Ist die digitale Transformation nicht bereits erfolgt?

Trotz der 2,5 Milliarden Smartphones weltweit und der unzähligen Sextillionen (wirklich) von Transistoren bei der Verarbeitung ist vieles im täglichen Leben noch immer analog.^{2, 3} Die Allgegenwärtigkeit digitaler Geräte verschleiert, wie viele digitalisierbare Aufgaben noch vom Menschen erledigt werden, vom Autofahren bis zum Durchstöbern wissenschaftlicher Literatur. Im Geschäftsleben bleibt die digitale Transformation ein Schwerpunktbereich für Unternehmen und Beratungsunternehmen, da Unternehmen versuchen, analoge Geschäftsprozesse in Marketing, Vertrieb, Betrieb und darüber hinaus in digitale Prozesse umzuwandeln. Dieser Prozess wird die Effizienz der Unternehmen verbessern, doch ist ein größerer digitaler Wandel im Gange – der Übergang zu einer digitalen Gesellschaft.

Der zeitgleiche Reifungsprozess von 5G-Kommunikation, fortschrittlichem Computing und autonomen Technologien führt zu einer Zeit, in der die Sci-Fi-Versprechen langsam Wirklichkeit werden. Zusammen bilden diese drei Technologien einen Schnellzug für Daten, einen virtuellen Avatar der Welt, in dem diese Daten verarbeitet werden können, und einen Mechanismus für den Export der virtuellen Schlussfolgerungen in die reale Welt. Und das alles hängt von der Chemie ab.

Ein Schnellzug für Daten

„Die Welt entwickelt sich zu einer hypervernetzten Gesellschaft“, sagt Sanghee Kim, Senior-Vertriebsleiter bei The Chemours Company. „Und AR und VR, unterstützt von künstlicher Intelligenz, bereichern das Leben. Wir brauchen 5G, um das möglich zu machen.“ Die ersten 5G-Geräte sind gerade auf den Markt gekommen, und die Netzbetreiber wetteifern um den Aufbau der 5G-Infrastruktur. Aufgrund der erforderlichen hohen Datengeschwindigkeit sind 5G-Funkgeräte und die Kabel, die das Netzwerk miteinander verbinden, auf Materialien – wie Fluorpolymere – angewiesen, die bei hohen Frequenzen über einen weiten Temperaturbereich hervorragende dielektrische Eigenschaften aufweisen.

Smartphones werden die erste Belastung für die Verbraucher mit 5G sein, aber es wird nicht mehr lange dauern, bis sich das eigentliche Potenzial von 5G abzeichnet. Stellen Sie sich eine Welt vor, in der die Fernchirurgie das Leben von Patienten retten kann, egal wie weit sie vom Chirurgen entfernt sind, oder in der die Echtzeit-Fernüberwachung von Patienten die Lebensqualität und -dauer verbessert. „Der digitale Wandel wird unser Leben und unsere Gesellschaft neu gestalten, und wir erleben bereits erste Auswirkungen bei Steuerungen, selbstfahrenden Fahrzeugen und autonomen Drohnen“, sagt Zeru Tekie, Vizepräsident Technik, Advanced Performance Materials bei The Chemours Company. Nüchtern ausgedrückt, wird die Geschwindigkeit und geringe Latenz von 5G die Ära schlechter Telefonkonferenz-Verbindungen und verspäteter Videokonferenzen beenden, wodurch die Fernarbeit und die Zusammenarbeit weit verstreuter Teams effizienter werden.

Ein virtueller Avatar – angetrieben von und begünstigt durch die Chemie

Nimmt man die breite Verteilung der mit 5G verbundenen Sensoren hinzu, dann wird erstaunliches passieren. Sensor-beladene autonome Fahrzeuge bilden eine Karte ihrer unmittelbaren Umgebung, einschließlich anderer Fahrzeuge, und kommunizieren miteinander, um den Verkehrskollaps in ein Ballett zu verwandeln.

Natürlich lassen sich einige Umgebungen einfacher auswerten als andere, und die chemische Herstellung ist eine der größten Herausforderungen. Durch die schnelle Datenübertragung können Anlagenbetreiber eine strengere Kontrolle als je zuvor erlangen, wobei die Sensoren jedoch noch weiter entwickelt werden müssen. Es werden neue Durchbrüche in der Chemie erforderlich sein. Dr. Tekie kommentiert dies wie folgt: „Die Herausforderung besteht darin, Sensoren und Analysewerkzeuge zu entwickeln, die uns helfen können, spezifische Verbindungen mit sehr kurzen Reaktionszeiten zu erkennen und zu quantifizieren“. Diese Daten ermöglichen es künstlichen Intelligenzen (KI), bessere Algorithmen zu verwenden, um virtuelle Modelle der Herstellungsstätte zu erstellen und das Anlagenverhalten vorherzusagen.

