Die Anforderungen an neue Materialien wachsen kontinuierlich - sie sollen immer mehr können, kaum Gewicht haben, Nachhaltig-keitsaspekte erfüllen und möglichst wenig kosten. Trendanalysen im Sinne zukunftsorientierter Technologieanalysen ermöglichen zu erkennen, wohin die Entwicklungstendenzen in diesem Bereich gehen.

1. 1
Technologie
Analysen
Vorausschau
Höhr-Grenzhausen,20.08.13
FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR
NATURWISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE
TRENDANALYSEN
Technologie
Analysen
Vorausschau
Höhr-Grenzhausen,20.08.13
Derzeit 5 Geschäftsfelder, 2014 Restrukturierung
Trends und Entwicklungen in
Forschung und Technologie
Planung, Programme und Strukturen
in Forschung und Technologie
Nukleare Sicherheitspolitik und
Detektionsverfahren
Elektromagnetische Effekte und
Bedrohungen
Nukleare Effekte in Elektronik und
Optik
Technologievorausschau
Fachforschung
(Physik)
Planungsunterstützung
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2. 2
Technologie
Analysen
Vorausschau
Höhr-Grenzhausen,20.08.13
GF Trends und Entwicklungen in Forschung und Technologie
Methodik der Technologiefrühaufklärung
Methodische Weiterentwicklung und methodisches Umfeld
Wehrtechnische Zukunftsanalyse
Zukünftige wehrtechnische Systeme und Fähigkeiten
Technologiefrühaufklärung (TFA)
Zukünftige Technologien und ihr Anwendungspotenzial in voller Breite
Technologieanalysen
Fachliche Vertiefung in ausgewählten Technologiefeldern
Kompetenzfelder:
• Werkstoffe • Biologische Technologien • Lebenswissenschaften
• Energietechnik • Nanotechnologie • Optische Technologien
• Robotik / Unbemannte Systeme • Informationstechnik
Ergebnisbeispiel TEFT: EDA HuPE Roadmap 8
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3. 3
Technologie
Analysen
Vorausschau
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© Robert Crumb
Technologie
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Vorausschau
Stefan Reschke
Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT
Nichts ist unmöglich
Ein Blick in die Zukunft der WS-Entwicklung
Innovationscluster Metall-Keramik-Kunststoff
6. Clusterkonferenz
CTC Höhr-Grenzhausen, 20.08.2013
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4. 4
Technologie
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Zum Beispiel: einst Science Fiction…
• Joystick 1903
• Remote Displays 1903
• Telemedizin 1909
• Thoughtscreen 1931
• Electronic Invisibility Cloak 1931
• Tactile Sensory Brain-Machine-Interface 1932
• ... etc. ...
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Motivation I
Ca. 60 % aller Produktinnovationen beruhen auf
Werkstoffinnovationen
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5. 5
Technologie
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Motivation II
Geschätztes Einsparpotential bei Materialkosten > 5 Mrd. €
Technologie
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Werkstoffforschung: ca. 8000 Jahre Innovation
- und kein Ende in Sicht
• Seit dem Neolithikum Erforschung anorganisch-nichtmetallischer WS
• Seit der Bronzezeit Erforschung metallischer Legierungen
• Seit ca. 50 Jahren CALPHAD, Durchbruch Mitte der 1980er Jahre
• Ab-Initio-Simulation seit über 25 Jahren
• Skalenübergreifende Werkstoffsimulation seit ca. 10 Jahren
• Customised Materials Design to Function in ca. 15 Jahren?
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6. 6
Technologie
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und trotzdem:
haben wir noch enormes Potential für
• evolutionäre
• revolutionäre
• überraschende
Entwicklungen im Werkstoffbereich
sowie für den interdisziplinären und
kreativen Umgang mit Werkstoffen und Technologien!
