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Digitalisierung ohne Wenn und Aber

Wir befinden uns inmitten des technologischen Wandels „Digitalisierung“, dessen Entwicklung weder absehbar noch vorhersehbar ist. Die einzige Konstante dieser Reise ins Ungewisse, die sich heute prognostizieren lässt: Sie wird unsere Gesellschaft fundamental verändern.

Ein Wandel, den die seit mehr als 200 Jahren erscheinende Enzyklopädie „Brockhaus“ in ihrem Nachschlagewerk folgendermaßen definiert: „Digitalisierung: im ursprünglichen Sinn die Umwandlung analoger Signale in digitale Daten, die mit einem Computer weiterverarbeitet werden können, in einem weiteren Sinn der Prozess einer alle Lebensbereiche umfassenden Transformation hin zu einem Dasein, das von digitalen Daten bestimmt wird“.

Grob vereinfacht heißt das: Informationen werden in Zahlen des binären oder dualen Systems mit 0 und 1 als Einheiten abgebildet und gespeichert. Das war alles, was man uns über Digitalisierung erzählt hat. So inflationär der Begriff Digitalisierung derzeit gebraucht wird, so präzise kann man feststellen, dass sich dessen Wahrnehmung innerhalb der Bevölkerung in der jüngsten Zeit verändert hat: Es wird etwas geschehen, auch wenn dieses „Etwas“ noch unklar ist.

Technologischer Fortschritt: Voraussetzung zeitgemäßen Lebens

Das Zeitalter der Digitalisierung könnte die Menschheit vor die größte Herausforderung in ihrer Geschichte stellen, die sie jemals zu bewältigen hatte. Wer sich dem digitalen Wandel verweigert, verweigert sich der Zukunft. Aufhalten lässt sich diese rasante technologische Entwicklung nicht, also müssen wir uns ihr stellen. Technische Innovationen verändern unseren Alltag, da sie den sozialen Anforderungen unserer Gesellschaft folgen. Und ehe wir es uns versehen, sind sie bereits unverzichtbarer Bestandteil unseres Privat- wie Berufslebens.

Alexa weiß, welcher Fußballverein den Aufstieg in die Bundesliga geschafft hat, Siri sagt uns, ob wir einen Regenschutz einpacken sollen, Cortana liest die Nachrichten vor und OK Google berechnet per Sprachaufforderung die schnellste Fahrtroute zu unserem Businesstermin. Aus dem Auto schließlich melden wir uns noch „hands-free“ bei einem Geschäftskunden und um es nicht zu vergessen, stellen wir gleich nebenher den Thermostat der Heizung für den Abend ein. Auch entspannende Berieselung durch die Stereoanlage wäre fein und die richtige Beleuchtung lässt sich obendrein gleich mitprogrammieren. Das alles funktioniert über Sprachsteuerung, also ohne die Hände vom Lenkrad zu nehmen.

Technische Entwicklungen bedürfen entsprechender Vorlaufzeiten und das, was gestern noch unvorstellbar war, ist heute gebräuchlich und morgen bereits veraltet. Digitale Errungenschaften fallen also keineswegs unvermittelt vom Himmel, sondern sind in der kollektiven Wahrnehmung oft lange vor dem tatsächlichen Eintreten erkennbar. Bereits 1927 hat Fritz Lang mit seinem bedrückenden Stummfilm-Klassiker „Metropolis“ seine Vision der Abhängigkeit der Menschen von der Maschine skizziert, deren Ängste und Sorgen bis heute nichts an ihrer Aktualität eingebüßt haben.

Die Zeit der Digitalisierung steht erst am Anfang. Einen wesentlichen Schub in die digitale Epoche brachte das Coronavirus SARS-CoV-2, das die Lebensgewohnheiten der Menschen von heute auf morgen umkrempelte. Personen, die technologische Hilfsmittel nach Möglichkeit verweigerten, waren plötzlich angewiesen auf solche. Das begann beim kontaktlosen Bezahlen im Supermarkt und erschöpfte sich mit Homeschooling oder Homeoffice noch lange nicht. Plötzlich reichte es nicht mehr, ein PDF herumzuschicken. Defizite haben auch Schulbuchverlage, die digital am letzten Stand sind, es aber seit Jahren nicht schaffen, die Bildungsinhalte zu digitalisieren. Im Endeffekt ein großes Do-it-yourself, an dem sich Lehrer, Schüler und Eltern beteiligen mussten.

Corona änderte das digitale Nutzungsverhalten der Menschen schlagartig und dass die überwiegende Mehrheit diese Gewohnheiten auch in nachpandemischen Zeiten beibehält, ist wahrscheinlich.

Die globale Verbreitung digitaler Netzwerke gehört zu den radikalsten Veränderungen in unserer Gesellschaft. Dass es sich dabei nicht ausschließlich um Technologie handelt, sondern vielmehr um die Akzeptanz von anderen Möglichkeiten, hat uns die Pandemie sehr drastisch vor Augen geführt.

Innovationen lenken unsere Entwicklung

Die Entwicklung der Automatisierung zieht sich über zweieinhalb Jahrhunderte, denn nichts ist auch hierbei stetiger als der Wandel. Die Industrie 4.0 wäre ohne die einzelnen Entwicklungsstufen ihrer Vorgänger-Revolutionen undenkbar. Dabei waren die einzelnen industriellen Strömungen geprägt von gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Erfordernissen, die sich durch die jeweils vorhandenen Ressourcen ergaben. Die Produktion mittels Maschinen zu mechanisieren – heute als erste industrielle Revolution bezeichnet – entwickelte sich Mitte des 18. Jahrhunderts in der britischen Textilindustrie, wo mechanische Webstühle errichtet wurden, betrieben durch Wasser- und Dampfkraft. Wasserkraft war der erste Energieträger, der auch den Verkehr revolutionierte und zu den ersten Erfolgen der frühen Industrialisierung führte.

Ausgangspunkt für die zweite industrielle Revolution zu Ende des 19. Jahrhunderts war die Einführung der Elektrizität als Antriebskraft, um die Massenproduktion zu ermöglichen. Auf den Fließbändern in den Werkhallen der Fabriksgebäude zu Beginn des frühen 20. Jahrhunderts konnte bereits in Akkord produziert werden, weil leistungsfähige Motoren die menschliche Arbeit durch Automatisierung ersetzten.

Errungenschaften in der Kommunikation, wie Telegramm und Telefon, sowie die ersten Schreibmaschinen beschleunigten ebenso die Arbeitsprozesse und sorgten für das Aufkommen von Büroarbeitsplätzen. In dieser Epoche wurden wohl auch die ersten Schritte in Richtung Globalisierung gesetzt: durch die automatisierte Verarbeitung von Rohstoffen, Lebensmitteln und Kleidung sowie den grenzüberschreitenden Warenhandel durch Mobilität als Folge der Entdeckung von Erdöl und der Erfindung des Verbrennungsmotors. Erstmals in der Geschichte konnten durch Luftfahrt oder mittels Dampfschiffen Weltmeere zum Zweck des Warentransports überquert werden.

Auch die Grundlagen für die dritte industrielle Revolution, der Informationstechnologie, sind hier zu finden: Die erste „Programmiererin“, die britische Mathematikerin Ada Lovelace, veröffentlichte 1843 einen umfangreichen Kommentar zur Programmierung für einen – zwar niemals realisierten – mechanischen Computer. Die wesentlichen Eigenschaften späterer Programmiersprachen, wie Unterprogramm oder Verzweigung, nahm sie damit bereits vorweg.

