EU will Forschung zu Zukunftstechnologien stärken

Mehr Geld, mehr gute Leute, mehr Raum für neue Wege: Die Europäische Kommission will Europa zur weltweit attraktivsten Region für visionäre Forschung machen. Beispiele hierfür präsentierte sie jetzt bei der Tagung „Science beyond Fiction“.

Lange Zeit haben Begriffe wie „Anwendbarkeit“, „Patente“ und „Ausgründung“ die Diskussion um die Ausrichtung von Forschung beherrscht. Auch die Förderprogramme der Europäischen Union setzen vor allem auf anwendungsorientierte Forschung, wenn auch nicht nur. 20 Jahre nachdem die Europäische Kommission mit dem vergleichsweise kleinen Programm „Future and Emerging Technologies“ (FET) begann, die Suche nach neuartigen Ansätzen in der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) gezielt zu fördern, will sie jetzt mit einer Initiative den Blick wieder stärker darauf lenken, dass echte Innovation nur dann entstehen kann, wenn man sich weit hinaus auf gänzlich unbekanntes Terrain vorwagt.

Das Multimodal Brain Orchestra zeigte mit seiner Installation XMotion, wie sich allein mit Gedanken und Gefühlen vom Computer erzeugte Musik und Bilder steuern lassen.

Kern der Initiative „Moving the ICT Frontiers“ ist die Forderung, die Forschungsaktivitäten zu Zukunftstechnologien in Europa bis 2015 zu verdoppeln. Die für Informationsgesellschaft und Medien zuständige EU-Kommissarin Viviane Reding stellte den Vorstoß auf der ersten Europäischen Konferenz über Zukunftstechnologien „Science beyond Fiction“ in Prag in einer Videobotschaft vor. „Europa muss sich gerade in Krisenzeiten einfallsreich und mutig zeigen“, sagte Reding. „Revolutionäre wissenschaftliche Durchbrüche bieten enorme Chancen, und wir müssen die besten Köpfe zusammenbringen, um diese Chancen bestmöglich zu nutzen.“ Ziel sei, eine Führungsposition bei den künftigen Informationstechnologien zu erlangen.

Konkret kündigte Reding an, den jährlichen EU-Beitrag zur FET-Förderung schrittweise von derzeit etwa 100 bis auf 170 Millionen Euro im Jahr 2013 anzuheben. Die Förderung soll dabei sowohl jungen Forschern den Schritt in die risikoreiche Grundlagenforschung erleichtern als auch intensiv forschende kleine und mittlere Unternehmen unterstützen. Mit insgesamt 800 Millionen Euro ginge damit während der Laufzeit des aktuellen EU-Forschungsrahmenprogramms FP7 von 2007 bis 2013 in den FET-Bereich knapp ein Zehntel der insgesamt 9 Milliarden Euro für IKT-Forschung, die ihrerseits fast ein Fünftel des FP7-Budgets ausmachen. Im gleichen Zeitraum sollen auch mindestens zwei von fünf angedachten Flaggschiffprojekten starten. Diese sollen deutlich über die Größe der derzeit rund 100 FET-Projekte hinausgehen, mit ambitionierten Zielen die besten Wissenschaftler anziehen und dauerhaft europäische Exzellenzzentren etablieren, die auf ihrem Gebiet weltweit führend sind.

Reding und ihre Mitarbeiter sehen ihre Initiative ebenso wie das FET-Programm nur als Wegbereiter und setzen darauf, dass sich wie bisher die Mitgliedsstaaten und die Industrie den Kommissionsaktivitäten mit einem insgesamt fünf- bis siebenmal so hohen Engagement in Europa anschließen, damit der bisherige Rückstand insbesondere zu den USA, Japan und China auch tatsächlich mindestens aufgeholt werden kann.

Grenzüberschreitungen

Nachdem die FET-Förderung vor zehn Jahren Mikro-, Nano- und Optoelektronik, Mikrosysteme und Photonik als neue Gebiete gefördert hat, setzt sie nach deren Etablierung inzwischen verstärkt auf Forschung an der Grenze von Informations- und Kommunikationstechnik zu Disziplinen wie Biologie, Chemie, Nano-, Neuro- und Kognitionswissenschaften, Verhaltensforschung oder Sozial- und Wirtschaftswissenschaften. Dies spiegelte sich auch im Programm der dreitägigen FET-Konferenz, die mit Vorträgen, Posterpräsentationen und einer Ausstellung mit 29 Projekten vor allem Forscher unterschiedlicher Disziplinen zu eigenen Grenzüberschreitungen – fachlich und regional – anregen wollte.

