Sprunginnovationen - think ING. kompakt 02/03 | 2023

kompakt

Dein Einblick in die Welt der Ingenieurinnen und Ingenieure

SPRUNGINNOVATIONEN

EINE WELT DAVOR UND DANACH

ÜBERBLICK

WENN ERFINDUNGEN DIE WELT VERÄNDERN

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PORTRÄT

„WIR ENTWICKELN LÖSUNGEN VON MORGEN“

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Die Nutzung von Elektrizität, das Automobil oder das Internet –Sprunginnovationen sind neue Technologien, die eine maßgebliche Veränderung in unserem Leben herbeiführen. Sie gestalten den bis dahin existierenden Markt von Grund auf um. Und auch in unserem persönlichen Leben spielen diese Innovationen eine große Rolle. Sie verändern die Art, wie wir miteinander kommunizieren oder wie wir uns fortbewegen. Sie schaffen Lösungen für Probleme oder vereinfachen uns den Alltag. Die Erfinder*innen kommen häufig aus den Natur- und Ingenieurwissenschaften und müssen zunächst Überzeugungsarbeit leisten und viele Hürden überwinden. Um ihre Ideen zu realisieren, kämpfen sie meist gegen den herrschenden Mainstream an. Innovative Ideen schlummern auch in deutschen Unternehmen. Peter Fallabeck vom Technologiekonzern Voith erzählt, wie neue Ideen entstehen und auf den Markt kommen. Spannend ist auch, welche Erfindungen unser Leben bereits geprägt haben und was uns möglicherweise in der Zukunft erwartet.

© istock/piranka

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Sprunginnovationen bewirken Großes, doch manchmal passen sie sogar in die Hosentasche: Als 2007 das iPhone auf den Markt kam, setzte es in Sachen Benutzerfreundlichkeit und Multifunktionalität Maßstäbe. Heute ist das Leben ohne ein internetfähiges Smartphone mit Touchscreen, Kamera und Co. nicht mehr denkbar. Fast jede*r trägt eins bei sich, es hat unsere Kommunikation und unser Nutzungsverhalten komplett verändert.

Ob Auto, Fahrrad, Computer oder mRNA-Impfstoffe: Dies sind nur einige von vielen Sprunginnovationen – Erfindungen, die die Welt spürbar besser machen. Um Wissenschaftler*innen, Ingenieur*innen oder andere Tüftler*innen beim Erfinden zu unterstützen, gibt es in Deutschland seit 2019 die Bundesagentur für Sprunginnovationen SPRIND. Geschäftsführer Rafael Laguna de la Vera und sein Team fahnden dort im Auftrag der Bundesregierung nach Projekten, die das Zeug zur Sprunginnovation haben. Vielversprechende Projekte erhalten eine Finanzierung und tatkräftige Unterstützung beim Unternehmensaufbau.

SPRUNGINNOVATIONEN: WENN

ERFINDUNGEN DIE WELT VERÄNDERN

Woran er eine Idee mit Potenzial zur Sprunginnovation erkennt? Rafael Laguna de la Vera lacht: „Sie muss ein bisschen verrückt klingen.“ Aber nicht zu verrückt, darauf legt er Wert. Einreichungen sollten sich beispielsweise im Rahmen der Naturgesetze bewegen oder als sogenannte Plattformtechnologie auf andere Bereiche anwendbar sein. Auch Persönlichkeit und Expertise sind wichtig. So kommen die Erfinder*innen oft aus den Natur- oder Ingenieurwissenschaften. Sie brennen für ein Thema und wollen, dass aus ihrem Wissen etwas wird, was der Menschheit nützt.

Wenn sich Deutschlands ChefInnovator Rafael Laguna de la Vera eine Sprunginnovation für 2050 wünschen könnte? „Energie im Überfluss. So billig und umweltfreundlich, dass sich Abrechnen gar nicht mehr lohnt. Das wäre die Antwort auf viele Probleme, die wir gerade haben.“

ÜBER RAFAEL LAGUNA DE LA VERA:

Rafael Laguna de la Vera ist Gründungsdirektor der Bundesagentur für Sprunginnovationen SPRIND. Er wuchs in der ehemaligen DDR und im Sauerland auf. Mit 16 gründete er seine erste Firma und war später als Technologie-Investor und Software-Unternehmer tätig, bevor er die Geschäftsführung von SPRIND übernahm.