Die Wurzeln der dritten industriellen Entwicklungsstufe reichen bis in die Mitte des vergangenen Jahrhunderts, belegt durch den ersten funktionsfähigen Computer der Welt. Den legendären Z3 entwickelte der deutsche Bauingenieur Konrad Ernst Otto Zuse im Jahr 1941. Dieser Computer war programmgesteuert, frei programmierbar und vollautomatisch.

Die dritte industrielle Revolution, in den 1970er-Jahren begründet, machte sich Elektronik und Informationstechnologie zunutze, um die Produktion zu automatisieren. Nachdem die ersten Rechenmaschinen in der Industrie Einzug hielten, schufen Personal Computer für Büro und Haushalt einen neuen Industriezweig. Elektronik, Informationstechnik sowie produktive Roboter ermöglichten eine höhere Automatisation von Produktion, Montage und Logistikprozessen.

Die vierte industrielle Revolution

Mechanisierung, Elektrifizierung und Automatisierung verdanken wir den ersten drei industriellen Revolutionen. Die digitale Revolution mit ihrer technologischen Komponente ist im Gegensatz zu den drei vorangegangenen zweifelsfrei die einschneidendste: Erstmals auf diesem Planeten wird nicht mehr lediglich das äußere Umfeld des Menschen verändert, sondern mithilfe von Biotechnologie und künstlicher Intelligenz der Mensch selbst an Körper und Geist optimiert. Die mit „Upgrades“ versehenen, modifizierten Gehirne der Bevölkerung könnten Supermenschen hervorbringen, die mit unserer Spezies Mensch bald nicht mehr viel gemein haben. Diese neue Generation des Homo sapiens würde imstande sein, in zwei, drei Generationen mit völlig neuen Fähigkeiten, Bedürfnissen und Gewohnheiten auch ihre Lebenswelt komplett zu verändern.

Der Beginn des „digitalen Zeitalters“ wird häufig auf das Jahr 2002 datiert, da angenommen wird, dass es in diesem Jahr der Menschheit erstmals möglich war, mehr Information digital als analog zu speichern.²

Die Ära der Digitalisierung baut zwar auf dem Wissen der dritten industriellen Revolution auf, doch sein wesentliches Merkmal ist die Verschmelzung von Technologien. „Es gibt drei Gründe, warum es sich bei der heutigen Transformation nicht nur um eine Verlängerung der dritten industriellen Revolution handelt, sondern sich eher eine Vierte, anders Geartete abzeichnet: Schnelligkeit, Reichweite und systemische Wirkung. Die Schnelligkeit, mit der derzeit Durchbrüche erzielt werden, wurde noch nie erreicht“, erläutert der Chef des Weltwirtschaftsforums Klaus Schwab im Handelsblatt.³ „Im Vergleich zu vorherigen industriellen Revolutionen, entwickelt sich die Vierte exponentiell und nicht in linearem Tempo. Sie wirbelt fast jeden Industriezweig in allen Ländern durcheinander. Und die Breite sowie die Tiefe dieser Veränderungen kündigen die Erschaffung ganz neuer Systeme an, was Produktion, Management und Governance einbezieht.“

Die Ära der digitalen Automatisierung, häufig Industrie 4.0 genannt, soll es ermöglichen, die Massenproduktion zu individualisieren, neue Geschäfts- und Beschäftigungsmodelle zu schaffen sowie durch intelligente Prozesse zu neuen Wertschöpfungsketten zu gelangen. Die Daten sind der Rohstoff, das Internet sein Trägermedium und erst durch die Vernetzung digitaler Technologie wird es möglich werden, den Übergang vom Industriezeitalter in eine Informations- und Wissensgesellschaft zu erreichen.

Der Prozess technologischer Innovationen war der stärkste Wohlstandstreiber der Geschichte, der das Gemeinwohl der Menschheit gesteigert hat. Seit Beginn der ersten industriellen Revolution ist das durchschnittliche Realeinkommen pro Person in OECD-Ländern um rund 2.900 Prozent gestiegen.⁴ In diesem Zeitraum hat sich auch die Lebenserwartung mehr als verdoppelt, im Vereinigten Königreich von 40 auf über 80 Jahre und in Indien von 23,5 auf derzeit 65 Jahre.

Dennoch wird das neue Technologiezeitalter gefordert sein, die aktuellen Probleme der Menschheit, die auf den vorangegangenen drei industriellen Revolutionen fußen, zu lösen: die Stagnation bzw. das Absinken des Medians von Löhnen und Gehältern in den Industrieländern zu verhindern – und in den Entwicklungsländern das Wirtschaftswachstum nachhaltig anzukurbeln, da dort fast jeder Zehnte in extremer Armut lebt, ohne Aussicht auf eine nachhaltige Verbesserung seines Lebensstandards.

Industrie 4.0: Die Vernetzung von Maschinen (IIoT)

Mit der Digitalisierung der Produktion, also der Industrie 4.0, ist es möglich, sowohl effizienter als auch individueller Werkstücke zu erzeugen. Zwei Entwicklungen machen das Wesen der Industrie 4.0 aus: Vernetzung und Selbststeuerung. Das Vernetzen von Maschinen, sogenannte Machine-to-Machine (M2M)-Systeme, ermöglicht es, Daten und damit Informationen auszutauschen und somit intelligent aufeinander zu reagieren. Selbststeuerung bedeutet, dass die Maschinen – im Gegensatz zur bisherigen Zentralsteuerung durch den Menschen – dabei selbst untereinander kommunizieren. Das ist ihnen aber auch mit anderen Systemen, wie Produktion, Vertrieb, Entwicklung bis einschließlich Kunden und Lieferanten, möglich. Realisiert wird das durch Sensoren, die an den einzelnen Objekten angebracht sind. Solche Sensoren sind Messgeräte, die physikalische Größen erfassen und in elektrische Signale umwandeln. Diese Technologie wird als Industrial Internet of Things (IIoT) bezeichnet und gewährleistet die vernetzte Kommunikation über das Internet. Voraussetzung dafür ist ein leistungsfähiger Mobilfunkstandard, wie er derzeit mit 5G eingeführt wird. Die Idee des IIoT basiert auf der künstlichen Intelligenz, die Big-Data-Technologien integriert, um die Effektivität von Unternehmen beträchtlich zu steigern. Aber: Ungewollte, unvermeidliche Unterbrechungen der Logistikprozesse bzw. Lieferketten, z. B. infolge von Pandemien, haben umso dramatischere Auswirkungen.

Diese dezentrale Selbstoptimierung soll in der Folge zur sogenannten Smart Factory führen, wo Maschinen und Roboter selbstständig entscheiden, welches Bauteil welchen Weg durch die Produktion nimmt. Diese Automatisierung von Fabriken verschlankt Logistikprozesse innerhalb eines Unternehmens ebenso wie den gesamten Prozess kompletter Lieferketten. So weiß jede Maschine, wie viele Bauteile noch im Lager sind, und kann automatisch eine Bestellung zum Lieferanten senden, der für Nachschub sorgt. Ähnlich dem Warenbestand lassen sich auch Produktionsabläufe planen. Sollte sich ein Autokäufer in letzter Sekunde doch noch für ein Dachfenster entscheiden, plant die Produktion automatisch einen anderen Weg für die Fertigung dieses Fahrzeugs ein.

