Die Infrastruktur der Zukunft

"Es ist mir eine Freude, die wachsende Partnerschaft zwischen HARTING und den Microsystems Technology Laboratories (MTL) des MIT mitzugestalten. HARTING stehen einige hochinteressante Möglichkeiten und Herausforderungen bevor. Und ich freue mich darauf, in dem Team mitzuarbeiten, das diese Herausforderungen angeht."

Eines der Schwerpunktgebiete Ihrer Forschung ist die Effizienz von Elektrogeräten und -komponenten. Welche Rolle spielt Ihrer Meinung nach die Infrastruktur für zukünftige Verbesserungen der Produktionseffizienz?

Prof. J. H. Lang: Effizienz lässt sich auf vielfältige Weise definieren: wirtschaftliche Effizienz, umweltbezogene Effizienz, Energieeffizienz usw. Was die Energieeffizienz betrifft, liegt der Schwerpunkt heute oft darauf, intrinsisch effiziente Bauteile zu konstruieren. Künftig wird eher die effiziente Nutzung von Systemen und Baugruppen im Vordergrund stehen. So könnten beispielsweise mit einer intelligenten Infrastruktur, die die Hochlauf- und Rücklaufzyklen optimiert, überflüssige Standby-Modi eliminiert werden. Es sei dennoch darauf hingewiesen, dass die Effizienz von Systemen immer auch von einer kontinuierlichen Modifizierung und Modernisierung ihrer Komponenten profitiert – beispielsweise, wenn neue Materialien auf den Markt kommen.

Energieeffizienz hängt nicht selten direkt mit Miniaturisierungs- und Integrationsmaßnahmen zusammen. Was sind die aktuellen Themen in Bezug auf Miniaturisierungsstrategien für Infrastruktur-/ Elektrogeräte von morgen?

Prof. J. H. Lang: Bei Halbleitersystemen wie Prozessoren und anderen Mikrochips nimmt die Effizienz durch Miniaturisierung grundsätzlich zu. Die Effizienz elektromechanischer Geräte reduziert sich dagegen durch eine Miniaturisierung enorm. Je kleiner elektromechanische Geräte werden, umso stärker nimmt ihre Zahl zu und somit büßen die Systeme an Effizienz ein. Eine herausfordernde Aufgabe besteht dann darin, eine große Anzahl kleiner Geräte mit Energie zu versorgen und den Betrieb dieser Geräte mit Hilfe von kooperativer Kommunikation und Regelstrategien so zu koordinieren, dass sich die Effizienzverluste ausgleichen lassen.

Der Nutzen der Simulation ist für die innovative Produktentwicklung von zunehmender Bedeutung. Wie werden sich die neuen IoT-Technologien Ihrer Einschätzung nach auf den Produktentwicklungsprozess auswirken?

Prof. J. H. Lang: Faktoren wie Wettbewerb, Kostensenkung, Ressourcenverbrauch oder Miniaturisierung schieben die Grenzen des Möglichen in der Konstruktion immer weiter hinaus. Die Designmargen werden immer kleiner. Der „Build and Test“-Ansatz ist, insbesondere in einem Zeitalter der kundenspezifischen Massenproduktion, nicht mehr praxistauglich. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, ermöglicht ein simulationsbasierter Konstruktionsansatz mit entsprechenden Designregeln die Herstellung von Geräten mit schlanken Designmargen, was wiederum die Finanzmargen verbessert. Ein multiphysikalischer Ansatz, der die Modellierung von thermischen, technischen, mechanischen, elektromechanischen und ähnlichen Materialien miteinander kombiniert, wird da unverzichtbar.

Das MIT zählt zu den anerkanntesten Forschungsinstituten weltweit. Welche Rolle spielt die wissenschaftliche Forschung für industrielle Innovationsaktivitäten?

Prof. J. H. Lang: Die Beziehung zwischen dem MIT und der Industrie ist in erster Linie eine Partnerschaft, in der das MIT zwei Rollen übernimmt. Einerseits ist das MIT ein „Spin Off Maker“ oder eine „Ideenfabrik“, in der neue Technologien entwickelt werden und Startup-Unternehmen initiiert werden. Andererseits bietet das MIT technologische Zukunftskonzepte für Entwicklungen in den kommenden zehn bis 20 Jahren, sodass etablierte Industriepartner auch Herausforderungen angehen können, die über die aktuellen Geschäftsanforderungen hinausreichen. Unsere Studenten sind keine Produktentwickler,
sondern eher Technologiepioniere, die die disruptiven Technologien der Zukunft entwickeln.

Künstliche Intelligenz ist eines der modernen Schlagworte. Was wird Ihrer Meinung nach das nächste große „künstliche ...“ sein?

Prof. J. H. Lang: Was die Künstliche Intelligenz betrifft, wird vielleicht die „künstliche Wartung” die nächste große Sache werden – die Anwendung von Intelligenz in einem breiten Feld routinemäßiger Überwachungsprogramme für Systeme und Geräte. Menschen sind ganz einfach nicht in der Lage, die immer komplexer und größer werdenden Systeme manuell zu warten. Deshalb sind sich selbst wahrnehmende, sich selbst überwachende und sich selbst diagnostizierende Systeme und Komponenten von entscheidender Bedeutung. Eine solche künstliche Wartung wird heute bereits für kritische Infrastrukturen genutzt. In der Industrie und andernorts gibt es verstärkt Ansätze, solche Wartungskonzepte auch in anderen Zusammenhängen auf breiterer Basis einzusetzen. Diese Anstrengungen werden sich sicherlich zunehmend auch auf einzelne Komponenten konzentrieren. Sich selbst wahrnehmende Systeme werden zudem immense Datenfluten erzeugen, die sich in Erkenntnisse über Leistung, Effizienz und Nutzung transformieren lassen und zu neuen Konstruktionsentwürfen für Geräte und Prozesse führen, die besser zu deren jeweiligem Anwendungszweck passen.