Auf Grundlage von Berichten angesehener akademischer Zeitschriften und großer globaler Medien haben wir uns den technologischen Fortschritt angeschaut und eine Übersicht der Innovationen aus dem Jahr 2021 zusammengestellt, welche die technologische Landschaft auf der ganzen Welt im Jahr 2021 prägten und höchstwahrscheinlich unsere Zukunft weiterhin bestimmen werden.
Grüner Wasserstoff
„Grüner“ Wasserstoff ist jetzt Teil einer globalen Strategie zur Verringerung des Kohlenstoffausstoßes und zur Umstellung auf erneuerbare Energiequellen. Zusammen mit Elektroautos werden sich Wasserstoffmotoren zur wichtigsten Alternative zum Dieselantrieb entwickeln.
„Grüner“ Wasserstoff wird auf umweltfreundliche Weise ohne den Einsatz von Kernkraft oder Erdgas hergestellt. Die umweltfreundlichste Methode ist die Elektrolyse, bei der ein elektrischer Strom durch Wasser geleitet wird. Dadurch werden 830 Millionen Tonnen Kohlendioxidemissionen pro Jahr vermieden – eine Folge der nicht umweltfreundlichen Herstellung von Wasserstoff.
Jetzt, da die Kosten für Solar- und Windenergie rapide sinken, besteht die Chance, dass auch die Wasserstoffenergie in großem Umfang eingeführt wird. Europa hat daher mit dem Aufbau der notwendigen Infrastruktur und der auf Elektrolyse basierenden Produktion begonnen.
Die IEA (Internationale Energieagentur) sieht ein Rekordwachstum bei der Elektrolyse zur Herstellung von grünem Wasserstoff. Sie prognostiziert, dass der Preis für Wasserstoff bis 2030 um mindestens 30 % sinken wird, sodass er genauso erschwinglich wird wie andere Kraftstoffe.
Schon vor der COVID-19 hat sich der Verkauf von wasserstoffbetriebenen Autos beschleunigt, aber jetzt haben sich viele Produktionsanlagen verlangsamt oder ganz eingestellt. Nach der Pandemie ist es die Wasserstofftechnologie, die der Wirtschaft helfen kann, sich zu erholen.
Laut Allied Market Research wird der Markt für Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge bis zum Jahr 2026 ein Volumen von 42 Milliarden US-Dollar erreichen, bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 66,9 %. Angetrieben wird diese Entwicklung durch wachsende Umweltbedenken und internationale Initiativen zu deren Bekämpfung sowie durch das Potenzial dieser Technologie in Verbindung mit Elektroautos.
Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan und Daimler produzieren bereits wasserstoffbetriebene Autos. In Kalifornien werden 100 Wasserstofftankstellen gebaut, und bis 2025 soll die Zahl der emissionsfreien Fahrzeuge 1,5 Millionen erreichen.
Airbus hat Pläne angekündigt, die Entwicklung von wasserstoffbetriebenen Verkehrsflugzeugen zu beschleunigen und Hybridantriebe ganz abzuschaffen. Das bedeutet, dass die ersten emissionsfreien Flugzeuge im Jahr 2035 verfügbar sein werden. Dies ist ein eindeutig gelungener technologischer Fortschritt, der uns hoffentlich weiterhin begleiten wird.
Lithium-Metall-Batterien
Lithium-Metall-Batterien haben gute Chancen, das Kräfteverhältnis auf dem Automobilmarkt zu verändern. Sie haben eine Energiedichte von 1 kWh pro Liter Volumen, was fast doppelt so hoch ist wie bei Lithium-Ionen-Batterien. Laut MIT Technology Review können Elektroautos dadurch viel schneller aufgeladen werden, und was noch wichtiger ist, die Ladung hält 80 % länger als bei Lithium-Ionen-Batterien. Diese Leistung bleibt auch nach 800 Zyklen erhalten.
Das amerikanische Start-up QuantumScape (Bill Gates gehört zu seinen Investoren), das Lithium-Metall-Batterien entwickelt, hat im Dezember 2020 erste Tests durchgeführt. Nach erfolgreichen Tests hat das Unternehmen bereits einen Vertrag mit Volkswagen abgeschlossen, das ab 2025 Elektroautos mit diesen Batterien produzieren wird.
Skeptiker argumentieren, dass es zu früh ist, um die Tests als Erfolg zu werten: Sie wurden an einschichtigen Zellen durchgeführt, während sie in echten Batterien mehrschichtig sein müssten. Dies könnte zu unvorhergesehenen Risiken bei der Massenproduktion führen.
