P bis T Zukunftsglossar

Bestimmte Pflanzen, sogenannte hyperakkumulierende Pflanzen, sind in der Lage, Metalle aus Erdreich zu extrahieren und in Stängel, Blättern oder Wurzeln einzulagern. Diese Eigenschaft wird beim Phytomining (griech. phyto = Pflanze, pflanzlich; engl. mining = Bergbau) genutzt, um kontaminierte Böden von (Schwer-)Metallen zu befreien. Aus der Asche der abgeernteten und verbrannten Pflanzenteile können die angereicherten Metalle zurückgewonnen werden. Nicht nur zur Sanierung von verunreinigten Standorten soll Phytomining hergezogen werden, sondern auch zum Erzabbau, z.B. zur Gewinnung seltener Erden.

Insgesamt gibt es gegenwärtig rd. 500 bekannte hyperakkumulierende Pflanzen die unter anderem Zink, Nickel, Arsen, Blei, Cadmium oder Kupfer aufnehmen. Die bekanntesten sind das Gebirgs-Täschelkraut, die Hallersche Schaumkresse und das Mauer-Steinkraut.

Platooning (von: engl. „platoon“ – dt. militärischer Zug) ist eine Technologie im Bereich des automatisierten Fahrens, bei der mehrere Fahrzeuge, bspw. Lastkraftwagen, in einem elektronisch gekoppelten Konvoi mit geringem Abstand hintereinanderfahren. 
Der Hauptvorteil des Platoonings liegt in der verbesserten Kraftstoffeffizienz durch reduzierten Luftwiderstand, was zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und damit zu geringeren CO₂-Emissionen führt. Zudem kann es die Straßenkapazität erhöhen und die Verkehrssicherheit verbessern. Trotz vielversprechender Aussichten gibt es Herausforderungen in Bezug auf technische Zuverlässigkeit, rechtliche Rahmenbedingungen und die Integration in den bestehenden Verkehr.

Point of Care Diagnostik (kurz: POCT) steht für dezentrale diagnostische Laboruntersuchungen nahe bei den PatientInnen, also z.B. direkt daheim, in der Praxis von Arzt bzw. Ärztin, im Operationssaal, am Krankenbett oder auch am Unfallort. Ein zentrales Labor ist für POC-Diagnosen nicht erforderlich.

Zumeist werden Blut, Speichel oder Harn untersucht. Die POC-Tests sind mehrheitlich als einfache Teststreifen konzipiert und dienen z.B. der Überprüfung von Blutzucker- und Blutgerinnungswerten, Elektrolyten oder Enzymen.

Der COVID-19-Antigentest ist ein Beispiel für ein daheim anwendbares POC-Tool. Er weist bestimmte Proteine des SARS-CoV-2-Erregers in den Sekreten der oberen Atemwege nach.

Posthumanismus (lat.: post – dt.: nach, nachher, hinter; humanitas – Menschlichkeit) ist ein Überbegriff für Denkrichtungen, die sich mit der Zukunft des Menschseins bis hin zur Überwindung des Menschlichen beschäftigen. Je nach Ansatz setzt sich Posthumanismus in unterschiedlicher Weise mit der Thematik auseinander.

Der technologische Posthumanismus fokussiert beispielsweise auf eine Menschheit, die ihre Körperlichkeit mittels Technologien überwinden kann und die von Künstlicher Intelligenz geleitet, womöglich auch beherrscht wird.

Der kritische Posthumanismus dagegen hinterfragt grundsätzlich das Menschenbild der Gegenwart und was und wer überhaupt gemeint ist, wenn von "dem Menschen" gesprochen wird. Er diskutiert Ansätze, die den Menschen als „Krone der Schöpfung“ in Frage stellen und den Menschen nicht nur als menschliches Wesen unter seinesgleichen sondern als ein Lebewesen unter vielen auf der Erde betrachtet.

Kryptografie ist die Lehre von der Verschlüsselung von Daten. Unter dem Begriff Post-Quantenkryptografie werden all jene asymmetrischen Kryptografie-Verfahren zusammengefasst, die von einem Quantencomputer nicht geknackt werden können. ExpertInnen, z.B. die NASA, empfehlen den Einsatz von sog. Post-Quantum-Algorithmen bspw. gegen zukünftige Superhacker.