Zum Auftakt der Tagung entwarf der Neurowissenschaftler Henry Markram von der Ecole Polytechnique Fédérale in Lausanne ein Bild davon, wie Computertechnik die Wissenschaft an sich verändert. Er beschrieb dabei auch das von ihm geleitete Blue-Brain-Projekt, das langfristig das menschliche Gehirn komplett simulieren will und als Ausgangspunkt für eines der geplanten Flaggschiffprojekte diskutiert wird. Solche Forschungen sind nicht nur für Neurowissenschaftler interessant: Das nur 1300 cm³ große Gehirn erledigt 100 Billionen einfache Operationen pro Sekunde mit einem Energiebedarf von gerade einmal 20 Watt. Wegen der anderen Verarbeitungsprinzipien ist dies natürlich nicht direkt mit der Leistungsfähigkeit herkömmlicher Computer zu vergleichen. Aber es weckt große Hoffnungen, dass ein besseres Verständnis der im Laufe der Evolution entstandenen Informationsverarbeitung nicht nur zu Computern mit einer völlig neuen Hard- und Software führen wird, sondern diese auch noch deutlich leistungsfähiger als die heutige Technik sein könnte.

In der ersten Phase seines Projektes hat das Blue-Brain-Team auf einem Blue-Gene-Supercomputer ein Grundmodul eines Rattengehirns modelliert. Die rund 10 000 virtuellen Neuronen dieser kortikalen Kolumne sind über 30 000 000 simulierte Synapsen verbunden. Bis zum Ende des Jahres kündigte Markram die Simulation eines Mausgehirns an. Ein Fernziel ist für ihn unter anderem eine personalisierte Simulation eines Menschen, mit deren Hilfe Ärzte individuell passgenaue Behandlungen entwickeln können.

Durch das Wechselspiel aus der Weiterentwicklung der Computertechnik und den Anforderungen solcher Projekte verändert sich auch die Wissenschaft an sich: Zunehmende Automation ermöglicht Datenerhebungen im industriellen Maßstab, die ihrerseits bessere Techniken zur Organisation und Verarbeitung dieser Daten notwendig machen. Beides zusammen ist die Grundlage für immer aufwendigere Simulationen, die eine Kombination kritischer Massen von Rechenkapazität, Wissen und experimentellen Daten erfordern. Während in der Technik Simulationen schon sehr weit in die Tiefe gehen, ist das Wissen um die Zusammenhänge in der Biologie nicht nur auf der Zellebene in vielen Bereichen noch sehr lückenhaft. Für ihre Erkundung setzen Forscher immer stärker auf Computerhilfe.

So nutzt Henrik Ehrsson vom schwedischen Karolinska Institut Hirnscanner und Head-Mounted Displays, um zu erkunden, wie Sehen und Fühlen bei der Wahrnehmung des eigenen Körpers zusammenspielen – Forschung, die besonders bei der Integration von Prothesen in das Körpergefühl helfen könnte. Wie Kenji Suzuki von der japanischen Universität Tsukuba zeigte, versucht die Prothetik nicht nur, die Aktionsfähigkeit künstlicher Arme und Beine durch eine direkte Kopplung mit bioelektrischen Signalen des menschlichen Körpers zu verbessern. Die an solchen Hybridtechniken arbeitende Cybernoidforschung versucht auch, Gelähmten das Lächeln wiederzugeben, also die für soziale Kontakte ganz wesentliche Kontrolle über die Mimik.

Komplexe Zeiten

Die Forschung von Albert-László Barabási vom Centre for Complex Network Research an der Harvard Medical School setzt dagegen auf einer ganz anderen Ebene an und macht sich zunutze, dass in der Informationsgesellschaft massenhaft Daten über Menschen anfallen, die für ein Forschungsprojekt allein auch mit aller Automation niemals direkt erzeugbar wären – deren Entstehung allerdings auch von ihm nicht beeinflussbar ist. Barabási untersucht unter anderem anhand der Provider-Aufzeichnungen von Ort und Zeit der Mobiltelefonate, welche Muster den von Menschen zurückgelegten Wegen zugrunde liegen oder wie sich Viren via Bluetooth oder MMS ausbreiten.

