Aké nás čakajú nové technologické inovácie a podnikateľské príležitosti

29. 07. 2006 | 12/2004 | Comments [0]

Aké nás čakajú nové technologické inovácie a podnikateľské príležitosti. Ľudstvo sa stále viac zmocňuje najrýchlejšie sa pohybujúcej energie - svetla. Vedcom sa podarilo vytvárať a riadiť fotóny podľa potreby, čo umožňuje obrovský pokrok v obrábaní materiálov, prenose údajov a v mikroelektronike. Už dnes zásadne ovplyvňujú optické technológie okolo 15% pracovných miest v ekonomike.

Aké nás čakajú nové technologické inovácie a podnikateľské príležitostiĽudstvo sa stále viac zmocňuje najrýchlejšie sa pohybujúcej energie – svetla. Vedcom sa podarilo vytvárať a riadiť fotóny podľa potreby, čo umožňuje obrovský pokrok v obrábaní materiálov, prenose údajov a v mikroelektronike. Už dnes zásadne ovplyvňujú optické technológie okolo 15% pracovných miest v ekonomike. Dátové prenosy v internete dnes predstavujú asi 1000 Petabitov (1015) za deň. V roku 2000 to bolo iba 24,4, v roku 2002 180 a v roku 2007 sa predpokladá prenos 5175 petabitov/deň. Toto je možné iba s pomocou najnovších fotónových technológii.

Laser prenikol nielen do korekčných operácii v medicíne, ale lasery nahrádzajú stále viac aj klasické mechanické nástroje pri obrábaní materiálov. Laser sa stále viac používa aj na skenovanie trojrozmerných objektov, optické senzory sa využívajú pri meraní bezpečných vzdialeností automobilov. Zvládnutie svetla v rozličných vlnových dĺžkach – od infračerveného, cez viditeľné spektrum, až k ultrafialovým lúčom bude základom mnohých technológii 21. storočia. Mnohí experti označujú 21. storočie za storočie fotoniky. Výroba svetla rozličných vlastností, jeho formovanie a vhodné pôsobenie na rozličné materiály bude otvárať stále väčšie príležitosti na trhoch.

Už dnes existuje dostatok príležitostí v oblasti výrobných technológii, biomedicíny a výroby optických komponentov a systémov. Nové aplikačné oblasti sú v zvýšení rýchlosti a spoľahlivosti prenosu údajov medzi elektronickými komponentmi ako sú napríklad procesory a pamäte, kde sa využívajú napríklad tzv. fotonické kryštály. Znovu sa miešajú karty – tak ako napríklad pri nástupe elektroniky mnohým výrobcom nestačilo zvládnuť iba mechaniku strojov, ani dnes nemusia mnohí lídri v oblasti elektroniky zvládnuť budúce optické technológie. Nemecko, tradičná základňa optického priemyslu, chce v týchto oblastiach dominovať. Aj Fraunhoferova spoločnosť nesie meno svetoznámeho nemeckého optika Josepha Fraunhofera.

ADAPTRONIKA

Adaptronika je nový výskumný odbor, ktorý sa pokúša vyvíjať materiály schopné prijímať zmeny z okolia a reagovať na ne. Adaptívne materiály poznáme napríklad z okuliarov, ktorých sklá sa prispôsobujú slnečnému žiareniu. Príkladom môžu byť aj materiály s “pamäťou”, ktoré sa po pretvarovaní vedia znovu vrátiť do svojho pôvodného tvaru. Stále viac sú žiadané materiály, ktoré by vedeli viesť signály ako nervy a pracovať ako svaly. Piezokeramika reaguje na tlak elektrickými signálmi a vie premeniť elektrickú energiu na mechanické sily. Fraunhoferove inštitúty vo Würzburgu a Drážďanoch majú svetové prvenstvo o vývoji takýchto adaptívnych materiálov.

Ich široké využitie sa predpokladá hlavne v leteckom a automobilovom priemysle. Letectvo sa zaujíma predovšetkým o možnosti využitia adaptroniky pri zmene aerodynamiky krídel lietadiel počas letu. Rovnako v oblasti mikroelektroniky a optiky môže táto disciplína priniesť extrémne presné polohovanie nástrojov a presnú výrobu stále menších súčiastok. Prvé aplikácie materiálov, ktoré reagujú na vibrácie sa testujú v automobiloch v v ICE vlakoch.