GPT-3
Das bei Weitem fortschrittlichste auf NLP (d.h. Texterkennungsalgorithmen) basierende neuronale Netz ist GPT-3. Es handelt sich um ein neuronales Transformatorennetz, das in der Lage ist, im Dialog mit Menschen kohärente Antworten zu geben. Die Menge der verwendeten Daten und Parameter ist 100-mal größer als bei der vorherigen Generation, GPT-2.
Doch selbst die fortschrittlichsten Transformatoren, die mit riesigen Datenmengen trainiert wurden, verstehen die Bedeutung der Wörter und Sätze, die sie erzeugen, nicht. Um sie zu trainieren, werden riesige Datenmengen und Computerressourcen benötigt, die wiederum einen großen ökologischen Fußabdruck hinterlassen. Ein weiteres Problem ist die Unvollkommenheit der Datensätze für das Training neuronaler Netze: Texte im Internet enthalten oft Verzerrungen, Manipulationen und regelrechte Fälschungen.
Einer der vielversprechendsten Trends bei der Entwicklung von KI und neuronalen Netzen ist die Erweiterung des Wahrnehmungsbereichs. Algorithmen können jetzt Bilder, Gesichter, Fingerabdrücke, Töne und Stimmen erkennen. Sie sind auch in der Lage zu sprechen und Bilder und Videos zu erzeugen, die unsere Wahrnehmung verschiedener Sinne nachahmen. MIT-Wissenschaftler stellen fest: Um dem Menschen nahezukommen, fehlt es der KI an emotionaler Intelligenz und Sinnesorganen. Im Gegensatz zur KI ist der Mensch nicht nur in der Lage, Informationen zu verarbeiten und fertige Lösungen zu liefern, sondern auch den Kontext und viele externe und interne Faktoren zu berücksichtigen und vor allem angesichts von Unsicherheit und einem sich verändernden Umfeld zu handeln. Der AlphaGo-Algorithmus von DeepMind ist beispielsweise in der Lage, einen Weltmeister in Go und Schach zu schlagen, kann aber seine Strategie nicht über das Brett hinaus erweitern.
Bislang sind selbst die fortschrittlichsten Algorithmen, darunter GPT-3, erst auf dem Weg dahin. Die Entwickler stehen nun vor der Herausforderung, multimodale Systeme zu entwickeln, die Texterkennung und Sinneswahrnehmung kombinieren, um Informationen zu verarbeiten und Lösungen zu finden.
Sprachsuche und Sprachassistenten
Spracherkennung und NLP (Neurolinguistisches Programmieren) in neuronalen Netzen haben das Stadium erreicht, in dem Sprachassistenten in der Lage sind, echte Menschen oder die Textsuche zu ersetzen. Google, Apple und Amazon investieren immer mehr Ressourcen in die Entwicklung dieses Bereichs.
Heute können wir problemlos auf die Textsuche verzichten: Intelligente Lautsprecher und Sprachassistenten suchen nach den von uns benötigten Informationen, starten Titel und Podcasts, setzen Erinnerungen und wählen Nummern. Die Sprachnavigation wird zur Steuerung von Drohnen eingesetzt, und Voice-Chatbots ersetzen Live-Berater und Callcenter-Mitarbeiter. Dieser technologische Fortschritt nimmt immer mehr an Bedeutung zu.
Einem Google-Bericht zufolge nutzen 27 % der Menschen weltweit Sprachassistenten auf Smartphones. Laut Adobe Analytics nutzen 47 % der Besitzer von intelligenten Lautsprechern diese, um zu suchen, 46 %, um Nachrichten zu hören und 34 %, um nach einer Adresse zu fragen oder eine Wegbeschreibung zu erhalten. Google behauptet, dass 62 % der Nutzer Produkte online über einen intelligenten Lautsprecher bestellen.
Jedes Jahr werden Sprachassistenten dank KI immer intelligenter. Im Jahr 2013 konnten sie 77 % der gesprochenen Wörter erkennen, heute sind es 97 %. Wenn der RankBrain-Algorithmus von Google beispielsweise auf eine neue Suchphrase stößt, errät er, wonach ein bestimmter Nutzer suchen könnte, und liefert dann die am besten geeigneten Antworten.