Um komplexe Prozesse von realen Maschinen zu simulieren, werden in der Industrie digitale Zwillinge eingesetzt. „Ein digitaler Zwilling ist grundsätzlich eine virtuelle Echtzeitabbildung der Struktur und des Verhaltens eines physischen Gegenstandes. Er begleitet und assistiert eine Anlage über deren gesamten Lebenszyklus – vom ersten Entwurf, über Konstruktion und Fertigung bis hin zur Wartung und Recycling. Ein derartiger Zwilling interagiert zu jedem Zeitpunkt mit seinem physischen Gegenstück und liefert wertvolle Daten über den Status und Zustand der Anlage.“⁵

Der Nutzen für die Industrie besteht in der Einsparung physischer Prototypen sowie der Gelegenheit, Verhalten, Funktionalität und Qualität des realen Zwillings unter jedem relevanten Aspekt zu simulieren. Dieser Wert kann für alle Teile der Wertschöpfung über den gesamten Lebenszyklus von Produkten, Anlagen und Dienstleistungen genutzt werden. Digitale Zwillinge gibt es für Produkte, Produktionsanlagen, Prozesse und Dienstleistungen aller Branchen. Als Designmodell für ein künftiges Produkt kann ein digitaler Zwilling bereits vor seinem realen Pendant existieren.

3-D-Druck: Das Ende der Massenproduktion

Als Schlüsseltechnologie kann die „additive Fertigung“, auch unter dem gängigen Namen 3-D-Druck bekannt, in der industriellen Fertigung neben Prototypen- und Kleinserienbau auch Unikate bis Losgröße 1 schnell und kostengünstig produzieren. Bei den großen Automobilherstellern in Deutschland ist die Verwendung von Prototypen aus 3-D-Drucktechnologie bereits Praxis, hat es doch den Vorteil, die Bauteile selbst ausdrucken zu können, um Zeit und Kosten durch Bestellen und Liefern von Automobilteilen einzusparen.

3-D-Druck erlaubt es, dreidimensionale Gegenstände Schicht für Schicht aus flüssigen oder festen Werkstoffen wie Pulver, Kunststoff oder Metall zu fertigen. Mit fallenden Kosten und höherer Produktivität von 3-D-Druckern könnte diese Technologie viele herkömmliche Fertigungsprozesse ersetzen. Vollkommen neue Produkte könnten dadurch entstehen und damit neue Marktchancen für Unternehmen eröffnen.

In der österreichischen Sachgütererzeugung wenden bereits 22 Prozent aller Firmen mit 20 oder mehr Beschäftigten 3-D-Druck an. „Große Unternehmen verwenden die Technologie noch deutlich häufiger als kleinere“, weiß Bernhard Dachs, Senior Scientist am AIT Center for Innovation Systems & Policy. „Mit steigernder Leistungsfähigkeit wird sich die Technologie auch bei kleineren Unternehmen verbreiten.“

Auch wenn das künftige Leistungsvermögen von 3-D-Druck vielfältig ist, beschränkt sich der konkrete Einsatz derzeit noch auf ausgewählte Bereiche. Am häufigsten wird 3-D-Druck in der Elektro- und Elektronikindustrie und im Fahrzeug- und Maschinenbau eingesetzt, während in den Sektoren Nahrungsmittel, Holz und Papier oder Chemie nur vergleichsweise wenige Firmen 3-D-Druck einsetzen. Derzeit verwenden deutlich mehr Firmen 3-D-Druck für die Erzeugung von Prototypen als für die Serienfertigung.

3-D-Drucker werden immer günstiger, sodass diese Technologie nicht nur für Unternehmen, sondern auch für Private interessant wird. Was jetzt noch als Spielerei abgetan wird, könnte in den nächsten Jahren zur echten Alternative von industriellen Standardprodukten werden. Passendes Werkzeug samt entsprechendem Werkzeugkasten, Kabelbinder, Besteck, Trinkflaschenhalterung und Flaschenöffner, Zahnbürsten-Etui und vieles mehr – alles sogar in der absoluten Wunschfarbe selbst ausgedruckt – ist bereits machbar. Die individuelle Produktion als Endziel dieser additiven Drucktechnologie schafft neue Dimensionen. Der Vorteil von 3-D-Druckern ist, dass sie nach dem tatsächlichen Bedarf produzieren. Es wird auch in Zukunft nicht alles aus dem 3-D-Drucker kommen, weil individuelle Teile auf lange Zeit teurer sein werden als solche aus der Massenfertigung. Für Spezialanforderungen und individuelle Wünsche wird die 3-D-Drucktechnologie wohl aber auch im Privatbereich eine ernst zu nehmende Alternative sein.

Die zukunftsweisenden Möglichkeiten der 3-D-Technologie sind noch lange nicht ausgeschöpft. Ersichtlich ist das an den Fortschritten im Bioprinting von organischem Gewebe, wie in der Medizin, in der synthetischen Biologie oder in der Lebensmittelindustrie, wo 3-D-Drucker eingesetzt werden sollen, um in Zukunft ganze Organe oder künstliches Fleisch herzustellen. Auch der im frühen Entwicklungsstadium befindliche 4-D-Druck wird die Zukunft der Fertigung revolutionieren. Beim 4-D-Druck kommt zur Dreidimensionalität eine vierte Dimension – die Zeit – hinzu, in der sich die Objekte nach der Fertigung durch einen Impuls von außen, z. B. Licht, Wasser, Elektrizität, Chemikalien oder Hitze, verändern.

Jalousien könnten auf diese Weise unsichtbar in ein Fenster integriert eigenständig arbeiten und auch ein T-Shirt – dank der additiven Fertigung perfekt an den Körper angepasst –, das wärmt, wenn es kalt ist, und Luft durchlässt, wenn man schwitzt, ist denkbar. Darüber hinaus hat 4-D-Druck großes Potenzial in der Medizin. Organe und Knochen, die mit dem menschlichen Körper mitwachsen, sind keine Zukunftsmusik mehr und damit verbunden auch die Wartezeiten von Organspenden.

Was ist digitale Technik?

Technik steht in unserer aufgeklärten, rationellen, nüchternen westlichen Hemisphäre für Wachstum, Fortschritt und Wohlstand. Digitaltechnik ist ein Teilgebiet der technischen Informatik und Fundament unserer technisch orientierten Zivilisation. Wir verwenden digitale Technik als Grundlage aller Informations- und Kommunikationswege, derer wir uns heute bedienen – ausgenommen des persönlichen Gesprächs oder geschriebenen Briefs. Nicht nur das private Leben wird digital gesteuert, längst hat diese moderne Datentechnik in allen Bereichen des öffentlichen Lebens, der Wirtschaft und Wissenschaft Platz gegriffen. Produktion, Sicherheit, Gesundheit, Mobilität und Medien wären ohne digitale Technik undenkbar. Schlüsseltechnologien sind u. a. Big Data, Cloud Computing, WLAN-Tech-nologie, Blockchain, Software Engineering, Systems Engineering, Machine Learning.

