06.04.2021

Resiliente Produktion: Das sind die Potenziale für die Industrie

Ist die Biologische Transformation gekommen, um zu bleiben? Im ersten Teil des Interviews mit Robert Miehe, Fraunhofer-Experte für Biointelligenz, sprach er sich für resiliente Produktionssysteme aus. Welche Folgen das mit sich bringt.

„Vernetztes Denken in Wissenschaft, Gesellschaft und Politik wäre sicher ein guter Anfang“, sagt Robert Miehe. In der Pandemie wurden die global verteilten Lieferketten zum Problem. Wie hätte sich das verhindern lassen? Im zweiten Teil des Interviews mit Robert Miehe sprechen wir über die resiliente Produktion, die Auswirkungen der Covid-19-Pandemie und welche Rolle die Biologische Transformation in zehn Jahren spielen wird.

Reed Exhibitions: Herr Miehe, einhergehend mit der digitalen Transformation wird der Abbau von Arbeitsplätzen befürchtet. Bislang haben sich weitgehend aber lediglich die Kompetenzen verschoben. Was ist bei der Biologischen Transformation zu erwarten?

Robert Miehe: Bei der biologischen Transformation ist die Mensch-Technik-Schnittstelle von großer Bedeutung. Das intensivierte Kommunikationsvermögen zwischen technischen und biologischen Systemen bietet hier völlig neuartige Potenziale. In zukünftigen Wertschöpfungssystemen werden Menschen und Maschinen intuitiv zusammenarbeiten.

Wie gestaltet sich die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine?

Miehe: Beide Sphären sind in der Lage, barrierefrei miteinander zu kommunizieren. Maschinen geben ihre Informationen z.B. über intelligente Wearables (u.a. Augmented-Reality-Brillen) weiter und Menschen werden in den Maschinen über Avatare, also digitale Zwillin­ge, abgebildet. Dadurch kann die Maschine individuell mit der Person interagieren, also z. B. den Arbeitsplatz ergonomisch anpassen, die Sprache ändern oder sonstige physische oder psychische Zustände des interagie­renden Menschen im Wertschöpfungsprozess berücksichtigen.

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Robert Miehe ist Forschungsgruppenleiter für Nachhaltige Wertschöpfungssysteme und Geschäftsführer des Kompetenzzentrums Biointelligenz beim Fraunhofer IPA.

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Mit Hilfe von neuartiger Sensorik, Aktorik und Datenverarbeitung können Menschen dazu befähigt werden, z.B. Maschinenzustände intuitiv zu steuern.

Werden Cobots demnächst auch Gemütszustände erkennen und darauf reagieren können? Welcher Umstellung bedarf es dazu beim Menschen?

Miehe: Es gibt bereits heute Ansätze, die dies zumindest ansatzweise, z.B. anhand der Gesichtszüge von Menschen, schaffen. Eine Möglichkeit dies zu steigern ist sicherlich der Einsatz von Sensoren zur Detektion von Biomarkern am Körper, die mittelfristig problemlos in Wearables und Kleidung integriert werden können.

Menschen sind jedoch keine Roboter…

Miehe: Die Erkennung von Emotionen sowie physi­schen Belastungszuständen ermöglicht eine spezifische Adaption von Maschinen und Anlagen sowie eine bedürfnisgerechte Arbeitsgestaltung. Mit Hilfe von neuartiger Sensorik, Aktorik und Datenverarbeitung (z. B. als Kombination von Human-Brain-Interfaces und Exoskeletten) können Menschen dazu befähigt werden, technologische Systeme (z. B. Maschinenzustände) intuitiv zu steuern und damit eine beanspruchungsgerechte und gleichzeitig hocheffiziente Wertschöpfung zu realisieren.

Ein Ansatz ist, das lineare Denken zugunsten eines vernetzten Denkens aufzugeben. Hätte sich die aktuelle Covid-Pandemie mithilfe der Biologischen Transformation verhindern lassen?