In der Präzisionslandwirtschaft werden Bewirtschaftungsmaßnahmen, wie Saat, Düngung und Bewässerung, an die Bodengegebenheiten innerhalb eines Feldes abgestimmt, um deren Einsatz zu optimieren. Die Bodeneigenschaften (z.B. Porengrößen, Humusgehalt, pH-Wert, Wasserkapazität) und Nährstoffgehalte einzelner Teilbereiche der Agrarflächen werden mit Hilfe von Sensoren in Echtzeit ermittelt, computerunterstützt ausgewertet und die Betriebsmittel zielgerichtet, bestenfalls automatisiert etwa mit Drohnen, ausgebracht. Auch die Routen von (automatisierten) Agrarmaschinen werden optimiert – effizienteres Wenden und geringere Überlappungen reduzieren Arbeitszeit und Treibstoffeinsatz.

Präzisionslandwirtschaft oder lokales Ressourcenmanagement führt zu Kosteneinsparungen bei den Betriebsmitteln, aber auch zur ökologischen Entlastung durch den verringerten Einsatz von Pflanzenschutzmitteln und Düngern. Je höher der Digitalisierungs- und Automatisierungsgrad ist, desto mehr nähert sich die Präzisionslandwirtschaft auch dem smart farming bzw. der Landwirtschaft 4.0 an.

Prime Editing ist eine molekularbiologische Technologie zur Veränderung der DNA und eine Weiterentwicklung der Genschere CRISPR/Cas9 (vgl. Zukunftsglossar „CRISPR/Cas“). Dabei wird eine genetische Sequenz an der exakten Stelle im Genom gesucht und ersetzt, ohne DNA-Doppelstrangbruch wie bisher, denn nur einer der beiden DNA-Stränge wird geschnitten. Die verwendete pegRNA trägt im Gegensatz zum CRISP/CAS-System auch die Informationen für die geplante DNA-Veränderung. Sie steuert die entsprechende Stelle an, bindet an den durchtrennten Strang und hilft bei der vorgesehenen Reparatur und beim Einfügen der neuen genetischen Information. 
Prime Editing verspricht hohe Präzision und Effizienz und birgt u.a. großes Potenzial für die Behandlung und Heilung von Krankheiten mittels Gentherapien.

Die Gene liefern die Vorlage, aber die Proteine bilden den Körper – und auch die Krankheiten. Ziel der Entschlüsselung des Protein-Codes des Menschen ist die Heilung von Krankheiten, wie Krebs, Alzheimer oder Parkinson, und die Verlangsamung der Alterung.

Mit Hilfe der Bioinformatik werden durch Big-Data-Analysen und Simulationen die zellspezifischen Behandlungen ermittelt. Die ersten Erfolge auf dem Gebiet der Krankheitsbehandlung auf molekularer Ebene sind sehr vielversprechend und lassen auf zahlreiche neue Therapien und Heilerfolge hoffen.

Kryptografie ist die Lehre von der Verschlüsselung von Daten. Die Quantenkryptografie basiert auf einer völlig neuen Technologie der Verschlüsselung – sie arbeitet mit dem Licht. Das sog. Qubit ist dabei die kleinstmögliche Speichereinheit. An der Entwicklung der Quantenkryptografie arbeiten weltweite Forschungsprojekte seit einigen Jahren intensiv.

Der österreichische Quantenphysiker Anton Zeilinger erklärt: „Wir nutzen hier die Teilchen des Lichts, Photonen genannt. Für diese gelten Quantengesetze. Das Zentrale für die Verschlüsselung ist, zwei Teilchen miteinander zu verschränken. Das bedeutet: Sie bleiben über große Entfernungen miteinander in Verbindung, obwohl eigentlich keine direkte Verbindung zwischen ihnen besteht. Was immer man mit einem Teilchen tut, beeinflusst scheinbar augenblicklich auch den Zustand des anderen Teilchens. Messe ich also ein Photon an einem Ort und ein weiteres an einem anderen, dann geben beide eine zufällige Antwort. Die allerdings stimmt überein. Das ist der Schlüssel.“ (ZEIT ONLINE 2016)