Die Vorteile sind überzeugend, die Möglichkeiten zu deren Einsatz gigantisch und der Nutzen augenscheinlich. Die Zuverlässigkeit wird für die geforderte Sicherheit sorgen, die bestimmend sein wird, wie grenzenlos wir uns dem digitalen Netz anvertrauen werden. Seit den 1990er-Jahren geben in der Telekommunikation die digitalen Technologien den Ton an: Waren es im Jahr 1993 erst 3 Prozent, wuchs der Einfluss digitaler Technologien auf österreichische Mittelstandsunternehmen laut Statista auf stattliche 88 Prozent an.⁶

Blockchain: Digitale Kette unveränderbarer Daten

Fraglos ist die Blockchain-Technologie eine der fundamentalen Errungenschaften in der digitalen Entwicklung, auch wenn sie im Zusammenhang mit den anfänglichen Ungereimtheiten der Kryptowährung Bitcoin in Misskredit geraten ist. Die Beschaffenheit dieses dezentralen Netzwerks ermöglicht es jedem daran Beteiligten, zeitgleich an dieselben digitalen Informationen zu gelangen und diese zu verteilen, ohne sie kopieren zu müssen. Lag ihr Ursprung in der Finanzdienstleistungsbranche, hält die Blockchain bereits Einzug in andere Dienstleistungsbereiche. Zum Einsatz kommt sie derzeit u.a. bei Verträgen und Geldtransaktionen, im Versicherungswesen, im Gesundheitswesen bei Systemen für medizinische Informationen, wie z. B. der Elektronischen Gesundheitsakte, der Gesetzgebung sowie der elektronischen Stimmabgabe, geheimen militärischen Informationen, dem Sicherheitsmanagement kritischer Anlagen oder Daten von Großunternehmen. In Schweden und Georgien sind Pilotprojekte zur Grundbuchverwaltung mittels Blockchain im Gange und Wien Energie vereinfacht damit bereits den Stromhandel in einem Test-Grätzel.

Eine Blockchain – eine Kette von Blöcken – ist eine beliebig erweiterbare Liste von Datensätzen, also „Blöcken“, die mittels kryptografischer Verfahren miteinander verkettet sind. Charakteristisch ist, dass jeder Block den sicheren Hash (verschlüsselter und eindeutiger Code) des vorhergehenden Blocks enthält⁷ und mit einem Zeitstempel sowie Transaktionsdaten ausgestattet ist.⁸

Blockchain-Technologie erspart in allen Anwendungsbereichen Zeit und Kosten. Da die Informationen, die auf einer Blockchain gespeichert sind, gemeinsam genutzt sowie kontinuierlich abgeglichen werden, sorgt diese Form der Datenbank für höchste Transparenz und schafft so Vertrauen.

Die Aufzeichnungen sind öffentlich, damit auch nachprüfbar und jeder Internetnutzer kann zeitgleich darauf zugreifen, da die Daten von Millionen Computern parallel gehostet werden. Es existiert daher keine zentralisierte Version dieser Informationen, die von einem Hacker manipuliert werden könnte. Nachteil dieser Technologie ist sein enormer Stromverbrauch und die damit einhergehende CO₂-Belastung der Umwelt.

Technologien der Zukunft

Digitale Technologie lebt von Daten. Die Forschung arbeitet daran, die Kapazitäten in der Datenverarbeitung zu vergrößern sowie die Speicherung, Manipulation und Kommunikation von Informationen zu erweitern. Die aktuellen Herausforderungen am Beginn des digitalen Zeitalters bestehen aus der Weiterentwicklung von Datenverarbeitungstechnologien, Systemen, die auf Grundlage von Blockchain und verteiltem Hauptbuch basieren, einem sich rasant entwickelnden Internet der Dinge (IoT) sowie Quantencomputern und eingebetteten IKT-Systemen.

Die technische Entwicklung der Komplexität, die Steigerung der Integrationsdichte, also die Anzahl an Transistoren pro Flächeneinheit, bildet eine wesentliche Grundlage der „digitalen Revolution“. Der empirische Grundsatz des nach dem Intel-Mitbegründer Gordon Moore benannten Mooreschen Gesetzes von 1965, wonach sich die Zahl der Transistoren pro Quadratzoll etwa alle zwei Jahre verdoppelt, könnte durch die neuen Quantencomputer seine Gültigkeit verlieren, da ein solcher die physikalischen Grundlagen der Computertechnik revolutioniert, um mit gigantischer Rechenleistung die umfangreichsten und komplexesten Aufgaben der Welt zu lösen.

Ohne Moore’sches Gesetz gäbe es keinen Mobilfunk, wo die Chips auf sehr kleinen und schnellen mobilen Rechnern Platz finden müssen, was auch die Kosten pro Jahr um rund 30 Prozent verringert.⁹ Geringe Kosten sowie die bemerkenswerte Geschwindigkeit der Rechner schaffen Innovationen und Produktivitätssteigerungen in Unternehmen – umso mehr, da die Nachfrage nach Smartphones im Privatbereich weltweit ungebrochen ist. Laut Untersuchungen des Marktforschungsunternehmens Pew Research Center in Washington, D.C. besitzen weltweit rund fünf Milliarden Menschen ein Mobiltelefon und 3,5 Milliarden ein Smartphone.

Die Verkleinerung der Transistoren stößt zunehmend an ihre physikalischen Grenzen, wie Werkstoffwissenschaftler und Chiperzeuger seit Jahren betonen. Die Steigerung der Taktfrequenz sowie die Senkung des Stromverbrauchs von Transistoren sind bereits seit rund zehn Jahren überholt, zudem sind Transistoren schon jetzt kleiner als Viren.

Bevor jedoch die physikalischen Grenzen das Moore’sche Gesetz vollends außer Kraft setzen, könnte es eine Gesetzmäßigkeit von Arthur Rock ablösen. Sie besagt, dass sich die Kosten für die Investitionsausrüstung zum Bau von Halbleiterprodukten alle vier Jahre verdoppeln werden.¹⁰ Diese beachtlichen Kostensteigerungen zur Herstellung immer leistungsfähigerer, kleinerer Chips erklärt Rock damit, dass dafür immer präzisere Gerätschaften mit immer geringeren Fehlerquoten eingesetzt werden müssten. Die höheren Kosten dieser Entwicklung bedingen laut Peter J. Denning und Ted G. Lewis, dass sich damit für jede neue Chip-Generation die Größe des bisherigen Marktes mindestens verdoppeln muss, damit sich die neuen Fabrikationsanlagen rentieren.¹¹

Der Markt hat noch Potenzial: In den Industrieländern ist bei der älteren Generation ein Aufholen beim Gebrauch von Smartphones zu bemerken und auch in den Entwicklungsländern nimmt die Verwendung zu. Rund 3,5 Milliarden Menschen nutzen derzeit weltweit ein Smartphone.

Quantenüberlegenheit oder Apokalypse

Je kleiner die Einheiten, desto schwieriger die Verarbeitung der Daten mit herkömmlichen Rechnern. Im Mikrokosmos verändert sich durch die Annäherung an atomare Größen und deren Bausteine auch der Zustand von Materie. Ein Atom kann sich an mehreren Orten gleichzeitig aufhalten und ein Elektron kann Welle und Teilchen zugleich darstellen. Diese Erkenntnis, die wir Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg und Albert Einstein zu verdanken haben, als sie das Wesen der Atome, der kleinsten Teile unserer Materie, beschrieben und vorhersagten, ist rund 100 Jahre alt. Darüber hinaus sind die Eigenschaften der Teilchen auch nicht eindeutig festgelegt. Diesen Umstand werden sich in Zukunft „Quantencomputer“ zunutze machen, die wie klassische Computer Algorithmen ausführen und mit Zahlen rechnen, aber auch imstande sein werden, die schwierigsten Aufgaben – wie beispielsweise chemische Berechnungen – zu lösen.

