Von KI-gestützter Wissenschaft bis zu geneditierten Organen: Die 10 wichtigsten neuen Technologien des Jahres 2024

Der Bedarf an Organen für Transplantationen „übersteigt bei weitem“ das, was im Spenderpool verfügbar ist, so das WEF. Doch seit über drei Jahrzehnten machen Wissenschaftler Fortschritte bei der Genomeditierung, die letztendlich dazu genutzt werden kann, tierische Organe auf Menschen zu transplantieren.

Technologien wie CRISPR-Cas9 haben es möglich gemacht, Gene bei Schweinen zu bearbeiten, etwa Gene für Viren zu löschen, die Patienten infizieren könnten. Dies hat zusammen mit bestimmten Medikamentenregimen dazu geführt, dass einige nichtmenschliche Primaten laut WEF monate- oder sogar jahrelang mit Schweinenieren und -herzen leben konnten.

„Wenn die ‚Xenotransplantation‘, also die Transplantation tierischer Organe auf Menschen, zu einer gängigen Therapieform wird, hätte dies nicht nur Auswirkungen auf die Lebensqualität von Millionen Patienten, sondern könnte auch Veränderungen in der Gesundheitsökonomie mit sich bringen“, erklärte das WEF.

Das Verständnis von Genomen geht über Organtransplantationen hinaus – spezialisierte Schweinezellen könnten laut WEF auch andere Erkrankungen wie Diabetes oder Parkinson lindern. Allerdings wirft die Xenotransplantation ethische Bedenken auf, die noch untersucht werden müssen.

Alternative Viehfutter, die aus Insekten und Lebensmittelabfällen gewonnen werden können, eine nachhaltige Lösung sein, da die Nachfrage nach Proteinen in der Tierhaltung steigt. Die Futter „bieten praktikable Alternativen“ zu herkömmlichem Soja, Mais und Weizen, sagte das WEF und fügte hinzu, dass fast 80 Prozent der Sojaproduktion als Tierfutter verwendet werden, was sich negativ auf die Umwelt auswirkt.

Die Verwendung alternativer Futtermittel könne zudem dem Tierwohl dienen, da sie für mehr Vielfalt und einen höheren Nährwert sorge. Allerdings gebe es nach wie vor Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen von Umweltauflagen auf alternative Futtermittel. Zudem stünden sie in Konkurrenz zur nachhaltigen Kraftstoffproduktion, was die Preise potenziell erhöhen und die Verfügbarkeit von Viehfutter einschränken könne, so das WEF.

Forscher entwickeln Mikroorganismen wie Bakterien und Mikroalgen, um Treibhausgase zu binden und in Produkte wie Treibstoff und Düngemittel umzuwandeln. Diese Produkte haben nicht nur Marktpotenzial, sondern der Einsatz von Mikroorganismen zur Bindung von Kohlenstoff „entpuppt sich als vielversprechende Strategie zur Kontrolle des atmosphärischen CO2 und zur Milderung der globalen Erwärmung“, so das WEF.

Es bestehen jedoch weiterhin Herausforderungen, etwa die Tatsache, dass Mikroorganismen größtenteils an niedrigere Temperaturen angepasst sind und daher Kohlendioxid aus heißen Abgasen weniger effektiv binden können. Darüber hinaus ist das System teuer und nicht überall ist Zugang zu viel Sonnenlicht sowie erneuerbarer oder sauberer Energie möglich.

Elastokalorische Wärmepumpen können den Energiebedarf zum Heizen und Kühlen reduzieren. Elastokalorische Materialien auf mechanische Kraft reagieren, wie etwa Dehnen oder Komprimieren. Die Materialien geben Wärme ab, wenn sie einer Krafteinwirkung ausgesetzt sind, und kühlen sich ab, wenn die Kraft nachlässt.

Eine Studie des US-Energieministeriums ergab, dass elastokalorische Wärmepumpen eine vielversprechende Alternative zu aktuellen Kühllösungen. Elastokalorische Wärmepumpen verwenden auch keine Kältemittelgase – oder die in Kälte- und Klimaanlagen verwendeten Verbindungen – die zum Klimawandel beitragen.

„Insgesamt können die Umweltauswirkungen, die mit der Deckung des neu entstehenden Energiebedarfs zur Temperaturkontrolle einhergehen, durch die elastokalorische Technologie erheblich reduziert werden“, so das WEF. „In sozialer Hinsicht kann diese Technologie den Zugang zu Kühlung in Regionen mit eingeschränkter oder keiner netzgestützten Stromversorgung verbessern und so die Lebensqualität steigern und einen wichtigen Aspekt der Auswirkungen des Klimawandels angehen.“

Es bestehen jedoch noch immer Herausforderungen, darunter die Notwendigkeit eines Materials, das Millionen von Zyklen übersteht, ohne zusammenzubrechen.

Die Baubranche „steht bereit für eine Transformation“ durch immersive Technologien wie das Metaversum. Beispielsweise können Designer und Bauarbeiter mithilfe von Immersive-Reality-Tools potenzielle Herausforderungen testen, bevor sie mit dem Bau beginnen, und Technologien wie digitale Zwillinge können die Genauigkeit und Effizienz verbessern.

„Entscheidend ist, dass dies den Bauprozess vom Entwurf bis zur Umsetzung rationalisieren würde. So könnten Verschwendungen identifiziert und vermieden werden, was sowohl die Effizienz als auch die Nachhaltigkeit verbessert“, erklärte das WEF.

Die Gebäude- und Bauindustrie macht 37 % der weltweiten Emissionen aus, laut einem Bericht des Umweltprogramms der UN. Der nächste Schritt zur Umgestaltung der Bauindustrie, so das WEF, ist die Einbindung generativer KI.