Das ganze Interview gibt es hier: s.think-ing.de/sprind

Im Interview verrät Rafael Laguna de la Vera wie SPRIND arbeitet und was die nächsten Sprunginnovationen sein könnten.

Rafael Laguna de la Vera ist mit der Bundesagentur für Sprunginnovationen SPRIND immer auf der Suche nach den besten Ideen

ALLES AUS STAHL – DAS BESSEMER VERFAHREN

Eine Welt ohne Schiffe, Autos und Eisenbahnen, ohne moderne Brücken, Hochhäuser, chemische und medizinische Apparate – das erscheint absurd. Doch ohne die Erfindung der industriellen Stahlproduktion müssten wir auf all das und vieles mehr verzichten. Die moderne Stahlerzeugung begann mit dem britischen Ingenieur Henry Bessemer und dem nach ihm benannten Verfahren. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts konnte man damit Kohlenstoff und andere unerwünschte Elemente im flüssigen Eisen durch Zuführung von Sauerstoff verbrennen. So entstand reiner flüssiger Stahl. Das Verfahren legte den Grundstein für die moderne Stahlerzeugung.

ZURÜCK IN DIE ELEKTRISCHE ZUKUNFT

Die Geschichte des Automobils begann Anfang des 19. Jahrhunderts mit Dampfkraftwagen und Dampfomnibussen. Es folgte im Jahr 1881 der Prototyp eines Elektroautos. Fünf Jahre später stellte der deutsche Erfinder Carl Benz den ersten PKW mit Verbrennungsmotor vor, den Benz PatentMotorwagen Nummer 1. Von da an dauerte es aber noch knapp 40 Jahre, bis sich der Benziner auf den Straßen durchgesetzt hatte. 1930 kam der Dieselmotor bei den Nutzfahrzeugen dazu. Seither hat das Auto Mobilität, Transportwesen und unser Gefühl für Entfernungen revolutioniert, aber auch die Luft und die Umwelt belastet. So gehört die Zukunft vermutlich der älteren Erfindung, dem Elektroauto.

DIE ERFINDUNG DES

WORLD WIDE WEB

Kann sich noch jemand einen Alltag ohne das Internet vorstellen? Mehr als die Hälfte aller Menschen auf der Welt sind mit ihren PCs, Smartphones und Tablets täglich online. Dabei vergisst man leicht, dass das Internet eine vergleichsweise sehr junge Erfindung ist. Am 29.10.1969 wurden zum ersten Mal zwei Computer über eine Telefonleitung miteinander verbunden. US-Professor Leonard Kleinrock gelang das

Versenden einfacher Buchstaben und später ganzer Texte. Nach und nach entstand ein Netzwerk aus Computern, das immer größer wurde. Der ITExperte Tim Berners-Lee erfand 1990 das World Wide Web, mit dem man Nachrichten verschicken, Informationen speichern und abrufen konnte.

JEDERZEIT UND ÜBERALL ONLINE

Heute trägt beinahe jede*r einen Computer in der Jackentasche mit sich herum, für dessen Leistung man vor 50 Jahren einen kleiderschrankgroßen Rechner benötigt hätte. Als Ausganspunkt der Smartphone-Erfolgsgeschichte gilt der klobige Personal Communicator IBM Simon, der immerhin noch ein halbes Kilo wog. Die ersten Mobiltelefone mit SmartphoneFunktionen tauchten dann in den späten 1990er Jahren auf. Doch erst die Einführung des iPhones im Jahr 2007 brachte den Durchbruch. Heute sind beinahe alle verkauften Mobiltelefone Smartphones. Soziale Netzwerke wie Facebook oder Instagram und neue Kommunikationsformen wie der Messenger WhatsApp sind dadurch erst möglich geworden.