Sind bei klassischen Computern Bits die kleinste Informationseinheit, kommen beim Quantencomputer Qubits zur Anwendung, deren klar definierte Zustände von „0“ und „1“ nicht mehr nur „entweder-oder“ bedeuten, sondern durch die Möglichkeit der Überlagerung von zwei Zuständen außerdem „sowohl als auch“ heißen können.

Der österreichische Quantenphysik-Professor Peter Zoller spielt mit seinem Innsbrucker Universitäts-Spin-off „Alpine Quantum Technologies“ in der ersten Liga der Forschung und will bis 2022 einen Quantencomputer zur Marktreife bringen. „Quantencomputing wird aber zunächst weniger der Verkauf von Hardware sein, sondern Computer über eine Quanten-Cloud zur Verfügung zu stellen. Von außen wählt man sich in eine Quantenmaschine ein, die rechnet. Das ist der Markt, der entstehen wird.“¹²

Google, IBM, Microsoft, China, die EU, zahlreiche Geheimdienste und wohl noch einige andere arbeiten seit 20 Jahren fieberhaft an der Entwicklung von Quantencomputern. „Ein Quantencomputer, der eine Aufgabe bewältigt, die selbst für die größten herkömmlichen Supercomputer praktisch unlösbar ist“, wie der Physiker John Preskill 2012 das Kriterium der Quantenüberlegenheit definierte. Wenn Quantencomputer dennoch nicht imstande sein werden, alle digitalen Probleme dieser Welt zu lösen, können sie mit Sicherheit ein großes Problem verursachen: durch die enorme Zahl von Qubits können sie fast alle heute gängigen Verschlüsselungsalgorithmen knacken, die eine relativ sichere Kommunikation im Internet garantieren.

Algorithmen geben uns den Takt vor

Algorithmen sind allgegenwärtig. Sie haben sich so gut wie in alle Bereiche unseres modernen Alltags eingenistet, meist sogar, ohne dass wir davon Kenntnis nehmen. Ihre Bedeutung wächst täglich, dennoch weiß fast die Hälfte der Europäer nicht, was Algorithmen sind. So hat eine repräsentative Studie der Bertelsmann-Stiftung herausgefunden, dass rund 48 Prozent gar nicht wissen, worum es sich bei Algorithmen handelt. 15 Prozent der Befragten haben den Begriff überhaupt noch nie gehört, und 33 Prozent haben ihn zwar einmal vernommen, wissen jedoch nicht, was er bedeutet. Lediglich 8 Prozent meinen, gut über Algorithmen Bescheid zu wissen.¹³

Regelbasierte algorithmische Systeme sind Berechnungsverfahren, um rechnerische Probleme zu lösen. Sie werden von Menschen programmiert und daher können wir diese Entwicklung auch selbst steuern. Ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und ihre Auswirkungen sind somit absehbar. Weil Algorithmen berechenbar sind, stehen wir auch keineswegs vor einer unbewältigbaren Herausforderung, wie manchmal behauptet wird. Laut Bertelsmann-Studie sehen 46 Prozent der EU-Bürger im Einsatz von Algorithmen Vorteile, für rund 20 Prozent überwiegen die Nachteile. Ganz gleich, welche Einstellung wir pflegen, der Algorithmen-Kompetenz wird in Zukunft in unserer Gesellschaft immense Bedeutung zukommen, die in frühester Kindheit vermittelt und erlernt und das ganze Leben lang erweitert und vertieft werden wird.

Programmierer im digitalen Zeitalter sind gefordert, nicht nur technische Probleme in den Griff zu bekommen, sondern auch juristische, gesellschaftliche, ethische und wirtschaftliche Aspekte bei ihrer Problemlösung miteinzubeziehen. Geisteswissenschaftler werden nicht umhinkommen, sich der Technik und den Naturwissenschaften anzunähern, und in der Medizin ist die Entwicklung bereits dermaßen fortgeschritten, dass sich das Berufsbild in einigen Bereichen schon grundlegend verändert hat.

Namensgeber des Algorithmus war der Autor eines Mathematiklehrbuchs, der iranische Universalgelehrte, Mathematiker, Astronom und Geograf Abu Dscha’far Muhammad ibn Musa al-Chwarizmi, latinisiert „Algorismi“, der im 9. Jahrhundert n. Chr. wirkte. Doch was steht hinter dem abstrakten Begriff des Algorithmus?

Vereinfacht gesagt, ist ein Algorithmus eine Abfolge logischer Anweisungen, die vorgeben, wie eine Aufgabe ausgeführt werden soll. Übersetzt in unsere analoge Lebenswelt bedeutet das: Nicht einmal eine Verkehrsampel funktioniert ohne Algorithmus, da dieser das exakte Schaltverhalten lenkt. Die Automatik in Fahrzeugen, das Online-Shopping oder jede Geldüberweisung werden von Algorithmen geregelt. Auch eine IKEA-Bauanleitung, YouTube-Videos mit Problemlösungsinstruktionen, die Wegbeschreibung für Ortsunkundige und nicht zuletzt Kuchenrezepte sind Algorithmen.

Rezepte der Computerwissenschaft

Computeralgorithmen benötigen jedoch exaktere Angaben als Backrezepte. So muss die Beschreibung jedes einzelnen Schritts eindeutig sein. Anweisungen in Kochrezepten sind nie eindeutig definiert und könnten von einem unerfahrenen Anwender falsch verstanden werden. Wann ist Butter schaumig? Wann ist der Eischnee steif?

Algorithmen sind obendrein begrenzt. Sie müssen als endlicher Text festgehalten sein und nach klar definierten Schritten zur Lösung führen. In Algorithmen kann es zum Beispiel auch Anweisungen für Wiederholungen geben, die nacheinander – aber nicht nebeneinander, wie beispielsweise beim Kuchenbacken – zu befolgen sind. Ein mathematischer Algorithmus sollte außerdem für jeden einzelnen Problemfall das richtige Ergebnis liefern.¹⁴

Es gibt unzählige verschiedene Methoden, Algorithmen zu klassifizieren. Eine einmalige oder einheitliche Einteilung gibt es nicht, da die Ziele, die es zu erreichen gilt, unterschiedlich sind. Maßgeblich ist, die Aufgaben der realen Welt, für die der Algorithmus herangezogen wird, zu erfüllen.

Wie Algorithmen ticken

Ein algorithmisches Sortierverfahren stellt z. B. die Priorisierung dar, die eine Rangliste von Suchergebnissen schafft. Google Search verwendet sie, um die Suche nach einer bestimmten Seite zu prognostizieren. Navigationssysteme arbeiten ebenfalls nach diesem Prinzip, wenn sie die schnellste Route ermitteln, und Netflix schlägt jene Filme vor, die man als nächste anschauen könnte. Auch der von IBM entwickelte Schachcomputer Deep Blue bestand grundsätzlich aus einem Priorisierungsmodus, der berechnete, welcher Zug die größten Siegeschancen brachte, als er 1996 den amtierenden Schachweltmeister Garri Kasparow in einer Partie und 1997 in einem vollständigen Wettkampf aus sechs Partien bezwang.