Die Quantensensorik nutzt – wie die Quantencomputer – Quanteneffekte auf Basis von Quantenbits und verspricht Messungen in technisch bis jetzt nicht möglicher Genauigkeit. Das Messverfahren erfolgt auf atomarer Ebene, die Sensoren erreichen eine Auflösung im Nanometerbereich und sind so empfindlich, dass sie einzelne Moleküle exakt messen und Strukturen von Biomolekülen entschlüsseln können. Die Nutzung von Quanteneffekten in der Sensortechnik verspricht eine nie dagewesene Präzision und kann kühlsystemfrei und raumsparend erfolgen. Sie lässt hochsensible und immer noch kleinere Sensoren als es aktuelle moderne Technologien vermögen, erwarten. Vor allem die medizinische Diagnostik verspricht sich davon große Fortschritte.

Quantencomputer nutzen als Rechen- und Speichereinheiten sogenannte Qubits (Quantenbits). Im Unterschied zu den Bits der herkömmlichen Computer, die entweder den Wert Null oder Eins haben, können Qubits unendlich viele Mischzustände zwischen Null und Eins annehmen. Außerdem können sich mehrere Qubits in einem verschränkten Zustand befinden. Durch diese beiden Phänomene übersteigt die Rechenleistung eines Quantencomputers die eines herkömmlichen Computers um ein Vielfaches.

2021 sollen die ersten Quantencomputer mit 100 Qubits realisiert werden. Mit ihrer Rechenleistungen überträfen sie die weltstärksten Supercomputer – man spricht von der sogenannten „Quantenüberlegenheit“.

Mit Replikatoren können dreidimensionale Gegenstände und Speisen jeglicher Art hergestellt werden. 3D-Drucker sind die gegenwärtige Vorstufe. Auszudruckende Objekte werden zumeist in einem Konstruktionsprogramm am Computer vorgefertigt und dann an den Drucker geschickt.

Auch zur Miniaturisierung oder Vervielfältigung von Gegenständen können 3D-Drucker in Verbindung mit einem 3D-Scanner herangezogen werden. Unterschiedliche Materialien werden schichtweise zum gewünschten Objekt zusammengeführt – von ganzen Häusern bis zu essbarem Fleisch. In den nächsten Jahrzehnten werden auch Speisen in unterschiedlicher Konsistenz und Temperatur sowie dreidimensionale Replikationen verschiedener Materialzusammensetzungen möglich sein.

Gegenwärtig werden Retina-Implantate bei blinden und sehbehinderten Menschen ins Auge eingesetzt, um Objekte wieder zu erkennen und ergreifen zu können (lat. Retina = Netzhaut). Winzige Photodioden übernehmen dabei die Funktion der geschädigten Netzhautrezeptoren, die im gesunden Auge Lichtreize wahrnehmen und entsprechende Signale weiterleiten. Derzeit ist es möglich damit ein rudimentäres Sehvermögen wieder herzustellen. In der ferneren Zukunft könnte es sein, dass auch Mikrochips ins Auge eingesetzt werden können, die unser Sehvermögen über das normale menschliche Maß hinaus verbessern (siehe auch Bodyhacking). Es wäre dann beispielsweise möglich, Wellenlängen im nichtsichtbaren Bereich wahrzunehmen oder auch Informationen aus dem Internet einzusehen bzw. könnten Zusatznachrichten situativ automatisch eingeblendet werden (z. B. Informationen über den/die GesprächspartnerIn).

6G ist ein Standard zur Übertragung von Mobilfunk, der derzeit in Entwicklung ist und deren Ausbau noch ganz am Anfang steht. Er wird auch „Sixth Generation“ (dt.: sechste Generation) des Mobilfunks genannt. Als Nachfolger von 5G soll 6G eine deutlich schnellere Datenübertragung ermöglichen. Auch die sog. Latenz (auch: Reaktionszeit), also die Zeit, die ein Datenpaket vom Sender bis zum Empfänger braucht, ist bei 6G deutlich geringer als bei seinen Vorgängern im Mobilfunk. Der technische Unterschied zwischen 5G und 6G liegt im verwendeten Frequenzspektrum. Im Vergleich:

	Geschwindigkeit der Datenübertragung	Latenz	Frequenzbereich
5 G	20 Gigabit/Sekunde	1 Millisekunde	oberhalb des 6 Gigahertz-Spektrums bei 26 GHz, 28 GHz und 39 GHz
6 G	bis zu 1 Terabit/Sekunde, d.s. 1000 Gigabit/Sekunde	100 Mikrosekunden, also ca. 1/10 von 5 G	im Terahertz-Bereich, vorauss. bei 0,11 THz bis 0,17 THz

Selbstheilende Materialien sind synthetisch hergestellte Substanzen, die die Fähigkeit haben, Schäden an sich selbst ohne menschliche Intervention oder externe Diagnose des Schadens eigenständig zu reparieren. Diese Materialien besitzen eingebaute Reparaturmechanismen. Selbstheilende Materialien sind vielfach Polymere oder Elastomere, aber auch Metalle, Glas, Keramiken und Zement. Die Heilungsmechanismen reichen von einer autonomen Selbstreparatur des Materials bis hin zur Zugabe eines Reparaturmittels, welches durch einen äußeren Reiz (Licht, Temperaturänderung) aktiviert wird.

Die Anwendungsfelder für solche neuartige Materialien sind sehr vielfältig – von selbstheilenden Industrielacken über stark beanspruchte Metallteile in der Luft- und Raumfahrt bis hin zu selbstreparierenden Beton.

Die Verwendung von smarten Robotern, die Dienstleistungen in unserem Haushalt, in der Pflege und Medizin, in der Logistik über den Einzelhandel und Tourismus bis hinein in den landwirtschaftlichen Sektor übernehmen, wird in den kommenden Jahren stark zunehmen. Sie können Inspektionen an schlecht für Menschen erreichbaren Orten durchführen (z.B. Abwasserrohre), Informationen selbst detektieren oder aus der Cloud abrufen, speichern und bei Bedarf wiedergeben (z.B. Auskünfte über Öffnungszeiten, Terminerinnerungen), Haushalttätigkeiten wie etwa Reinigungsleistungen durchführen und immer mehr auch den Menschen im direkten Kontakt unterstützen (z.B. Hol- und Bring-Tätigkeiten, Überwachung von Vitalparametern).

Für sichere Mensch-Roboter-Interaktionen sind abgestimmte Bewegungen und eine fehlerfreie Sprach- bzw. Mimik-Erkennung unabdingbar. Forschungen mit weichen Robotern und der vermehrte Einsatz von intelligenten Algorithmen bei der Spracherkennung lassen hier zukünftig noch vieles erwarten.

Die „langsame Mode“ setzt auf Qualität, Nachhaltigkeit und zeitloses Design von Kleidung. Ziel ist die nachhaltige Nutzung von Kleidung z.B. durch verlangsamten Konsum bzw. längeres Tragen der Kleidung. Die gesamte Wertschöpfungskette wird transparent offengelegt – von der hochwertigen Materialauswahl über faire Arbeitsbedingungen bis hin zu verlässlichen Gütesiegeln. Zu dieser nachhaltigen Mode gehören Second-Hand-Stücke, Kleidungsstücke aus Biostoffen oder recycelten Materialien, lokal produzierte Waren sowie langlebige, zeitlose Kleidung. Das Prinzip steht im Gegensatz zum Wegwerfen und schnellen Neukaufen. Stattdessen wird Wiederverwendung und bewusster Konsum gefördert.

Der smarte Einkaufswagen ist durchwegs technologisch so aufgerüstet, dass die KundInnen sämtliche Informationen zu in den Wagen gelegten Produkten digital beim Einkauf erhalten und kassenlos zahlen können. Die Identifizierung von KäuferInnen erfolgt per Karte oder Smartphone direkt am Wagen. Anschließend werden die gewählten Waren entweder vom Konsumenten gescannt oder vom Wagen selbst gewogen und identifiziert. Smartphone oder ein Screen zeigen die fortlaufende Liste der Artikel samt Preisinformation an. Am Ende des Einkaufs wird per Karte oder Smartphone direkt am Wagen-Terminal bezahlt.