5 / m RNA-IMPFSTOFF

TEAMWORK FÜHRTE ZUM IMPFSTOFF

Dass medizinische Forschung Teamarbeit ist, zeigt keine Innovation deutlicher als der mRNA-Impfstoff. Seit der kalifornische Doktorand Robert Malone 1987 messenger-RNA mit Fetttröpfchen vermischte und anschließend menschliche Zellen in die Mixtur tauchte, haben Hunderte von Wissenschaftler*innen Malones Arbeit weitergeführt. Zwar nahmen die menschlichen Zellen mRNA auf und produzierten nach ihrer Vorlage Proteine. Doch das Verfahren galt lange als instabil und zu teuer. Forscher*innen und Unternehmen verbesserten Schritt für Schritt die Details. Dann kam Covid-19 und alles musste plötzlich ganz schnell gehen. Wenige Tage nach der Veröffentlichung der Genomsequenz des Virus entwickelte Moderna einen Prototyp des CoronaImpfstoffs. Es folgten Impfstoffe von BioNTech/ Pfizer, AstraZeneca u.a.

3 / INTERNET

4 / SMARTPHONE

© 1. thyssenkrupp; 2. Daimler; 6. - 10. SPRIND GmbH

DEN WIND VON OBEN „ERNTEN“

Kräftiger und beständiger weht der Wind, je weiter man Richtung Himmel geht. Oder baut. Zum Beispiel Windräder. Prof. Horst Bendix arbeitet mit seinem Team der beventum GmbH daran, das weltweit erste Höhenwindrad zu bauen. Dieses ist mit rund 300 Metern etwa doppelt so hoch wie herkömmliche Windräder und kann beispielsweise in bereits bestehende Windparks integriert werden, sozusagen als zweite Ebene. Die beventum GmbH schafft damit eine effiziente und innovative Lösung, die den Braunkohleausstieg ermöglichen kann. Auch wirtschaftlich wird der Mehraufwand mit dem Neubau der Windräder durch den zusätzlichen Ertrag von grünem Strom aufgefangen.

7 / NANOGAMI

KLEINE TECHNOLOGIE MIT RIESIGEM POTENZIAL FÜR DIE DIAGNOSTIK

AUF DEM SPRUNG:

MIT GROSSEM POTENZIAL

Antigen-Tests sind ein Beispiel dafür, wie heute schnell und genau Krankheiten erkannt werden. Man prüft, ob ein Antigen, ein Molekül also, im Körper vorhanden ist, um eine Krankheit zu diagnostizieren. Komplexere Diagnosen sind so aber nicht möglich, da Moleküle sehr klein und die Analysegeräte nicht fein genug sind. Die Auswertung von Proben muss im Labor vorgenommen werden, kostet viel Zeit und Geld. Nanogami hat die Lösung: Mit ihren speziell entwickelten Nanostrukturen können mehrere Moleküle gleichzeitig ausgewertet werden - schnell und kosteneffizient. So kann die Analyse von Proben in Zukunft in der Praxis oder Zuhause stattfinden. Diagnose und Therapie werden individueller und ermöglichen personalisierte Medizin.

8 / MICROBUBBLES MIT MIKROBLASEN GEGEN MIKROPLASTIK

Hydrophobe, also wassermeidende Partikel setzen sich an Gasblasen und werden so zur Oberfläche transportiert – dieses Prinzip der Flotation wird bereits zur Schmutzwasserbehandlung eingesetzt. Das Wasser muss dafür jedoch zunächst abgepumpt werden. Für Großgewässer wie Seen und Meere ist diese Methode zu umständlich. Roland Damann hat nach einer Lösung gesucht, um das Abpumpen zu umgehen. Die Idee: mikroskopisch kleine Luftbläschen mit einem schwimmenden Träger direkt ins Gewässer einsetzen. Die kleinen Bläschen ziehen Schmutzpartikel wie Mikroplastik an und befördern diese an die Oberfläche, wo sie abgetragen werden können. Ganz ohne den Einsatz von Chemie. Ein riesen Schritt zu mehr Umweltschutz und weltweit sauberem Wasser.