Ein Verfahren zur Einteilung von Objekten oder Situationen in einzelne Klassen beherrschen – wie der Name bereits verrät – Klassifizierungsalgorithmen. Diese Algorithmen erkennen und entfernen unangemessene Inhalte auf YouTube, beschriften Urlaubsfotos und sind auch imstande, handschriftliche Notizen einzuscannen und jedes Zeichen als einen eigenen Buchstaben zuzuordnen. Klassifizierungsalgorithmen sind auch für die Werbeanzeigen im Internet verantwortlich. Wenn die Timeline auf Facebook laufend Fotos von Traumreisezielen zeigt, steht mit höchster Wahrscheinlichkeit der Urlaub vor der Tür, ist die Reifeprüfung geschafft oder man hat einfach nur viele Urlaubsfotos von Freunden geliked. Auch Werbeanzeigen können durch solche Algorithmen jederzeit im Internet aufpoppen. Nachdem dieser Algorithmus Alter, Familie, Wohnort, Beruf, Vorlieben und Abneigungen sowie Freundschaften und soziales Umfeld kennt, ist seine Trefferquote hoch. Da solche Klassifikationsalgorithmen permanent im Hintergrund laufen, kennen sie den Nutzer in- und auswendig.

Anders der Kombinationsalgorithmus, der nach Beziehungen zwischen Einzelheiten, die er markiert, sucht. Das können Dinge, Persönlichkeitsmerkmale oder Einstellungen ebenso sein wie Interessen im Fall von Amazon. Dessen automatisierte Empfehlungen basieren auf einer ähnlichen Grundlage. Dabei kombiniert der Algorithmus die Interessen des Kunden mit jenen von früheren Käufern. Auch Dating-Algorithmen arbeiten nach diesem Prinzip und suchen nach Verbindungspunkten zwischen ihren Mitgliedern, um im Fall wie von Parship und anderen Agenturen passende Partner vorzuschlagen.

Für Spracherkennungsassistenten werden Filteralgorithmen, wie sie auch in sozialen Medien herangezogen werden, verwendet, die sich auf das Wesentliche fokussieren. Ihre Aufgabe ist es, das Signal von der Geräuschkulisse zu unterscheiden. So werden Spracherkennungsalgorithmen wie Alexa, Siri, Cortana und Co. trainiert, die die Stimme aus den Hintergrundgeräuschen herausfiltern, bevor sie entziffern, was gesagt wurde. Soziale Medien wie Facebook und Twitter wiederum filtern Geschichten heraus, um, passend zu den Interessen des Nutzers, einen personalisierten Feed¹⁵ zu erstellen.¹⁶

Es gibt darüber hinaus noch zahllose andere Kategorien, die den Arbeitsalltag von Informatikern zur Wissenschaft machen. Algorithmen werden meist in einer Kombination von unterschiedlichen Methoden erstellt und verwendet, wobei die vielfältigen Verknüpfungsvarianten eine beträchtliche Menge an Einsatzmöglichkeiten bieten.

Mit diesen regelbasierten Algorithmen, die in exakt vorgegebenen Einzelschritten vom Menschen bestimmt werden, lassen sich erstaunlich leistungsstarke Programme erstellen.

Selbstlernende Algorithmen

Eine andere Art von Algorithmen, die selbstlernenden Algorithmen, die in der Handhabung aufwendiger sind, finden dort Anwendung, wo die menschliche Logik zur Anleitung zu kurz greift und das Schreiben von Anweisungslisten zu keiner Lösung führen würde. Angelehnt an das Lernverhalten des menschlichen Gehirns oder jenes von entwickelten Tieren, lernt der Algorithmus durch die „künstliche“ Generierung von Wissen aus Erfahrung. Ähnlich wie bei der Abrichtung von Tieren wird ein klares Ziel definiert, das durch Belohnung für gutes und Ignorieren von schlechtem Verhalten samt möglichst vielen Wiederholungen erreicht werden soll.

Lernende Algorithmen haben den Vorteil, Objekte in Bildern wahrnehmen zu können, gesprochene Worte deuten und sie sogar in eine andere Sprache übersetzen zu können. Sie haben aber auch den Nachteil gegenüber regelbasierten Algorithmen, dass sich die „künstliche Intelligenz“ ihre Wege zur Lösung des Problems selbst sucht und für den menschlichen Beobachter somit nicht nachvollziehbar ist, was daher oftmals als Blackbox bezeichnet wird.

Ein künstliches System lernt aus Beispielen und kann diese nach Beendigung der Lernphase verallgemeinern. Beim sogenannten Maschinellen Lernen, dem Machine Learning, werden nicht einfach Beispiele auswendig gelernt, sondern Muster und Gesetzmäßigkeiten in den Lerndaten. Daher kann dieses System auch Unbekannte derselben Art beurteilen oder auch am Lernen unbekannter Daten durch Überanpassung, overfitting, scheitern.^{17 18}

Die Anwendungsbereiche lernender Algorithmen – auch unter dem Überbegriff künstliche Intelligenz (KI) bekannt – werden immer zahlreicher, weil die Erfolge dieses Verfahrens laufend größer werden. Von automatisierten Diagnoseverfahren, Erkennen von Kreditkartenbetrug, Aktienmarktanalysen, Klassifikation von Nukleotidsequenzen, Sprach- und Texterkennung bis hin zu autonomen Systemen.

Big Data: Daten als Treibstoff des 21. Jahrhunderts

Wenn auch die Bezeichnung „Big Data“ eine Begrifflichkeit der neuen digitalen Welt ist, so ist die Praxis des Datensammelns eine durchaus lang geübte. Schon in der Antike erstellten Regierungen erste Statistiken. Könige oder Kaiser wollten wissen, wie viel Geld die nächsten Steuererhebungen einbringen würden und wie viele Soldaten das Land im Kriegsfall stellen könne. Die ersten Beweise für solche Erhebungen lassen sich anhand von Tonscherben auf 3800 v. Chr. datieren. Im alten Babylon wurden vor fast 6.000 Jahren Volkszählungen durchgeführt und im antiken Griechenland fanden sich überdies laufende Aufzeichnungen betreffend Getreideeinfuhr oder Verzeichnisse zollpflichtiger Waren. Im römischen Reich wurden ab dem 6. Jahrhundert v. Chr. alle fünf Jahre Bevölkerungserhebungen durchgeführt.¹⁹

Daten verdrängen im 21. Jahrhundert in der Tat das Erdöl als Wirtschaftsfaktor. Sie sind universelle Antriebskraft für nahezu alle Technologien der Digitalisierung und sie machen jene Personen und Institutionen reich, die sie besitzen, mit ihnen Handel treiben oder sie auswerten. Die gesamte künstliche Intelligenz (KI) basiert durch den technologischen Fortschritt auf Big Data, befeuert mittels der neuartigen Methoden des Machine Learnings.

Big Data als allgemeingültige Definition wird man vergeblich suchen. Gleichwohl das Erfassen und Speichern großer Mengen an Informationen zur Analyse in den frühen 2000er-Jahren an Bedeutung gewann, ist eine gängige Definition von Big Data nach wie vor jene, die Doug Laney, Analyst des US-amerikanischen Marktforschungsunternehmens Gartner, bereits 2001 mit seinem 3-V-Modell folgendermaßen erklärt hat: Volume, Velocity und Variety.