Miehe: Es wäre einfach, diese Frage im Nachgang mit Ja zu beantworten. Später ist man ja immer schlauer. Fakt ist aber, dass mit Hilfe von biointelligenten Technologien eine andere Reaktion auf die Pandemie möglich gewesen wäre, bzw. ihre Auswirkungen auf bestehende Produktionssysteme weit weniger drastisch ausgefallen wären. In der Pandemie waren ja gerade die global verteilten Lieferketten ein Problem.

… Das hätte eine organische Struktur und Selbstversorgung vor Ort in einem biointelligenten System verhindern können?

Miehe: Ja, im Rahmen der Biologischen Transformation sind Lieferketten weniger verzweigt. Ein eindrückliches Beispiel ist die Impfstoffproduktion. Hier wurden mRNA-Vakzine erstmals (und dazu noch in Rekordzeit) zugelassen, ein Vorgang der unter normalen Bedingungen schon nahezu undenkbar gewesen wäre. Als größte Schwierigkeit stellte sich dann aber schnell die Skalierung der Produktion dar. Das Konzept der Biointelligenz sieht eine starke Dezentralisierung des Wissens und der Produktionskapazitäten vor. In der Theorie wäre also auch die Impfstoffproduktion leichter möglich gewesen. Ob diese Voraussetzungen in naher Zukunft erfüllt werden, lässt sich nicht mit Bestimmtheit sagen. Vernetztes Denken in Wissenschaft, Gesellschaft und Politik wäre aber sicher ein guter Anfang.

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Welche Auswirkungen hätte die Biologische Transformation auf die aktuelle Pandemie gehabt?

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Mittelfristig werden nachwachsende Rohstoffe etablierte Werkstoffe nicht vollkommen ersetzen können. Das Fraunhofer IVV will Erdöl den Rücken kehren. Wie? Mittels proteinhaltiger Produktionsreste von Raps.

Kommen wir zurück den Ressourcen: Haben nachwachsende Rohstoffe das Zeug dazu, die enorme erforderliche Menge an Material für die industrielle Fertigung abzudecken?

Miehe: Die Entwicklung und Verarbeitung biobasierter multifunktionaler Materialien ist eines der wesentlichen Handlungsfelder für die Gestaltung einer nachhaltigen Wirtschaftsweise. Mit Sicherheit werden nachwachsende Rohstoffe etablierte Werkstoffe mittelfristig nicht vollkommen ersetzen können. Dazu sind die technischen Anforderungen unterschiedlichster Einsatzgebiete schlicht zu breit.

Wo sehen Sie das größte Potenzial?

Miehe: Das größte Potenzial besteht hier sicher zunächst in der Grundstoffindustrie, die rein technisch gesehen, bereits heute einen größeren Teil ihrer Rohstoffe aus erneuerbaren Quellen decken könnte. Inwieweit diese dann in nachgelagerten Wertschöpfungsschritten angenommen werden, hängt von den Nutzern, Verbrauchern und vom Gesetzgeber ab. Aktuell behindert die Gesetzgebung den Einsatz von z.B. Biokunststoffen oder Kunststoffrecyklat eher. Große Potenziale für neue Materialien werden aber vor allem auch in der Funktionalisierung von Produkten und Materialien mit zusätzlichen Regelungs- und Steuerungsfunktionen gesehen (z.B. elektroaktive Biopolymere). Parallel dazu müssen Materialien für großvolumige Anwendungen weiterentwickelt werden – gegenwärtig geschieht das bereits bei biobasierten Kunststoffen. Wichtig ist in diesem Feld stets, die ökologischen und sozialen Faktoren (z.B. Flächenkonkurrenz) nicht aus dem Blick zu verlieren.

Ist die Biologische Transformation der Retter in der Not?

Miehe: Klar ist, dass es mit heutigen Produktionsmethoden eine gerechte Befriedigung menschlicher Bedürfnisse zukünftiger Generationen unter Berücksichtigung planetarischer Grenzen nicht möglich ist. Es wäre aber zu einfach zu sagen, dass die Biologische Transformation in der Lage wäre alle Probleme zu lösen.

Es braucht also ein Wechselspiel zwischen technologischem Fortschritt und gesellschaftlicher Veränderung?