DIGITÁLNY PODNIK

Výstavy automobilov nám ponúkajú každý rok nové modely, kolotoč inovácii sa točí stále rýchlejšie. Významné automobilky prichádzajú každé 2-3 mesiace s novým modelom – aj výrobné procesy sa neustále menia. Extrémne krátke inovačné cykly a individualizácia produktov zásadne menia všetky priemyselné odvetvia. Inovácia je úspešná iba vtedy, ak je rýchle uvedená na trh. Dôležitá je kooperácia partnerov vo vývoji, pri príprave a nábehu výroby, rovnako ako logistika dodávok. Pri nábehoch nových výrobkov je stále veľa chaosu a dodatočných nákladov, ktoré v automobilkách niekedy dosahujú trojmiestne miliónové sumy v Eurách. Vzniká koncept digitálneho podniku, ktorý umožňuje na počítačoch integrovane modelovať všetky dôležité procesy – od vzniku myšlienky, cez konštrukciu, prípravu výroby až po montáž výrobku. Práve v predvýrobných etapách je skrytý najväčší potenciál na dosiahnutie vysokej kvality a nízkych výrobných nákladov. Redukcia času na prípravu a nábeh nového výrobku sa odhaduje na 25- 50%, možné úspory nákladov sa predpokladajú od 15 do 25%. Súčasné výrobné zariadenia sú pri týchto rýchlych zmenách nepružné a hľadajú sa riešenia s novými systémami riadenia, ktoré po definovaní výrobnej úlohy automaticky nájdu optimálne priebehy výroby a výrobné parametre. Priekopníkom digitálneho podniku a nových konceptov výrobných a logistických systémov je Fraunhofer IPA Stuttgart.

Digitálna medicína

Digitálna technika (CT tomografia, magnetická rezonancia) je už dnes v medicíne štandardom. Príprava i priebeh vyšetrení sú však dlhé a pre pacienta veľmi ťažké. Simulácia vyšetrenia na počítači umožňuje skrátiť tieto prípravné procedúry, ktoré obyčajne prebiehajú pri slabšom röntgenovom žiarení. Pracovníci Fraunhoferovho ústavu v Kaiserslauterne pracujú aj na novej generácii prístrojov na ožarovanie, kde bude možné regulovať intenzitu v poli žiarenia tak, aby silné dávky pôsobili iba na postihnuté miesto a okolité tkanivo bolo chránené. Pri nastavení žiarenia vzniká množstvo kombinácii, ktorých optimalizáciu umožňujú nové ultra rýchle matematické algoritmy. Digitálna technika v medicíne umožňuje aj prípravu lekára na operáciu na simulačnom modeli, ktorý pracuje s reálnymi údajmi pacienta získanými z trojdimenzionálnej snímky s pomocou magnetickej rezonancie. Táto technika umožní aj podporu lekára priamo pri operačnom zákroku s pomocou navigačného software.

Ďalšie trendy digitalizácie sa otvárajú v oblasti tele medicíny, kde bude možné pripraviť kompletný vnútorný digitálny 3D obraz pacienta a spolupracovať na diagnostike budú môcť špecialisti z celého sveta aj na diaľku.

UTRAFIALOVÉ ŽIARENIE PRE NANOSVET

Každých 18 mesiacov sa zdvojnásobí počet tranzistorov v jednom novom mikročipe, predpovedal pred 40 rokmi zakladateľ spoločnosti Intel Gordon Moore. Jeho prognóza platí aj dnes a bude pravdepodobne platiť aj v ďalších 15 -20 rokoch. Predpokladom tohto vývoja sú však litografické technológie s extrémne ultrafialovým žiarením (EUV). Dnes sa čipy vyrábajú s modernými výrobnými technológiami s laserovým lúčom s vlnovou dĺžkou 193 nanometrov. S rozličnými optickými trikmi je takto možné vyrobiť štruktúry do 90 nanometrov. Extrémne krátke ultrafialové lúče pracujú s vlnovou dĺžkou 13,5 nanometra a budú schopné vyrobiť štruktúry pod 35 nanometrov. Na porovnanie – ľudský vlas je približne 1000 krát hrubší. V roku 2015 sa predpokladá výroba štruktúr veľkosti 22 nanometrov. Túto technológiu dnes nasadzuje v USA Intel a AMD, ale aj Philips v spolupráci s Fraunhofer ILT inštitútom v Aachene. Pre EUV litografiu je tu dnes obrovský trh – 160 miliárd USD ročne. Pre ďalšiu aplikáciu – nanomikroskopiu sa trh ešte hľadá. Už dnes vznikajú riešenia mikroskopov s rozlíšením 100 nanometrov, čo je priemer približne 500 atómov.