Nachdem Sensor- und Kommunikationstechnologien jahrzehntelang getrennt voneinander entwickelt wurden, gibt es laut WEF einen „Überschuss an Geräten mit überlappenden Funktionen“, was zu „Geräteüberlastung, Ineffizienz des Spektrums und finanziellen Verlusten“ führe. Integrierte Sensor- und Kommunikationstechnologie (ISAC) hingegen führt Sensor- und Kommunikationstechnologien zusammen und ermöglicht so die gleichzeitige Erfassung und Übertragung von Daten in einem System.

Die Integration von Sensor- und Kommunikationstechnologien verbessert laut WEF die Energieeffizienz und Kosteneffizienz. Ein Beispiel für ein ISAC ist ein Umweltüberwachungssystem, das Sensoren und Datenanalysen zur Überwachung der Luft- und Wasserqualität nutzt.

Die Einführung von ISAC könnte Geräte nachhaltiger machen, unter anderem durch die Reduzierung des Energie- und Siliziumverbrauchs und die Bereitstellung von Optionen zur Wiederverwendung, zum Recycling oder zur Umnutzung der Geräte.

Höhenplattformstationen (High Altitude Platform Stations, HAPS) ermöglichen monatelange Beobachtungen und Kommunikation in stratosphärischen Höhen. HAPS können Konnektivität und Abdeckung sowie Leistungsverbesserungen in Bereichen bieten, die für Satelliten und terrestrische Türme nicht erreichbar sind, insbesondere in schwierigem Gelände wie Dschungeln und Wüsten.

Daher könnten HAPs laut WEF dazu beitragen, Gemeinden ohne herkömmliche Kommunikationsinfrastruktur eine Internetverbindung bereitzustellen und so mehr Menschen, insbesondere in ländlichen Gebieten, Zugang zu wirtschaftlichen Möglichkeiten sowie zu Bildung und Gesundheitsversorgung zu verschaffen. HAPS könnten auch beim Katastrophenmanagement und bei der Umweltüberwachung helfen.

Die aktuellen Bestimmungen für traditionell bemannte Flugzeuge seien für HAPS nicht geeignet, da es anders sei. Allerdings diskutieren Organisationen derzeit über Möglichkeiten, die Technologie verantwortungsvoll einzusetzen, so das WEF.

Rekonfigurierbare intelligente Oberflächen (RIS) können Wände und andere Oberflächen „in intelligente Komponenten für die drahtlose Kommunikation verwandeln“ und bestehen aus Metamaterialien, Algorithmen und fortschrittlicher Signalverarbeitung.

Da RIS Konfigurationen basierend auf dem Echtzeitbedarf anpassen können, ermöglichen diese Plattformen eine effiziente Nutzung von Ressourcen und Energie in drahtlosen Netzwerken.

Laut WEF investieren Unternehmen wie Huawei, Intel und Samsung in RIS, ein Zeichen dafür, dass es in Zukunft ein wichtiger Bestandteil der Telekommunikation sein wird. Allerdings stehen RIS vor Herausforderungen, etwa hohen Hardwarekosten und Vorschriften für seine sichere und ethische Nutzung.

Datensätze werden immer größer und wertvoller – insbesondere durch den Aufstieg der künstlichen Intelligenz – und geben Anlass zur Sorge, wie wertvolle Daten national und global privat und sicher ausgetauscht werden können. Dem WEF zufolge stoßen „synthetische Daten“ oder Daten, die Muster und Trends in sensiblen Datensätzen nachbilden, ohne tatsächlich spezifische, identifizierbare Informationen zu enthalten, jedoch auf wachsendes Interesse. Sie sind Teil einer „Reihe von Technologien“, die eine globale Zusammenarbeit mit sensiblen Daten ermöglichen.

Auch eine Technologie aus den 1970er-Jahren erfährt im Zuge der Fortschritte in der künstlichen Intelligenz wieder Interesse. Laut WEF soll die homomorphe Verschlüsselung, mit der verschlüsselte Daten analysiert werden können, ohne dass die Rohdaten direkt zugänglich sind, den Datenaustausch ermöglichen, „bei gleichzeitiger Gewährleistung von Privatsphäre, Sicherheit und Datensouveränität“.

Der Aufstieg dieser Technologien ist nicht nur für die KI wichtig, sondern auch für die gesundheitsbezogene Forschung und andere Branchen. Allerdings sind sie mit Einschränkungen konfrontiert, etwa der Möglichkeit, sensible Daten abzuleiten oder zu rekonstruieren.

Die vielen Bereiche der KI, darunter Deep Learning und generative KI, haben es Wissenschaftlern ermöglicht, „nahezu unmögliche“ wissenschaftliche Entdeckungen zu machen und haben zudem die Entdeckungsrate beschleunigt, so das WEF. Kürzlich zeigten das AlphaFold-KI-Modell von DeepMind, das 3D-Modelle von Proteinstrukturen präzise vorhersagen kann, und andere Modelle, mit denen Wissenschaftler eine neue Familie von Antibiotika und effizienten Batteriematerialien finden konnten, dass „die Welt an der Schwelle zu einer KI-getriebenen Revolution in der Art und Weise steht, wie neues Wissen entdeckt und genutzt wird“.

Angesichts der derzeitigen Geschwindigkeit der KI-gestützten Forschung und Innovation prognostiziert das WEF Fortschritte in Bereichen wie der Diagnose, Behandlung und Prävention von Krankheiten sowie bei der grünen Technologie der nächsten Generation.

Allerdings wirft der Einsatz von KI in der wissenschaftlichen Forschung ethische Bedenken hinsichtlich der Wahrung der Privatsphäre des Einzelnen sowie der Umweltauswirkungen auf, die sich aus dem Energieverbrauch der Technologie ergeben.