DIE DATENBANK

DER ZUKUNFT

Das menschliche Gehirn versucht zukünftige Entwicklungen vorherzusagen und verarbeitet dabei viele Erwartungen gleichzeitig. Datenbanken, wie wir sie heute kennen, sammeln zunächst Informationen und ziehen erst nachträglich Zusammenhänge daraus. Nicht so bei der von Elektrotechnik-Ingenieur Peter Palm entwickelten Cortex Datenbank, dessen Architektur bereits den Kontext von Daten berücksichtigt. Erst wenn es einen Zusammenhang gibt, werden Daten zu Informationen. Das schafft neue Anwendungsmöglichkeiten, die in bisherigen Datenbanken undenkbar waren. Daten werden zu Wissen, das für alle zugänglich gemacht wird.

ANALOG ODER

DIGITAL? AM

LIEBSTEN BEIDES!

Digitale Computer arbeiten programmgesteuert, mithilfe von Algorithmen, sie führen also nacheinander Schritte aus. Das verbraucht viel Energie. Bei einem Analogrechner arbeiten die Rechenelemente parallel. Sie sind jedoch auch deutlich größer als ihre digitalen Nachfolger. FHProfessor Bernd Ullman will beide Welten vereinen: Er forscht daran, einen Analogrechner zu bauen, der schneller als jeder Digitalcomputer ist, dabei jedoch nur ein Minimum an Energie verbraucht. Sein Traum ist es, einen Analogrechner auf einem Chip von der Größe einiger weniger Quadratmillimeter zu entwickeln. Eine Innovation, die die Signalverarbeitung in Handys oder medizinischen Implantaten wie Herzschrittmachern revolutionieren würde.

9 / CORTEX

10 / ANALOGRECHNER

„WIR ENTWICKELN LÖSUNGEN VON MORGEN“

Wie entstehen in einem weltweit tätigen Unternehmen echte Innovationen?

Eine Frage, die Voith mit einem ganzen Fachbereich beantwortet, in dem auch die Kreativität ihren Platz findet.

Dekarbonisierung. Das ist eins der zentralen Schlüsselthemen der Zukunft, um dem Klimawandel zu begegnen. Bei Voith im süddeutschen Heidenheim entstehen dafür unter anderem Wasserstofftanks für den LKW, um zum DieselAntrieb zukünftig attraktive Alternativkonzepte bieten zu können. Es sind natürlich spezielle Tanks mit besonderen Anforderungen. Tanks, die es so bisher noch nicht gab. Eine Innovation. Daran beteiligt ist auch der Wirtschaftsingenieur Peter Fallabeck.

DER INGENIEUR MIT DOPPELFUNKTION

Voith beschäftigt weltweit über 21.000 Mitarbeitende an über 60 Standorten. Gegründet wurde der Technologiekonzern 35 Kilometer nördlich von Ulm in Heidenheim. Hier ist der Hauptsitz des Unternehmens, an dem Peter tätig ist. Nach seinem dualen Studium bei Voith hat er drei Jahre im Bereich Innovation und Technology gearbeitet. Nun wechselt er in das Projekt Wasserstoff. „Beim Prozess der Innovationsentwicklung steigen wir dann ein, wenn es darum geht, den Labormaßstab auf eine industrielle Größe zu skalieren, die wir wirtschaftlich am Markt anbieten können“, erklärt er. Und meint damit, dass er bei den Neuentwicklungen des Unternehmens mitüberlegt, ob und wie eine Entwicklung auch gewinnbringend vermarktet werden kann. „Ich habe als Wirtschafsingenieur unter den reinen Technolog*innen eher eine Doppelfunktion, da ich auch die wirtschaftlichen Ziele im Auge behalte“, erzählt er und muss lächeln. Es kann schon sein, dass er als Wirtschaftsingenieur im Maschinenbau und in der E-Technik eine Sonderrolle einnimmt. Aber eine, die sich später hoffentlich für das Unternehmen finanziell auszahlt.