Volume steht für die exorbitant wachsende Datenmenge, die aufgrund der technologischen Möglichkeiten gewonnen, gespeichert und verarbeitet wird. Die Prognose zum Volumen der jährlich weltweit generierten digitalen Datenmenge für das Jahr 2025 beläuft sich auf 175 Zettabyte²⁰ – im Vergleich zu 33 Zettabyte im Jahr 2018.²¹ Gesammelt wird aus den unterschiedlichsten Quellen von sozialen Medien, der öffentlichen Verwaltung, über geschäftliche Transaktionen bis zum automatisierten Informationsaustausch in der Machine-to-Machine-Kommunikation.

Für die Geschwindigkeit, mit der sich Daten generieren, auswerten und nahezu in Echtzeit verarbeiten lassen, steht Velocity. Jeder Klick, jeder View und jedes Einloggen im Internet wird mit Sicherheit irgendwo erfasst. Ein großer „Datensammler“ dabei ist die Suchmaschine Google. Das Internet hat 4,54 Milliarden Nutzer.²² 92,81 Prozent aller Internet-Nutzer suchen über Google. Bereits 2015 sammelte Google mindestens 20 Petabyte, das sind 2015 Byte, an Daten. Wollten wir 20 Petabyte auf USB-Sticks von je 4 Gigabyte speichern, bräuchten wir fünf Millionen Stück.

Für die Vielfalt der Datentypen und Datenquellen von Daten aus herkömmlichen Datenbanken bis hin zu unstrukturierten Textdokumenten, E-Mail, Video, Audio, Börsentickerdaten und Finanztransaktionen steht Variety. Diese Daten, die weltweit zu 80 Prozent vorkommen, sind unstrukturiert und weisen auf den ersten Blick keinerlei Zusammenhänge auf. Durch Big-Data-Suchalgorithmen können diese Daten strukturiert eingeordnet und auf Zusammenhänge untersucht werden. Neben herkömmlichen Datensätzen zählen auch Bilder, Videos und Sprachaufzeichnungen dazu.²³

Dieses Grundmodell wird häufig durch ein viertes und fünftes V erweitert: Veracity steht für die Wahrhaftigkeit und Glaubwürdigkeit von Daten und Value für den unternehmerischen Mehrwert. Mittlerweile haben viele Unternehmen eigene Datenplattformen mit prall gefüllten Datenpools aufgebaut und viel Geld in die Infrastruktur investiert, um Business Value zu generieren.

„Fifth Generation“: 5G steht in den Startlöchern

Während die derzeit gebräuchlichste Technologie 4G für die private Nutzung weiterhin optimiert wird, ist die fünfte Generation drahtloser Breitbandtechnologie vor allem für die Industrie durch die zunehmende Vernetzung von intelligenten Maschinen interessant.

Unternehmen wollen mit 5G eigene Mobilfunknetze auf ihren Fabriksgeländen aufbauen. Autonom fahrende Autos brauchen den neuen Mobilfunkstandard und auch in der Telemedizin oder in der Landwirtschaft soll diese Technologie künftig eine wichtige Rolle spielen. Die Produktivität von Österreichs Wirtschaft könnte mit einer erstklassigen digitalen Infrastruktur, bei der die 5G-Technologie eine Schlüsselrolle spielt, um durchschnittlich 15,2 Prozent oder 58,7 Milliarden Euro gesteigert werden, wie eine Modellrechnung des Österreichischen Infrastrukturreports 2020 verdeutlicht. Das größte industrielle Forschungsnetz, ein weltweit einmaliges Ökosystem zur Erforschung und Entwicklung von 5G-Technologien für die Industrie 4.0, entsteht auf einem Campus in Aachen. Gemeinsam mit Projektpartnern sollen dort unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie (IPT) künftig Anwendungen und Lösungen für die vernetzte Produktion über den neuen Mobilfunkstandard entwickelt und erprobt werden.

Dennoch hinkt Europa beim Ausbau der 5G-Infrastruktur gegenüber Nordamerika, Nordostasien und den Golf-Staaten stark hinterher, einzig die Schweiz hat das erste 5G-Netz in Europa aufgebaut und ist weltweit einer der Vorreiter der neuen Mobilfunk-Generation. In Nordostasien mit China und Südkorea waren Ende 2020 bereits 9 Prozent aller Mobilfunkverträge auf 5G umgestellt worden, während es in Westeuropa lediglich 1 Prozent war, so das Ergebnis des aktuellen Ericsson Mobility Report, der im Juni 2021 in Stockholm veröffentlicht wurde.

Bis zum Jahr 2026 soll das dynamische Wachstum vor allem von Nordamerika ausgehen, wo der 5G-Anteil von derzeit über 4 Prozent auf 84 Prozent steigen soll. In Nordostasien würden dagegen bis 2026 nur zwei Drittel, das wären 65 Prozent, aller Mobilfunkverträge 5G nutzen. In absoluten Zahlen liegen die Asiaten mit 1,4 Milliarden 5G-Verträgen allerdings weit voran. Die Schweiz hat neben Südkorea und einzelnen Städten in den USA 5G bereits in Betrieb genommen. In Österreich dürfte 5G frühestens 2023 für den Massenmarkt relevant sein, vermuten Experten.

Bedenken aus der Bevölkerung bezüglich der gesundheitlichen Risiken durch höhere elektromagnetische Strahlung sind nicht zu überhören. Berichte über tote Vögel, die scharenweise von Bäumen fallen, kursieren in den sozialen Medien ebenso wie laserartige Strahlen, die Verbrennungen an der menschlichen Haut verursachen sollen. „Es gibt keine nachgewiesene Kausalität, dass diese Art von Strahlung bei der Intensität, mit der sie eingesetzt werden soll, gesundheitsgefährdend ist. Da es noch einige nicht restlos geklärte Fragen gibt, ist wissenschaftlich gesehen ein Restrisiko vorhanden“, so Gernot Schmid von den Seibersdorf Laboratories.

Eines ist aber sicher: Der superschnelle Mobilfunkstandard 5G wird den Stromverbrauch von Rechenzentren kräftig in die Höhe treiben. Nach einer Studie für den Stromversorger E.ON soll der ohnehin stark wachsende Energiebedarf der Rechenzentren durch 5G ab sofort bis 2025 um 3,8 Milliarden Kilowattstunden weltweit steigen. Das wäre genug Strom, um Städte wie Paris oder Rom ein Jahr lang zu versorgen. Auf absehbare Zeit werden diese Mengen an erneuerbarer Energie nicht zu liefern sein, was den Strompreis gewaltig in die Höhe treiben wird. Klimaneutralität und sauberer Strom werden nicht zum Nulltarif zu bekommen sein und sind auch als Umverteilungsinstrument ungeeignet.

Das Netz der Zukunft: 6G

Während Industrie und Endverbraucher sehnsüchtig auf den schnellen Datentransfer durch 5G warten, arbeitet die Forschung bereits auf Hochtouren an der nächsten Mobilfunkgeneration von drahtlosen Echtzeit-Kommunikationsverbindungen. Sixth Generation Wireless, also 6G, heißt der Nachfolger der 5G-Mobilfunktechnologie. 6G soll aufgrund zahlreicher kleiner Funkzellen in der Lage sein, eine deutlich höhere Anzahl von Daten mit kürzeren Verzögerungszeiten zu übertragen und noch mehr Nutzer an ihren Endgeräten bedienen. Künstliche Intelligenz (KI) wird hierbei eine wesentliche Rolle spielen.

