Zukunftstechnologien: Von Supercomputern bis Biomaterialien

Computerarchitektur und Supercomputer

Supercomputer sind extrem leistungsfähige Maschinen. Ihre Prozessoren arbeiten ähnlich wie die eines PCs, sind jedoch in der Regel für komplexe wissenschaftliche Applikationen konzipiert. Dazu gehören das Verständnis biologischer Prozesse, die Klimamodellierung und die Untersuchung physikalischer Phänomene, wie zum Beispiel Teilchenkollisionen. Sie basieren auf einem System von Gleichungen. Dies wird oft als ungerecht klassifiziert, da einige Supercomputer nicht speziell für deren Lösung ausgelegt sind, obwohl die meisten tatsächlich für numerische Berechnungen bestimmt sind. Sie arbeiten mit Tausenden von Prozessoren parallel. Da es keine pauschal optimale Verarbeitung für jedes Problem gibt, hängt die Effizienz stark von der Kommunikation der Ergebnisse zwischen den Prozessoren ab. Im System werden oft nur wenige Einheiten gleichzeitig genutzt, um die Geschwindigkeit zu optimieren.

Fullerene: Kohlenstoff-Moleküle und Nanoröhren

Ein Fulleren ist ein Kohlenstoff-Molekül, das wie eine Kugel geformt ist. Es besteht aus 60 Atomen und sieht aus wie ein Fußball. Entdeckt wurde es im Jahr 1985 von Harold Kroto. Fullerene können in sphärische Formen unterteilt werden oder lange Strukturen bilden, die als Nanoröhren (ein Spiralkabel aus Graphit) bekannt sind. Zu ihren Eigenschaften gehören:

• Elektronische und magnetische Merkmale.
• Verlustfreie Leitung bei Raumtemperatur.
• Hohe Festigkeit, Belastbarkeit und elastische Eigenschaften.

Aktive Verpackungen und intelligente Systeme

Aktive Verpackungen sind Container, die Elemente enthalten können, welche sich positiv auf das Produkt auswirken. Es gibt eine Differenz zwischen aktiven und smarten Verpackungen: Die chemische Prüfsubstanz in aktiven Verpackungen verlängert die Haltbarkeit des Inhalts. Andere besitzen Geräte, die die Farbe ändern, wenn der Inhalt seine Eigenschaften wechselt. Dank dieser Funktion können Lebensmittel länger aufbewahrt und transportiert werden, da die Verpackungen eine höhere antioxidative Wirkung besitzen, die die Erhaltung ermöglicht.

Supraleiter: Stromfluss ohne Widerstand

Dieses Material kann bei Temperaturen von etwa 270 Grad unter Null elektrischen Strom leiten, ohne Energie zu verlieren. Neue Materialien wurden weiterentwickelt, mit dem Ziel, Supraleitung bei Raumtemperatur zu erreichen und so die Produktionskosten zu reduzieren. Bisher wurde dies jedoch nicht erreicht. Das Hauptmerkmal der Struktur von Supraleitern weist viele Fehler auf – es ist fast so, als ob bei einem Haus die Fenster fehlen würden.

Nanotechnologie: Manipulation im kleinsten Maßstab

Die Nanotechnologie ist ein Bereich der Wissenschaft, der sich der Überwachung und Manipulation von Materie im kleinsten Maßstab widmet (dem Mikrometerbereich von Molekülen oder Atomen). Zum Beispiel entspricht ein Nanobohr von 50 nm der Größe von etwa fünf Schichten aus Atomen oder Molekülen. Ist diese Technologie sicher? Im Falle der Nanotechnologie besteht der Verdacht, dass die geringe Größe der Nanopartikel ernsthafte Gesundheitsprobleme für Anwender und Umwelt darstellen könnte. Daher ist es notwendig, die Sicherheit dieser Stoffe zu gewährleisten und sie in der gleichen Weise zu regulieren, wie es bei gefährlichen Chemikalien oder Medikamenten getan wird.

Künstliche Intelligenz: Starke vs. schwache KI

Künstliche Intelligenz beschreibt die Fähigkeit von Maschinen, mit Prozessoren auf komplexe äußere Reize ohne die Intervention des menschlichen Geistes zu reagieren. Es gibt einen Unterschied zwischen starker und schwacher künstlicher Intelligenz:

• Die stärkere Denkrichtung (Krankengymnast) vertritt die Auffassung, dass Computer wirklich einen Verstand entwickeln können.
• Die schwache Richtung ist der Ansicht, dass Computer niemals echtes Denken erreichen, sondern lediglich Intelligenz simulieren.

Biomaterialien und Tissue Engineering

Biomaterialien sind Stoffe, die angewendet werden können, um die Lebensqualität zu verbessern. Dies begann bereits bei Verwundeten des Zweiten Weltkriegs, denen Gliedmaßen fehlten. Die Anwendungen sind heute enorm, etwa bei der Korrektur von Katarakten (Grauer Star) oder starker Kurzsichtigkeit. Sie können sicher designt, repariert und implementiert werden. Zu den Eigenschaften und Materialien gehören:

• Metalle, Keramiken und Polymere.
• Harte Materialien wie Metalllegierungen oder zähe Keramiken für die Wiederherstellung des Knochengerüsts.
• Ein Nebeneffekt ist das Wachstum des umgebenden Gewebes.

Obwohl sie kostengünstig in der Herstellung sind, ist das Design teuer. Die Forschung konzentriert sich auf drei grundlegende Probleme, um Abstoßungsreaktionen zu vermeiden: biologisch abbaubare Materialien, Tissue Engineering und die Regeneration von Nervengewebe oder Haut bei Brandpatienten.