Smart Grids (dt.: intelligente Netze) sind eine moderne Weiterentwicklung traditioneller Stromnetze, die digitale Kommunikations- und Informationstechnologien integrieren, um die Effizienz, Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit der Stromversorgung zu verbessern. Sie ermöglichen Kommunikation zwischen Stromerzeugern, Verteilern und Verbrauchern in Echtzeit und in verschiedener Richtung. Schwankende Einspeisung erneuerbarer Energien können dadurch besser gemanagt werden.
Zu den Hauptmerkmalen von Smart Grids gehören:
Intelligentes Lastmanagement, Selbstheilungsfähigkeiten bei Störungen, erhöhte Energieeffizienz und die Integration von Smart Meters für detaillierte Verbrauchseinblicke.
Sie unterstützen auch die Einbindung von Elektrofahrzeugen und spielen eine wichtige Rolle bei der Energiewende. Mit der zunehmenden Vernetzung gewinnt die Cybersicherheit an Bedeutung. Insgesamt ermöglichen Smart Grids eine flexiblere und dezentralere Energieversorgung, die besser auf die Herausforderungen des 21. Jahrhunderts reagieren kann.

Smarte Socken messen mittels integrierter Sensoren Bewegungen und Vitalparameter ihres Trägers bzw. ihrer Trägerin. Die erhobenen Daten werden z.B. mittels Bluetooth an ein Endgerät, meist das Smartphone, übermittelt und per App ausgewertet.

Erhoben werden können Fitnessdaten wie Schrittzahl, -geschwindigkeit, Puls und Kalorienverbrauch ebenso wie Druckverteilung, Luftfeuchte und Temperatur am Fuß. So können Rückschlüsse auf die individuelle Fitness oder auf z.B. einseitige Belastungen gezogen werden. Anwendungsmöglichkeiten liegen in der Schmerz- und Unfalltherapie, aber auch im Leistungs- und Freizeitsport.

Smart Manufacturing (dt.: intelligente Fertigung) ist eine Anwendung der sog. Industrie 4.0. Es steht für das technologische Konzept einer intelligenten, vernetzten Fertigung. Dabei werden die über das Internet verbundenen Maschinen für Steuerung und Überwachung der Produktionsprozesse eingesetzt. Sensoren in den Produktionsanlagen liefern Daten über Maschinenleistung und Produktionsstatus, die u.a. Rückschlüsse auf den Zustand der Anlagen und von Anlagenteilen ermöglichen. So können Produktionszeiten verringert und Ausfälle sowie Produktionsmängel vermieden werden. Die erhobenen und aufbereiteten Daten werden zudem für Prozesssimulationen herangezogen.

Roboter, die in dynamischen und unvorhersehbaren Situationen bzw. in unmittelbarer Umgebung von Menschen eingesetzt werden, bestehen optimaler Weise aus weichen und biegsamen Materialien. Ansatzpunkte in der Forschung sind spezielle Polymernetzwerke, sogenannte Hydrogele, aber auch Silikonstrukturen, die den Greifarmen von Tintenfischen nachempfunden sind.

Soft-Roboter könnten in Zukunft beispielsweise in gefährlichen Situationen wie der Bergung von Verschütteten nach Erdbeben eingesetzt werden. Außerdem könnte das elastische Material auch bei Schutzkleidung wie Handschuhen Verwendung finden.

Im Weltall scheint die Sonne rund um die Uhr und wegen der fehlenden Atmosphäre wesentlich intensiver als auf unserer Erde. Solarkraftwerke, die sich ähnlich den heutigen Fernsehsatelliten auf geostationären Umlaufbahnen befinden, könnten große Mengen an Sonnenenergie produzieren und über gebündelte Mikrowellen auf die Erde senden.

Vorteile des Konzeptes sind die ständige Verfügbarkeit der Energie sowie der Entfall von Flächen für irdische Photovoltaikanlagen.

Durch spezielle Solarzellen, die in Straßenoberflächen integriert sind, wird Strom erzeugt. Um die Kosten für den Straßenneubau zu reduzieren, wird gegenwärtig mit aufklebbaren Solarpaneelen experimentiert, die sich den örtlichen Gegebenheiten anpassen und auch tonnenschwere LKW aushalten.