Im März veröffentlichte der europäische Datenschutzausschuss (EDPB) Leitlinien zu virtuellen Sprachassistenten. Die Organisation ist besorgt über die Menge der Daten, die sie verwendet, und darüber, ob die Verwendung dieser Daten mit den GDPR-Vorschriften übereinstimmt. Insbesondere werden Sprachassistenten zunehmend für maschinelle Spracherkennungsalgorithmen, biometrische Identifizierung und Profiling für gezielte Werbung eingesetzt.
Schutz von Daten mithilfe des Data Trusts-Modells
Nach Angaben von Accenture hat die Zahl der Cyberangriffe während der Pandemie deutlich zugenommen. Allein in der ersten Hälfte des Jahres 2020 wurden 36 Milliarden Konten und Accounts kompromittiert. Wir speichern viel mehr Daten online, arbeiten online und nutzen Unternehmensdienste von persönlichen Geräten aus. Infolgedessen wurden viele Unternehmen von undichten Stellen betroffen und waren gezwungen, die Cybersicherheit zu erhöhen.
Der Grund für die undichten Stellen ist jedoch nicht nur der schwache Datenschutz, sondern auch die Tatsache, dass das Modell der Datenerhebung und -speicherung selbst veraltet ist. Data Trusts sind ein neuer Ansatz, der all dies ändern könnte. Sie schafft eine besondere Treuhandgesellschaft, die die Daten der Menschen in deren Namen speichert und verwaltet.
Laut Mozilla bedeutet Datentreuhänder, dass Sie Ihre Daten jemandem übergeben, der sie zu Ihrem Nutzen verwaltet. Alle Daten werden an einem Ort gespeichert, und die von Ihnen genutzten Dienste greifen nach Ihren Vorgaben darauf zu. Der Treuhänder trägt die volle rechtliche Verantwortung für den Schutz Ihrer Interessen und Ihrer Privatsphäre.
Datenverarbeitung als Dienstleistung
CaaS (Calculation As A Service) oder peripheres Computing ist ein globaler Trend, zusammen mit Software As A Service (SaaS), Infrastructure As A Service (IaaS) und Platform As A Service (PaaS). Ein typisches Beispiel für dieses Modell sind Online-Spiele oder Online-Kinos. Sie zahlen für ein Abonnement, aber der Inhalt selbst wird nicht bei Ihnen gespeichert, sondern läuft online auf dem Server des Dienstanbieters.
Unternehmen kaufen den Zugang zu Cloud-Diensten, um IT-Infrastruktur und Support Kosten zu sparen und eine Überlastung ihres lokalen Netzes zu vermeiden. Dies ermöglicht die schnelle Bereitstellung und Erprobung eines neuen Online-Dienstes oder einer neuen Software sowie das Hosting einer virtuellen Telefonanlage und umfangreicher Datenbanken. Die Pandemie hat viele dazu gezwungen, ihr Geschäftsmodell zu ändern und die IT-Ressourcen zugunsten von Cloud-Diensten umzuverteilen.
Laut Grand View Research wurde der Offshoring-Markt im Jahr 2019 auf 3,5 Milliarden US-Dollar geschätzt und wird bis 2027 auf 43,4 Milliarden US-Dollar anwachsen, was zum Teil auf die weitverbreitete Einführung von 5G und die Verringerung der Signal-Latenzzeit auf 1 ms zurückzuführen ist. Laut einer Umfrage von Analysys Mason gehen führende Unternehmen davon aus, dass sie in den kommenden Jahren bis zu 30 % ihres IT-Budgets für Edge Cloud Computing ausgeben werden. Gartner sagt voraus, dass bis 2025 ca. 75 % der Unternehmensdaten auf diese Weise verarbeitet werden. Das sind 7,5 Mal mehr als im Jahr 2018.
IDC prognostiziert, dass 25 % der Unternehmen ihr Geschäft bis 2024 durch die Integration von Edge-Daten mit Cloud-Anwendungen agiler und widerstandsfähiger machen werden. Die Entwicklung des „Computing as a Service“ wird durch maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz begünstigt. Sie tragen dazu bei, Kapazitäten zuzuweisen und zu optimieren, um eine gleichmäßige Geschwindigkeit der Datenverarbeitung zu gewährleisten.
Angesichts dessen ist Cloud Computing eine wichtige Qualifikation auf dem Arbeitsmarkt.
Wi-Fi 6 und 5G
Neue Standards für die Kommunikation und das drahtlose Internet helfen einerseits, von einem Ort aus mit hoher Geschwindigkeit zu arbeiten, und tragen andererseits zur Entwicklung des Internets der Dinge und der künstlichen Intelligenz bei und werden die Datenübertragung sicherer machen.