Die Verwaltung einer Herstellungsstätte ist eine anspruchsvolle Aufgabe für einen Computer, hat aber zumindest eine begrenzte Anzahl von Variablen. Das betrifft nicht das Klima. Aktuelle Wettermodelle laufen auf leistungsstarken Computern, aber wie jeder, der ohne Regenschirm im Regen steht, bestätigen kann, liegen sie nicht immer richtig. Eine neue Klasse von Computern kann helfen. Quantencomputer können weitaus mehr Berechnungen parallel durchführen als herkömmliche digitale Maschinen, was sie zum idealen Werkzeug für fortschrittliche Algorithmen macht, die virtuelle Modelle von hochkomplexen Umgebungen erstellen.

Auch hier spielt die Chemie eine wichtige Rolle, indem sie fortschrittliche Materialien für die einzigartigen elektronischen Anforderungen an Quantencomputer bereitstellt. Natürlich profitiert die Chemie auch von Quantencomputern. Diese massiv parallelen Prozessoren eignen sich perfekt für die Modellierung komplexer chemischer Wechselwirkungen mit Millionen von möglichen Pfaden, die abgebildet werden müssen.

Quantencomputer befinden sich noch in den Kinderschuhen und wurden bereits auf die Probe gestellt, mit dem Ziel, einen virtuellen Avatar einer anderen Art von chaotischer Umgebung zu schaffen: Verkehr in Peking. Volkswagen hat sich mit dem Quantencomputerunternehmen D-Wave zusammengetan, um zu erproben, wie eine Flotte von instrumentierten Taxis auf ideale Wege umgeleitet werden kann, um den Verkehr zu reduzieren.⁴ Schon bald werden wir damit beginnen, Quantencomputer auf andere scheinbar unlösbare Probleme auf unserem Weg in eine digitale Gesellschaft anzuwenden.

Realitätsnahe Veränderungen vornehmen

Sensoren sammeln Daten und senden sie mit beispielloser Geschwindigkeit an unglaublich neue Computer, damit Algorithmen und KI (Künstliche Intelligenz) verarbeitet werden können. Was dann? Wie setzen Computer reale Veränderungen um? Es gibt immer den analogen Prozess, Menschen Empfehlungen zum Handeln zu geben, aber da unser Vertrauen in Algorithmen und KI immer mehr zunimmt und sich die Robotik verbessert, werden Menschen in der Lage sein, sich selbst immer mehr aus der Gleichung herauszunehmen. Das Siemens Werk in Amberg, Deutschland, ist ein Schritt in diese Richtung. Das Werk in Amberg, das Leiterplatten und Controller herstellt, ist stark computerisiert und fast vollständig automatisiert.⁵ In digitalen Herstellungsstätten wie dieser können Ingenieure Produkte in einer virtuellen Umgebung entwerfen oder verbessern, testen, wie die Anlage auf die Änderungen reagiert, und dann die Herstellung ohne physische Prototypen und mit begrenztem manuellen Eingriff aufnehmen.

Es ist nur noch ein kleiner Schritt von dort zu einer vollständigen digitalen Transformation der Herstellung. Stellen Sie sich vor, ein Sensor bestimmt, dass ein Teil beispielsweise einer schweren Maschine kurz vor dem Ende seiner Lebensdauer steht. Der Sensor überträgt diesen Befund an ein KI-System, das einen Ersatz bestellt, der durch additive Herstellung (oder 3D-Druck) hergestellt werden soll. Diese Bestellung wird an eine Herstellungsstätte geschickt, in der sie autonom ausgeführt und an den Kunden verschickt wird. Bald wird auch die Schifffahrt autonom sein. Quantencomputer sind ideal geeignet, um Reedereien bei der Ermittlung idealer Lieferwege – ein überraschend komplexes Problem – zu unterstützen, das von autonomen Fahrzeugen und Kurzstrecken-Drohnen durchgeführt werden kann.

Aber all das scheint eine Welt fernab der digitalen Landschaft im Fossett Lab zu sein, wo Professor Arvidson mit einer der weitreichendsten Drohnen arbeitet, die es gibt. Seine Studenten haben irdischere Sorgen. Tief in ihrer Augmented-Reality-Umgebung untersuchen sie die kristallinen Strukturen von Mineralien und helfen, die Grundlage für eine neue Art und Weise zu schaffen, die neuartigen Chemikalien zu entdecken, welche die Welt, in der sie wachsen, verändern werden.