Im Praxistest wird aufgrund der waagrechten Montage und Bedeckung durch Blätter, Eis und Schnee ein geringerer Wirkungsgrad als bei schräg montierten Solarzellen festgestellt. Selbstreinigende und -heilende Substanzen sollen einer Beeinträchtigung durch Verschmutzung und Zerkratzen des Schutzglases entgegenwirken.

Terraforming bezeichnet die Umformung anderer Planeten nach dem Vorbild der Erde, v.a. mittels (z.T. noch fiktiver) Technologien, um sie für den Menschen bewohnbar zu machen. Der Begriff stammt aus einem 1942 erschienenen Roman des US-amerikanischen Science-Fiction-Autors Jack Williamson (1908 - 2006). Terraforming wird nicht nur in der Science-Fiction-Szene thematisiert, auch die Wissenschaft beschäftigt sich seit Jahrzehnten damit. Angedacht wurde beispielsweise die Ansiedlung von Mikroorganismen wie Cyanobakterien auf dem Mars zur Produktion von Sauerstoff.

Terraforming ist sehr umstritten. Neben den zeitlichen, materiellen und energetischen, aber auch den finanziellen Aspekten, die in Anbetracht der riesigen Dimensionen allesamt als nicht bewältigbar gelten, sind ethische Fragen kaum beantwortet und die ökologischen Folgen für die Planeten und die Menschheit unvorhersehbar.

Die Auflösung von Materie und die Rematerialisierung an einem entfernten Ort ist ein Menschheitstraum seit vielen Jahrzehnten. Fortschritte in der Quantenteleportation zeigen, dass Eigenschaften von Elementarteilchen über weite Entfernungen übertragen werden können. Menschen zu beamen scheint aus heutiger Sicht aufgrund der dafür nötigen unvorstellbar hohen Energiemengen und Datenübertragungsraten unwahrscheinlich. Auch die Heisenbergsche Unschärferelation¹ steht der 1:1-Übertragung ganzer Menschen entgegen.

 

¹ Die von Werner Heisenberg 1927 formulierte Heisenbergsche Unschärferelation besagt, das einem Teilchen nie zwei komplementäre Eigenschaften, wie etwa Ort und Impuls (Bewegungszustand unter Einbeziehung der Masse) mit beliebiger Genauigkeit zugeordnet werden können. (vgl. https://www.frustfrei-lernen.de/quantenphysik/werner-heisenberg-unschaerferelation.html>)

Das Anheben und Transportieren von Objekten über gerichtete Wellen könnte in ferner Zukunft eine neue Form der Mobilität darstellen. Forschungen mit Laserstrahlen und Schallwellen (akustischer Traktorstrahl) zeigen, dass es prinzipiell möglich ist Materie schweben zu lassen bzw. einzufangen – wenn es sich auch gegenwärtig um 1,6 cm große Kügelchen, Bakterien und Taufliegen handelt.

Transhumanismus (lat.: trans – jenseits, über, darüber hinaus;  humanitas – Menschlichkeit) ist eine Weltanschauung bzw. (philosophische) Denkrichtung, die den Menschen in seinen Möglichkeiten – physisch und intellektuell – durch Einsatz von technologischen Verfahren erweitern will. Beginnend bei Hörgeräten oder Exoskeletten reicht diese Optimierung bis zu den sog. Cyborgs, also Menschen, deren Körper dauerhaft mittels technologischer Bauteile erweitert sind. Ein bekanntes Beispiel ist Neil Harbisson, der sich selbst als Cyborg bezeichnet. Mittels in den Kopf implantierter Antenne kann er als Farbenblinder Farben akustisch wahrnehmen.

Wurzeln des Transhumanismus sind schon Anfang des 19. Jahrhunderts zu finden. Er wird recht kontrovers diskutiert. Manche ExpertInnen weisen auf die Gefahren eines Denkmusters hin, das den Menschen als nicht perfektes Wesen betrachtet, und sehen in seiner Erweiterung ethische Probleme. TranshumanistInnen fokussieren auf den positiven Kern der Strömung, nämlich auf das Streben nach einem langen, gesunden und lebenswerteren Leben.