Die wichtigsten Vorteile, die 5G bietet, sind
Verbessertes mobiles Breitband: schnelles Video-Streaming in sozialen Netzwerken und Online-Diensten mit minimaler Signal-Latenz (nur 1-2 ms);
Großflächiges Internet der Dinge: Laut Accenture wird 5G in der Lage sein, bis zu 1 Million Geräte pro Quadratkilometer zu unterstützen;
Kritische Dienste. Der neue Kommunikationsstandard ermöglicht den unterbrechungsfreien Betrieb von autonomen Drohnen oder abgelegenen Intensivstationen.
Mit 5G werden viele Mitarbeiter dauerhaft an einem anderen Ort arbeiten können, und Unternehmen werden in der Lage sein, auf der Grundlage von Streaming-Datenanalysen schnellere Entscheidungen zu treffen. Von 2021 bis 2025 wird die Technologie bis zu 2,7 Billionen Dollar und bis zu 16 Millionen Arbeitsplätze in die US-Wirtschaft bringen.
Das neue Wi-Fi 6-Standard fügt den beiden bereits verfügbaren Frequenzen 2,4 und 5 GHz eine neue 6-GHz-Frequenz hinzu. Es verfolgt dieselben Ziele wie 5G: Es soll helfen, Internetverbindungen zu beschleunigen (bis zu 2 GB/Sek. für mobile Geräte), sie stabiler und breitbandiger zu machen – mehr Geräte können an einen einzigen Punkt angeschlossen werden. Das Netz selbst verteilt den Internetverkehr auf die Geräte, je nach deren Leistung.
Die Spezialisten von Cisco nennen die wichtigsten Vorteile von Wi-Fi 6 für Unternehmen:
Unterstützung neuer – auch hochbelasteter – Dienste und Anwendungen innerhalb des Ortsnetzes;
eine höhere Geschwindigkeit und ein höheres Dienstleistungsniveau bei bereits bestehenden Diensten (z. B. Video-Streaming in 8K);
die Fähigkeit, mehr Kunden in Umgebungen mit hoher Belastung zu bedienen;
entfernte und drahtlose Büros, einschließlich Geräte des Internets der Dinge.
Laut einer Deloitte-Umfrage glauben 86 % der Führungskräfte, dass fortschrittliche drahtlose Technologien ihr Unternehmen innerhalb von drei Jahren verändern werden, und 79 % sagen dasselbe über ihre Branche.
Laut The Verge werden die ersten 316 Millionen Wi-Fi 6E-fähigen Mobilgeräte bereits im Jahr 2021 verfügbar sein. Es wird erwartet, dass 5G und Wi-Fi 6 nicht miteinander konkurrieren, sondern sich vielmehr ergänzen – je nach Aufgaben und Gerätetypen.
Virtuelle und erweiterte Realität
Laut Statista wurde der AR- und VR-Markt im Jahr 2020 auf 18,8 Mrd. US-Dollar geschätzt, dreimal so viel wie im Jahr 2016. Die Analysten von PwC prognostizierten 2019, dass die Zahl der Mitarbeiter, die VR und AR bei ihrer Arbeit nutzen, bis 2030 von 500.000 auf 23 Millionen steigen wird.
Heute werden diese Technologien im Gesundheitswesen eingesetzt – zur Ausbildung von Chirurgen oder zur Durchführung von Operationen mit Diagnosedaten in Form von Hologrammen und Online-Konsultationen von Ärzten. Anfang Februar 2021 führte Microsoft eine Online-Übertragung von 12 Operationen durch, die in MR – Mixed Reality – durchgeführt wurde. Chirurgen aus 13 Ländern konnten sich online verbinden und alle Diagnosedaten als Hologramme sehen und sich gegenseitig beraten.
Im Einzelhandel ermöglicht AR, Produkte anzuprobieren, Möbel vor dem Kauf in der Einrichtung zu platzieren und personalisierte Angebote zu erhalten. Der Spielzeughersteller Mattel (Barbie-Puppen usw.) verwendet beispielsweise Augmented Reality für Hot Wheels-Autos. Die Kunden können ihr Smartphone auf ein bestimmtes Modell richten, um damit auf einer beliebigen Oberfläche zu spielen.
Bei IKEA können Sie sich mit einer VR-Brille, wie Ihre Küche mit den von Ihnen ausgewählten Möbeln aussehen würde, vorstellen. Diese Technologie ist in vielen großen Küchenstudios inzwischen zum Standard geworden.