Durch die kurzen Wegstrecken lassen sich große Datenraten mit minimalem Energieaufwand und geringer elektromagnetischer Immission übertragen. Das macht Signalübertragungen im Terahertz-Bereich möglich, die sich im elektromagnetischen Spektrum zwischen Mikrowellen und Infrarotstrahlung bewegen.

Moderne 6G-Kommunikationssysteme erlauben einen sichereren, kostengünstigeren, zuverlässigeren und umweltfreundlicheren Betrieb vieler technischer Systeme. Außerdem vermindern sie den Energieverbrauch und erhöhen die Wettbewerbsfähigkeit im Sinne der im Europäischen „Green Deal“ verankerten Ziele von verbesserter Ressourceneffizienz und geringeren Treibhausgas-Emissionen. So ist es in Produktionsprozessen der Zukunft erforderlich, eine rasche und zuverlässige Interaktion zwischen Robotern sowie zwischen „Mensch und Roboter“ zu gewährleisten.

Auch bei öffentlichen Verkehrsmitteln, die zur CO₂-Reduzierung beitragen, kann 6G teure drahtgebundene Sicherheitssysteme z. B. im Bahnverkehr durch kostengünstigere drahtlose Kommunikationsverbindungen ersetzen. Der autonome Betrieb von Zügen kann mithilfe der neuen 6G-Kommunikationssysteme sicher realisiert werden. Das reduziert den Individualverkehr und trägt durch die Neubelebung bisher unrentabler Nebenbahnen zu einer Steigerung der öffentlichen Mobilität in ländlichen Gebieten bei.

Total vernetzt: Internet der Dinge (IoT)

No one can do I(o)T alone – wie es der deutsche Elektronik-Multi Bosch bewirbt – zeigt eindeutig den Weg, den die digitalisierte Gesellschaft eingeschlagen hat: Der Trend zur Vernetzung ist nicht mehr zu stoppen. Die Bezeichnung „Internet of Things“, abgekürzt IoT, wurde vom britischen Technologie-Pionier Kevin Ashton erstmals 1999 verwendet und seitdem tüfteln Wissenschaftler an der Umsetzung seiner Vision eines „allgegenwärtigen Computereinsatzes“.

Das „Internet der Dinge“, auch als „Allesnetz“²⁴ bekannt, steht einerseits für die zunehmende Vernetzung zwischen „intelligenten“ Gegenständen untereinander, die sich per M2M (Machine-to-Machine) gegenseitig austauschen. Andererseits ist jedes „eindeutig identifizierbare physische Objekt“ über eine eigene Internetadresse vom Menschen abrufbar. Mittels künstlicher Intelligenz können Geräte miteinander kommunizieren und automatisierte Prozesse einleiten. Hier liegt der wesentliche Unterschied zum herkömmlichen Arbeiten mit einem Computer, was den Menschen zunehmend überflüssig macht.

Diese autonom arbeitenden „Things“ generieren Handynutzungsdaten, Messdaten oder Ortungsdaten im großen Stil, um sie mit Sensoren, Robotern oder Programmen automatisch zu speichern.²⁵ Weltweit beträgt das Marktvolumen von IoT-Anwendungen derzeit 635 Mrd. US-Dollar (555,9 Mrd. Euro) und wird sich auf geschätzte 2,3 Billionen Dollar im Jahr 2030 erhöhen. In Österreich soll sich der Markt bis zum Jahr 2025 auf 11 Mrd. Euro fast verdreifachen und bis 2030 könnten es bereits 16 Mrd. Euro sein.²⁶ In der gesamten DACH-Region wird das IoT-Marktvolumen aktuell auf 35,9 Mrd. Euro geschätzt. Davon entfallen 24,1 Mrd. auf Deutschland, 7,6 Mrd. auf die Schweiz und 4,2 Mrd. Euro auf den österreichischen Markt.²⁷

Bis 2024 werden weltweit 35 Milliarden Endgeräte vernetzt sein und im Jahr 2030 möglicherweise sogar 50 Milliarden.²⁸ Das wird die Art und Weise, wie Menschen leben und arbeiten, grundlegend verändern. Ziel dieser Vision ist es, dass jeder reale Gegenstand als Teil des IoT in der Lage sein soll, seine Zustandsinformationen laufend im Internet zur Verfügung zu stellen, wie das in der Automobilbranche schon heute teilweise der Fall ist. Ein durchschnittlicher Pkw verfügt über rund 200 Sensoren, die das Einparken sowie die Überwachung des toten Winkels möglich machen oder als automatisches Notrufsystem oder zur Kontrolle des Reifendrucks fungieren. Die Anwendungsfelder des IoT sind vielfältig, weil die Sensoren und Komponenten zur Datenübertragung per Funk in vernetzte Ampeln oder selbstfahrende Autos eingebaut werden können. Ebenso sind sie in der Unterhaltungselektronik oder Warenwirtschaft vorstellbar, können in Möbeln oder Lampen stecken oder in der Medizin mittels Mikro-Implantaten das Blut nach Krebszellen durchsuchen bzw. für die korrekte Verabreichung von Medikamenten samt deren Dosierung sorgen. In Smarthomes können intelligente Stromzähler, sogenannte Smart Meter, die Energieeffizienz verbessern, um den Stromverbrauch und die Stromkosten zu senken. Auch Hemden könnten der Waschmaschine mitteilen, mit wie viel Grad sie gewaschen werden möchten. Zukunftsforscher zweifeln allerdings daran, dass alles, was machbar wäre, auch zur Anwendung kommen wird. Die Vision des Kühlschranks, der seinen Benützer umgehend informiert, sobald bestimmte Lebensmittel nicht mehr vorrätig sind, und von sich aus welche bestellt, könnte daran scheitern, dass sich die Menschen ihr Einkaufsverhalten nicht vorschreiben lassen wollen. Auch Schlüssel oder Wertgegenstände, die man verloren hat, übers Internet zu lokalisieren, ist ein zweischneidiges Schwert, da Personen sich permanent überwacht fühlen würden.

Derartige Zustandsinformationen sind aber im Industriesektor bei Prozessen in Fabriken und Produktionseinrichtungen von großer Bedeutung. Techniker können vorausschauend über den Betrieb von Motor und Material informiert werden und entsprechend eingreifen, um Schäden oder Leerläufen durch entsprechende Wartung bzw. den Austausch einer Komponente vorzubeugen. Dabei sind die Geräte mit intelligenten Sensoren ausgestattet, untereinander vernetzt und ständig im Internet präsent. So lassen sich Produktionsabläufe besser planen, sie sind zudem sicherer und gestalten sich kosten- und zeiteffizienter, sodass insgesamt ein nachhaltigeres Qualitätsmanagement gewährleistet werden kann. Diese Vernetzung soll es ermöglichen, eine gesamte Wertschöpfungskette zu optimieren. Dabei sind Sicherheitslücken jedoch zu vermeiden, die bei komplexen Systemen bedacht werden müssen – siehe Kapitel Bedrohter Cyberraum: Internetkriminalität – „Sicherheitslücken den Kampf angesagt“.