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Treiber:
• Vertieftes Verständnis von Werkstoffen auf allen Skalen:
(a) machtvolle Analytik
(b) machtvolle Simulationstools
• Immer ausgefeiltere Prozess- und Produktionstechnologien
• (Mut zur) Missachtung von Regeln und “Wissen”
• Serendipity / strategische Intuition
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7. 7
Technologie
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Evolutionäre Entwicklungen
Technologie
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Evolutionäre Entwicklungen: Beispiel Stahl
Bildquelle: http://www.leichtbau-technologie.de/stahl/artikel-jenseits-der-festigkeit.html?rex_resize=500w__060-2.jpg,
http://www.keytometals.com/images/Articles/kts/Fig207_2.jpg
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8. 8
Technologie
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Spielwiese PSE – z.B. metallische Gläser, HEAs
Technologie
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Metallische Gläser
wenn Unordnung zum Vorteil wird…
Bildquelle: http://www.uni-kiel.de/download/pm/2010/2010-119-1.jpg
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9. 9
Technologie
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M.F. Ashby´s klassischer Ansatz:
ein Beispiel für „provozierte Serendipity“
GRANTA Software-Paket CES, http://www.grantadesign.com/products/ces/
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Revolutionäre Entwicklungen
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Technologie
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Neue Materialien
Beispiele für Stoffe und Werkstoffe mit hohem Innovationspotential
• Elektronische Funktionspolymere (molekulare Pfade aus alternierend Einfach-
und Doppelbindungen, spezielle Seitengruppen)
• Quantum-Confined Materials (z.B. 2D-Elektronengas, „Nanoatome“, Quantentröge)
• Neue nanoskalige Konfigurationen (z.B. Fullerene, Dendrimere, Liposomen,
Mizellen, supramolekulare Strukturen)
• (Syntho-)Biologische, bioanaloge und bioinspirierte Werkstoffe und
Strukturen (z.B. Spinnenfäden, Seide, Schale der Abalone-Muschel)
• Smart Materials and Systems („Intelligente“ Werkstoffe und Strukturen, z.B.
Selbstheilende Materialien)
Technologie
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Quantum Confinement
Neue (elektronische) Effekte
durch Beschränkung des den
Elektronen zur Verfügung
stehenden Raumes
Bildquellen: http://www.nanotech-now.com/images/QDot-nanocrystal.jpg
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Technologie
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Bio“*“ – Werkstoffe: Inspiration
Bildquelle: http://www.science.uts.edu.au/multimedia/smgallery/mau/06.jpg
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Komplexe Aufgaben: Smart Materials
wesentliche neuartige Fähigkeiten
• Eigenzustandsüberwachung („Health Monitoring“)
• Anpassen von Eigenschaften an innere und äußere Veränderungen
• Fähigkeit zur Kommunikation
• Fähigkeit zur Selbstheilung
und erlauben damit gegenüber klassischen Werkstoffen einen
maßgeblich effizienteren Einsatz
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Technologie
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Elektroaktive Polymere
Bildquellen: http://www.almc.army.mil/alog/issues/sepoct05/designermat.html,
http://www.electronicsinfoline.com/News/New_Gadgets/Robotics/robot-octopus-
promises-to-be-entirely-squishy.html
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(Böse) Überraschungen
Bildquelle: Vicco von Bülow
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Electronic Invisibility Cloak
ca. 1200 – 1931 – 1968 – 1998 ff
Metamaterials
Boeing-Cube: negativer
Brechungsindex für
Mikrowellen ( = 2,4 cm)
Simulation einer
Flüssigkeit mit
negativem
Brechungsindex
Bildquellen: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Left-handed_metamaterial_array_configuration.jpg, http://www.mererhetoric.com/2007/10/25/thursday-military-tech-metamaterials-provide-mastery-over-light-cloaking-device/,
http://www.physikclub.de/aus-forschung-und-wissenschaft/neues-aus-der-forschung/tarnkappen-und-negativer-brechungsindex/tarnkappen-fur-licht/view, Heydayfilms / Warner Brothers
Technologie
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Scan aus dem Magazin Strange Things Are Happening; (ca. 1978) Source: http://www.joeydevilla.com/
Crazy Friday – Kreative Spinner
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Dreistigkeit: Graphen
„theoretisch nicht möglich“
Bildquelle: http://www.mc2quantum.com/wp-content/gallery/photo-gallery/Graphene%20Sheet.jpg
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Kreativität: bionischer Handlingassistent (FESTO, Fraunhofer)
“Plastik” + Druckluft + unkonventionelles Design + intelligente Steuerung
Low-Tech + High-Tech
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Technologie
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Resümee:
• Neue Werkstoffe bieten bei richtigem Einsatz ein sehr hohes
Einsparpotenzial über den gesamten Produktlebenszyklus
• Ein Ende der funktionsspezifischen Diversifizierung der
Werkstofflandschaft ist nicht absehbar
• Zunehmend hohe Anforderungen an Recyclingkonzepte und
-technologien (Recycling, Upcycling, C2C, … )
Enorme Zukunftschancen für Forschungs- und High-Tech-
Standorte gerade im Bereich Customised Products
Enorme Zukunftschancen für flexible schlagkräftige
Unternehmen
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Stefan Reschke
Senior Scientist
Technology Analysis and Foresight (TAV)
Fraunhofer Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen
Appelsgarten 2
53879 Euskirchen
Phone: +49 (0)2251 18-221
stefan.reschke@int.fraunhofer.de
http://publica.fraunhofer.de/authors/reschke,%20s
Contact:
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