KOOPERÁCIA ČLOVEK – STROJ

Čím sú prístroje komplikovanejšie, tým je obyčajne zložitejšia ich obsluha. Čím sú elektronické prístroje miniatúrnejšie, tým hrubšie sú príručky na ich obsluhu. Tento trend sa musí zmeniť. Hlavným problémom je rozhranie človek – stroj. Prístroje sa nebudú obsluhovať zložitými príkazmi v klávesnice, ale rečou, gestikuláciou a mimikou. Stroj musí obsluhovať človeka, nie naopak. Ovládanie hlasom dnes nie je žiadnym veľkým problémom, v budúcnosti by cez kameru mali prístroje rozpoznať aj náladu človeka a reagovať na ňu. Rovnako by mali byť schopné s pomocou tracking systémov rozpoznať smer pohľadu človeka, analyzovať jeho gestá a mimiku. Takto vzniknú prístroje, ktoré budú fungovať podobne ako osobní asistenti. Už v roku 2002 bolo na svete v nevýrobnej sfére vyše 600 tisíc obslužných robotov. Do roku 2006 by ich malo byť 2,8 milióna – okrem zábavného priemyslu, predovšetkým v domácnosti, vo výučbe, marketingu a v ďalších oblastiach.

Fraunhofer inštitút IPA v Stuttgarte vyvinul napríklad care-o-Bot – robotizovaných asistentov pre imobilných ľudí, ktorí sú v každodennom živote odkázaní na pomoc druhých. Tieto roboty dokážu prestrieť stôl, servírovať nápoje, dvíhať telefóny, pomáhať pri pohybe, vstávaní z postele a pod. Aj klasické roboty vo výrobe zmenia svoj výzor – z robotov izolovaných od ľudí, na roboty, ktoré spoja precíznosť súčasných robotov s mnohostrannosťou a inteligenciou ľudí. Tzv. Koboty (K-Kolega) z Fraunhofer IPK Berlin by mali byť do dvoch rokov byť schopné uvedenia na trh a mali by pomáhať napríklad pri montáži dverí alebo skiel na automobily.

SIMULOVANÁ REALITA

Optimalizácia výrobkov z nových materiálov si dnes vyžaduje veľa času a dlhé experimenty. Nové ľahké a pevné kompozitné materiály, extrémne tvrdé a odolné keramické materiály, nové spojovacie materiály, s využitím v montáži automobilov alebo spájaní ľudských orgánov. Dnes sa správne použitie takýchto materiálov testuje metódami “pokus – omyl”. Počítačová simulácia sa dá využiť iba obmedzene – pre definované atribúty materiálov. Technika Reverse Engineering ponúka nové riešenia vývoja nových materiálov priamo na mieru, pre dané použitie. Tak makroskopické vlastnosti, ako aj mikroskopické pomery budú vzájomne prepojené a simulované. Vlastnosti materiálu závisia hlavne od toho, čo prebieha na atomárnej úrovni. Nové prístupy molekulárnej mechaniky a kvantovej mechaniky umožňujú modelovanie materiálových štruktúr na úrovni atómov a molekúl, ako aj zohľadnenie procesu výroby a jeho vplyvu na štruktúru materiálu. Takéto prepočty umožňujú súčasné superpočítače s paralelnými procesormi a technika Grid Computing. Zároveň je potrebné vytvoriť lepšie premostenie medzi fyzikou, chémiou a náukou o materiáloch, pri výstavbe takýchto modelov.

KROKY

Ekonomika USA má dnes vo vede a výskume náskok pred ostatným svetom približne o 10 rokov. Do roku 2050 sa predpovedá, že bude mať dvojnásobný (2,5%) ročný rast ako Európska únia (1,3%). Na vedu a výskum sa v USA vynakladá ročne skoro dvojnásobok z rozpočtu EÚ. Výkonnosť európskej ekonomiky je dnes cca 80% z americkej, európsky podiel na svetovom hospodárstve o 5% nižší, v roku 2020 by mal byť nižší až o 15%. V ostatných 6 rokoch zvýšili USA výdavky na výskum a vývoj o 30%. Uvedené skutočnosti, ako aj popísané trendy, by mohli byť aspoň čiastočnou odpoveďou na otázku ktorým smerom sa má Európska únia orientovať po svojom rozšírení. Prvenstvo vo vede a technike znamená aj náskok v podnikaní a v životnej úrovni ľudí.

Prof. Ing. Ján Košturiak, PhD.,

(Autor je riaditeľom IPA Slovakia, Združenia Fraunhoferovej spoločnosti a Žilinskej univerzity.)

Image gallery


Write review