wird. Die virtuellen Zwillinge müssen allerdings gegen Schadsoftware und Hackerangriffe genauso umfangreich gesichert werden, wie ihre physikalischen Gegenstücke. Wenn dort die Zwillingsdaten nicht mehr stimmen, wird es im echten Triebwerk oder im Fahrstuhl des Hochhauses auch nicht mehr lange gut gehen.


Schon in den Romanen von Aldous Huxley, der in den 1930er-Jahren eine dystopische Zukunftswelt im Jahre 2540 beschrieb, konnten Forscher das Aussehen und die Intelligenz eines Menschen bereits vor der Geburt festlegen. Und tatsächlich: Wissenschaftler und Genetiker sind gar nicht mehr so weit von dieser Vision entfernt.

Denn ein neues Werkzeug revolutioniert die Gentechnik: Mit der CRISPR/Cas9-Technik können Wissenschaftler an der gewünschten Stelle der DNA einen präzisen Schnitt vornehmen. Die Abkürzung steht für „clustered regularly interspaced short palindromic repeats“. Kurz gesagt: Wenn man den Reparaturenzymen der Zelle einen passenden neuen Abschnitt zur Verfügung stellt, bauen sie bevorzugt diesen Erbgutabschnitt an der Schnittstelle ein. So lässt sich mit der Genschere CRISPR/Cas9 das Erbgut relativ einfach und genau manipulieren. Wissenschaftler hoffen, damit krankmachende Mutationen direkt beseitigen zu können. Und so können wir in den Entstehungsprozess eines Lebewesens eingreifen, an Stammzellen von Tieren wird dies weltweit in Labors bereits praktiziert.

Das wiederum führt zu radikal neuen Möglichkeiten: Krankheiten könnten sich künftig besser behandeln lassen, Menschen könnten optimiert werden. Die Vision reicht von der Anpassung des Körperbaus und der Intelligenz bis zum Stoppen des Alterungsprozesses. Bis dahin es aber noch ein weiter Weg. Kritiker warnen aber schon jetzt, dass solche Verfahren die Definition eines genetischen Defekts immer weiter verschieben. Das maßgeschneiderte Designerbaby wäre ein nächster logischer Schritt, alles andere wäre „defekt“.

Auch bei Pflanzen und Lebensmitteln wird die Gentechnik eingesetzt. Doch viele Menschen möchten zumindest erkennen, wo das Erbgut verändert worden ist. Doch genau das wird künftig mit dem heutigen System nicht mehr möglich sein. Die Grenzen zwischen „natürlich“ und „modifiziert“ verschwimmen zusehends.


Der New Yorker Künstler und Aktivist Neil Harbisson hat schon so einiges zu hören bekommen: Ob er ein Mikro am Kopf hätte, einen Selfie-Stick oder eine GoPro-Kamera. Tatsächlich sieht Harbisson ungewöhnlich aus: Von seinem Hinterkopf aus ragt eine Antenne nach vorn, die er sich 2004 samt Chip implantieren ließ. Ein Sensor in der Antenne registriert die Frequenz von Farben und leitet sie an den Chip in seinem Hinterkopf weiter. Für jede Tonhöhe hat sich der Cyborg vor der Implantation eine Farbe eingeprägt.

Wegen der technischen Bauteile, die mit seinem Körper verbunden sind, kann man Harbisson als einen Cyborg bezeichnen. Der englische Begriff bedeutet so viel wie kybernetischer Organismus. Gemeint ist damit ein Lebewesen, dessen Körper mit der Technik verschmolzen ist. Auch ein computergesteuertes Exoskelett gilt als Beispiel der Verschmelzung von Mensch und Maschine. Bei der Eröffnungszeremonie der Fußballweltmeisterschaft 2014 in Brasilien konnte damals ein querschnittsgelähmter Brasilianer im Roboteranzug den Ball symbolisch anstoßen.

Forscher tüfteln an robotergesteuerten Arm- oder Fußprothesen. Cochlea-Implantate ermöglichen es Gehörlosen, wieder zu hören. Und Hirnschrittmacher helfen Menschen, die an Parkinson erkrankt sind, ihre Beschwerden zu lindern. Gefragt sind sogenannte myoelektrische Prothesen: Hier funktioniert die Steuerung über die Muskeln des nach der Amputation verbliebenen Stumpfes, der in Silikon eingebettet wird. Forscher des Universitätsklinikums Heidelberg haben Elektroden entwickelt, die zum Beispiel eine Muskelaktivität im Arm erfassen. Damit werden elektrische Motoren angesteuert, die Greif- und Umwendebewegungen der Hand und Funktionen des Ellenbogens steuern können. Schon forschen Wissenschaftler daran, Prothesen mit Gedankenimpulse zu steuern. Der amerikanische Futurist Ray Kurzweil glaubt derweil, dass sich die technischen Möglichkeiten exponentiell beschleunigen werden. Dann wird es künftig Nano-Roboter in unserer Blutbahn geben, programmierbare Gene gegen Krankheiten oder Software-Kopien für das menschliche Gehirn.