Miehe: Richtig. Natürlich müssen wir wegkommen von zentralisierten, engen Entscheidungsprozessen, global verteilten Lieferketten und Technologien, die auf der Nutzung fossiler Rohstoffe basieren. Die Biologische Transformation der Wertschöpfung ist ein vielversprechender Baustein dieses Wandels. Gleichzeitig muss eine Lösung der Nachhaltigkeitsfrage unter wirtschaftlichen Voraussetzungen in produzierenden Unternehmen möglich sein.

Wie kann das gelingen?

Miehe: Wollen wir es schaffen, eine Wirtschaftsweise zu entwickeln, die Wachstum und Ressourcenverbrauch entkoppelt, ist ein radikaler Wandel innerhalb einer einzigen Generation notwendig. Dies erfordert einen gesellschaftlichen Wandel, der sich um die Frage dreht, welche Grundwerte wir in Zukunft priorisieren wollen. Im Wesentlichen geht es hierbei um die Gewichtung von Freiheit, Gerechtigkeit und Verantwortung. Nach der Corona-Pandemie wird das Freiheitsbewusstsein in der Bevölkerung voraussichtlich sehr ausgeprägt sein. Für die Umwelt ist das nicht unbedingt eine gute Nachricht.

Auf welche Projekte ist die Forschung derzeit besonders stolz?

Miehe: Ein Paradebeispiel ist für mich die dezentrale Produktion von personalisierten Therapien (z.B. der CAR-T-Zelltherapie). Ansätze dieser Art versprechen höchste Heilungsquoten, selbst bei bereits austherapierten Patienten. Leider sind sie derart teuer, dass die Behandlung aktuell nur wenigen zugute kommt. Dies liegt vor allem an dem notwendigen hochqualifizierten Personal, das zur Herstellung der Therapeutika im Labor notwendig ist.

Welche Rolle spielt hier die Biologische Transformation?

Miehe: Wir werden es in naher Zukunft schaffen, diese Kosten mit Hilfe von Konzepten der Laborautomatisierung massiv zu reduzieren, um sie einer Vielzahl von Patienten zur Verfügung stellen zu können. Ein anderes Beispiel ist die Produktion von fleischlosen Burgern (z.B. dem Beyond Burger), der durch die nahezu vollständige Substitution etablierter Wertschöpfungsstrukturen das Potenzial hat, zwei wesentliche Probleme des heutigen Fleischkonsums zu lösen, die Umweltwirkung und das Tierwohl.

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Wo steht die Biologische Transformation in zehn Jahren? Ein Ausblick.

Wie sieht die Zukunftsvision aus: Wo steht die Biologische Transformation in zehn Jahren?

Miehe: In zehn Jahren ist die Biologische Transformation noch in vollem Gang. Wir dürfen hier nicht den Fehler machen, zu denken, dass sich eine derartige Transformation innerhalb von nur einem Jahrzehnt vollziehen kann. Eine schöne Vision, die in zehn Jahren eventuell im Prototypenstatus realistisch ist, ist die Vision eines Biointelligenten Wohngebäudes.

Das klingt erstmal nach einer Utopie. Können Sie uns das näher erläutern?

Miehe: Das Haus und sämtliche Gegenstände bestehen aus regionalen, natürlichen und/oder vollständig rezyklierbaren Materialen, deren Verwertung am Ende des Lebenszyklusses eindeutig geklärt ist. Duschen und ein Hauch in den Spiegel am Morgen genügen, um die wichtigsten Vitalparameter aufzunehmen und frühzeitig auf sich ankündigende Krankheiten hinzuweisen. Die Zutaten für das Abendessen, das am Morgen am eigenen Kühlschrank in Auftrag gegeben wurde, sind abends frisch produziert. Bioelektrochemische Mülleimer produzieren Energie und Rohstoffe für die Weiterverarbeitung zu Konsumartikeln, die wiederum im hauseigenen Biodrucker hergestellt werden, usw. Ähnliche intelligente Bioproduktionszellen, z.B. zur Herstellung von personalisierter Medizin, stehen im Bad neben der elektrischen Zahnbürste.

 

Herzlichen Dank für das Gespräch!

Das Interview führte Jasmin Ladinig, Head of Content.