Im Bildungsbereich helfen Augmented und Virtual Reality dabei, sich intensiver mit der im Unterricht untersuchten Umgebung zu befassen und diese detailliert zu simulieren. Die Technologie wird auch in der Unternehmensschulung eingesetzt. Tyson Foods, ein weltweit tätiger Lebensmittelkonzern, nutzt VR, um seine Mitarbeiter in Sachen Sicherheit am Arbeitsplatz zu schulen. Infolgedessen gibt es 20 % weniger Verletzungen am Arbeitsplatz.
Architekten und Designer präsentieren Projekte im Maßstab 1:1, indem sie virtuelle und erweiterte Realität anstelle von herkömmlichen 3D-Renderings verwenden:
ThyssenKrupp Elevator, ein Anbieter von Transportsystemen, Fahrtreppen und Aufzügen, hat in Asien und im Nahen Osten Virtual-Reality-Hallen eingerichtet, in denen Lösungen für den städtischen Nahverkehr präsentiert werden.
In der Automobilindustrie ermöglicht VR den Ingenieuren, mit dem Design und der Konstruktion neuer Modelle in der Konzeptphase zu experimentieren. Hyundai zum Beispiel verwendet diesen Ansatz:
Der Hauptbereich, in dem virtuelle und erweiterte Realität besonders gefragt ist, sind jedoch Spiele und Unterhaltung. Neben VR-Spielen und -Simulationen gibt es in verschiedenen Ländern ganze Virtual-Reality-Themenparks, wie den Europa-Park in Deutschland und VR Star in China.
Der Markt für Gestenerkennungsgeräte – VR- und AR-Handschuhe – wird in den nächsten sieben Jahren am schnellsten wachsen: eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 18 % von 2021 bis 2028, so Grand View Research.
3D-Druck
Im Zuge der COVID-19-Pandemie hat sich die additive Fertigung zu einer rentablen Alternative zur herkömmlichen Fertigung entwickelt, die hohe Investitionen und Ressourcen erfordert. Ein weiterer bedeutender Vorteil ist das deutlich geringere Abfallaufkommen.
Laut Grand View Research wurde der globale 3D-Druckmarkt im Jahr 2019 auf 11,58 Milliarden US-Dollar geschätzt und wird von 2020 bis 2027 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von über 14 % wachsen. Bis 2027 wird es weltweit 8 Millionen 3D-Drucker geben – fast sechsmal mehr als 2018. 77 % davon werden industrielle Drucker sein. Der 3D-Druck wird bereits zur Herstellung von Kleidung und Schuhen, Einrichtungsgegenständen, mechanischen Teilen und sogar Prothesen eingesetzt. Mit 3D-Druckern werden viele Teile für die Rutherford-Triebwerke gedruckt, die in der Electron-Trägerrakete installiert sind.
In der Medizin und im Gesundheitswesen werden mit 3D-Druckern Kabel und andere Teile für medizinische Geräte gedruckt. Ein weiteres erstaunliches Experiment ist der 3D-Druck von menschlichen Knochenfragmenten direkt im Körper, anstelle von beschädigten oder verlorenen Knochen. Zu diesem Zweck werden spezielle biokompatible Tinten verwendet.
Die additive Technologie wird in der Architektur eingesetzt: Aus den gedruckten Teilen werden ganze Fachwerkhäuser errichtet, die dadurch viel billiger sind als ihre konventionellen Pendants. Laut The Guardian wurde ein ganzes Viertel im kalifornischen Coachella Valley mit dieser Technologie gebaut. Der Bauträger Mighty Buildings behauptet, dass dadurch 95 % der Zeit der Bauarbeiter eingespart werden konnte.
Wir sind nun einen Schritt davon entfernt, mithilfe des 3D-Drucks die notwendigen Objekte auf der Mondoberfläche zu erstellen, indem wir den Mondstaub zu diesem Zweck verwenden. Das würde die Besiedlung des Satelliten wesentlich erleichtern: Wir müssten keine schweren Lasten und Geräte dorthin transportieren.
Die technologischen Neuerungen wollen uns den Arbeitsalltag vereinfachen, der Medizin helfen noch effektiver zu werden, in Mobilität „grüner“ werden. Alles positive Entwicklungen unserer modernen Gegenwart.
Nun halten wir diese Erkenntnisse fest und werden diesen Artikel in ein paar Jahren konsultieren und schauen, was davon mehr genutzt wurde und was vom Markt sogar eventuell verschwunden sein wird oder überraschenderweise zum Standard wird.