Der Wunsch nach Sicherheit ist auch einer der Treiber der Quantentechnik – und zugleich ihr Hemmschuh. So hat die Quanteninformationsverarbeitung und -kommunikation (QIPC) mit der Quantenkryptografie eine theoretisch absolut sichere Datenübertragung nicht nur gefunden, sondern im SECOQC-Projekt auch demonstriert. Bislang möchte aber niemand der potenziellen Anwender der Erste sein, der diese Technik auch nutzt, sagte Anton Zeilinger von der Universität Wien bei seinem Vortrag.

An die Quantentechnik knüpfen sich ähnlich große Hoffnungen wie an eine biologisch inspirierte Informationstechnik. Im Unterschied dazu wäre es allerdings die erste Technik, die gerade solche physikalischen Effekte nutzt, die die Natur nach bisheriger Kenntnis nicht verwendet hat. Zwei der Quanteneffekte sind dabei entscheidend: Die Verschränkung von Licht mit Licht lässt sich als Teleportation für eine extrem schnelle Informationsübertragung nutzen. Die Superposition verschiedener Zustände soll dagegen als neuartige Speicherform die Basis für die bislang bestenfalls in Grundzügen feststehende Hardware von Quantencomputern werden.

Die europäische Quantenforschung ist einer der Bereiche, aus deren Erfolgen die EU-Kommission ableitet, dass Europa gute Voraussetzungen für eine globale Führerschaft bei der Grundlagenforschung hat. Die Herausforderung sei jetzt, den Vorsprung in Technologie umzusetzen, sagte Zeilinger. Er ist überzeugt, dass eines Tages Quantentechniken viel breiter, als man sich bislang vorstellen kann, die übliche Basis für Computing und Kommunikation sein werden. Auch bei Lasern und integrierten Schaltkreisen sei anfangs der Nutzen nicht gesehen worden.

Fremde Welten

Solche Beispiele passten gut zu dem Wunsch der FET-Verantwortlichen bei der EU, besonders jungen Forschern Mut zu machen, ausgetretene Wege zu verlassen und nicht aus Angst um ihre Forschungskarriere in Projekte zu etablierten Themen zu gehen. Eine beeindruckende Demonstration, dass Anwendbarkeit von Forschung nicht vorhersehbar ist, die zugleich zeigte, dass Messwerte aufnehmen weit mehr heißen kann als Zahlenkolonnen zu erzeugen, war das Konzert des Multimodal Brain Orchestra zum Abschluss der Tagung. Mit ihren über Hirn-Computer-Schnittstellen (BCI) erfassten Gedanken steuerten vier Männer virtuelle Musikinstrumente, während eine etwas abseits in einem Sessel sitzende Frau mit ihren aus Herzschlag, Hautwiderstand und Atmung abgeleiteten Emotionen die Darstellung einer parallel laufenden Videoinstallation beeinflusste.

Die ungewöhnlichen Musiker nutzten für ihre Installation XMotion die Erkenntnisse der Forschergruppe SPECS (Synthetic Perspective Emotive and Cognitive Systems) von der Universität Pompeu Fabra in Barcelona. Während Forscher wie Markram versuchen, die dem Gehirn zugrunde liegende Hardware im Detail nachzubauen, verbindet SPECS Roboter, Virtual-Reality-Systeme und interaktive Installationen mit Computermodellen, um die neuronalen, physiologischen und verhaltensabhängigen Prinzipien zu untersuchen und zu synthetisieren, die der Empfindung, dem Gefühl und der bewussten Wahrnehmung zugrundeliegen. Damit wollen sie Wege finden, Hirnstörungen zu heilen und die Lebensqualität zu verbessern.

Letzteres gelang dem Multimodal Brain Orchestra bereits bei der Tagung, indem es sein Publikum mit seiner Installation in eine neugierig-nachdenkliche Stimmung versetzte, die kleinliche Einwände vergessen ließ. Eine solche Aufbruchstimmung ist hilfreich, aber nur eine der Voraussetzungen, damit Forschung tatsächlich Grenzen überschreitet. Je größer der Schritt sein soll, umso mehr gilt auch ein Grundsatz, den Henry Markram nach seinem Vortrag auf eine Frage zum Blue-Brain-Projekt erklärte: „Wann es so weit ist, ist nicht eine Frage der Zeit, sondern es ist eine Frage der Dollars – wenn Sie es in zehn Jahren haben wollen, geht das auch.“