AUSGEFALLENE IDEEN

Eine Innovation ist eigentlich ziemlich einfach definiert. Letztlich geht es darum, eine neue technologische Lösung zu entwickeln, die vom Markt angefragt wird und zu einem neuen wirtschaftlichen Geschäftsfeld für Voith führt. Die notwendige Kreativität auf dem Weg zur Innovation funktioniert bei Voith dann so: „Wir haben zum Beispiel eine Gruppe aus 15 kreativen Mitarbeitenden aus ganz unterschiedlichen Fachbereichen, die sich regelmäßig treffen und über neue Ideen sprechen, wie Betonhäuser aus dem 3D-Drucker oder auch das Einsammeln von Weltraumschrott.“ Es darf auch mal ausgefallen sein. Gemeinsam generieren und bewerten dann alle systematisch die Ideen. Und vielleicht ist ja ein Produkt dabei, das es so noch nie gab. Es könnte die Lösung für ein dringendes Problem sein. Eine Idee nach der anderen scheidet dann aus, aber zwischendurch bleiben auch ein paar echte Highlights hängen.

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Michael Bokelmann

Ein Arbeitsplatz, viele Ideen. Peter Fallabeck mit einem Modell der Wasserstoftanks für den LKW der Zukunft.

Das 3D-Modell der Wasserstoftanks auf dem Bildschirm beinhaltet alle relevanten Detailinfos

TRAUMJOB IM BIG BUSINESS

Voith hat Strukturen entwickelt, die es allen Mitarbeitenden ermöglichen, Ideen einfließen zu lassen. „Das Schlimmste, was einem Unternehmen passieren könnte, ist doch, dass jemand eine tolle Idee hat und nicht weiß, wie er sie einbringen kann. Voith hat hier gute Möglichkeiten erarbeitet.“ Diese Strukturen sorgen dafür, dass die drei Unternehmensbereiche Papierherstellung, Antriebstechnik und Wasserkraft immer mit frischen Impulsen versorgt werden. Peter Fallabeck ist künftig im Bereich der Antriebstechnik tätig und verknüpft hier die technologischen Neuigkeiten mit den wirtschaftlichen Notwendigkeiten. „Es ist im Grunde ein Traumjob, weil ich hier bezahlt werde, um Lösungen für die Probleme von morgen zu entwickeln“, erklärt er. Er klingt beinahe wie ein alter Hase im Big Business, dabei ist Peter erst 25 und studiert ganz nebenbei auch noch Produktionsmanagement im Master am KIT in Karlsruhe. Ein junges Talent, das bei Voith auch über den Job hinaus gefördert wird. Währenddessen geht die Entwicklung der großen innovativen Wasserstofftanks für den LKW weiter. Die Innovation muss auf die Straße. Nur so kann sie Mehrwert generieren.

WAS STUDIEREN?

An den Innovationen der Zukunft wird schon heute geforscht. Damit neue Technologien entstehen können, ist die Expertise von Ingenieur*innen nötig. Studiengänge wie Robotik, Künstliche Intelligenz oder Biotechnologie vermitteln das nötige Wissen, um die Welt der Zukunft mitzugestalten.

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Verantwortliche Leitung

Indra Hadeler

Redaktion und Gestaltung

concedra GmbH, Bochum

Druck

color-offset-wälter GmbH & Co. KG, Dortmund

Alle in dieser kompakt enthaltenen Inhalte und Informationen wurden sorgfältig auf Richtigkeit überprüft. Dennoch kann keine Garantie für die Angaben übernommen werden.

© Michael Bokelmann

Peter Fallabeck mit seinem Teamkollegen Patrick Seidel, Produktverantwortlicher für die Wasserstoftanks

Das Video zum Interview gibt es hier: s.think-ing. de/voith-video

Eine Zusammenstellung passender Studiengänge zum Thema fndet ihr unter s.think-ing.de/innovationen-studieren