Digitalisierung und Künstliche Intelligenz: Die smarte Therapie für Patientendaten und Pandemien

Von Annegret Handel-Kempf

Datenauswertungen müssen mehr Tempo bekommen. Zulässige Datenanalysen, besonders Anwendungen mit Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) und ihrer Schwesterdisziplinen, können die Versorgung verbessern und Heilungschancen erhöhen. Chancen bieten neue analytische Möglichkeiten in der Forschung. Maschinelles Lernen wertet beispielsweise natürliche Sprache aus und erkennt Muster. So können die künstliche zusammen mit der menschlichen Intelligenz epidemiologische Rückschlüsse zur Ausbreitung von Krankheiten ziehen oder Alzheimer-Leiden frühzeitig erkennen.

Künstliche Intelligenz warnt vor Corona

Fast schon legendär ist, dass ein Algorithmus der kanadischen Firma BlueDot bereits eine Woche früher als die US Centers for Disease Control and Prevention vor dem Ausbruch einer neuen Krankheit im chinesischen Wuhan warnte. Zudem habe die Künstliche Intelligenz (KI) den weiteren Verbreitungsweg voraussagen können. Das berichtete das Deutsche Ärzteblatt schon am 31. Januar 2020.

Ende November vergangenen Jahres sagte Gesundheitsminister Jens Spahn bei der „Digital Health Conference“ der „Transformation Week“, bei der etwa 4.500 Teilnehmer über KI und Digitalisierung in der Medizin diskutierten:

„Corona ist ein Chamäleon. Die künstliche Intelligenz hilft, das alles zu verstehen.“ Und er stellte zu den ersten Monaten der Pandemie fest: „Wenn wir schon die elektronische Patientenakte gehabt hätten, was hätten wir für einen Unterschied gehabt.“

Patienten-Schutz und Regelwerke

Seit dem 1. Januar 2021 ist in Deutschland die elektronische Patientenakte (ePa) am Start. Die Patienten haben ein Recht darauf, dass der Arzt sie befüllt. Das „Patientendaten-Schutz-Gesetz“ sieht auch vor, dass sensible Gesundheitsdaten möglichst gut geschützt werden und die Patienten selbst Hüterinnen und Entscheider darüber sind, was eingestellt wird und auf welche Teile wer zugreifen darf. Elektronische Rezepte und digitale Facharzt-Überweisungen sind mit der neuen Telematikinfrastruktur ebenfalls möglich.
Ab 2022 sollen auch der Impfausweis, der Mutterpass, das gelbe U-Heft für Kinder und das Zahn-Bonusheft in der elektronischen Patientenakte als digitale Daten aufzuheben sein.

Kein Arzt muss IT-Experte sein, um die ePa zu verwenden. Er sollte aber befähigt werden, die Möglichkeiten der Digitalisierung einzusetzen. Befunde, Diagnosen, Behandlungsberichte, das komplette Patientenleben eines Menschen lassen sich in diesem Herzstück der Digitalisierung des Gesundheitswesens vereinen. Ärzte bekommen schnell wesentliche Informationen über ihre Patienten, sofern diese ihm den Einblick in einzelne Unterlagen gewähren. Kranke können in ihren eigenen Befunden nachlesen und müssen sich nicht durch Symptom-Diagnosen via Internet-Suchmaschinen verunsichern lassen.

Wenn Ärzte mit 75 Jahren immer noch keinen Nachfolger gefunden haben und ihre Praxis aufgeben, gehen bislang mit ihnen die Patientenakten in den Ruhestand und sie oder ihre Erben sind für bis zu zehn Jahre für deren Aufbewahrung zuständig. Ebenso für Auskünfte an die Patienten und Versicherungen. Mit der Digitalisierung wird diese Aufbewahrung einfacher, ebenso die Übergabe eines „virtuellen“ Aktenschrankes, wenn sich doch ein Nachfolger findet. Der darf den Aktenschrank aber nur „aufsperren“, wenn die Patienten jeweils zustimmen, dass er ihre alten Unterlagen mit heranzieht.

Gesundheitsdaten dürfen nie leichtfertig weitergegeben werden. Regulatorik ist wichtig, damit der Arzt sicher sein kann, was er rechtlich darf. Und damit kein Unbefugter seine Finger in persönliche Lebensläufe bekommt und möglicherweise sogar Schicksale – persönlicher und beruflicher Art – negativ beeinflusst.

An Regulatorik wird es in Deutschland kaum mangeln, denn das Bestreben, bei der Vernetzung rechtliche Sicherheit zu haben, Datenschutz und Datensicherheit im Umgang mit den Patient*innen zu gewährleisten, ist hierzulande ähnlich hoch angesiedelt wie Regulatorik im Finanzwesen.

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Elektromobilität und Brennstoffzellenantrieb – Matlok und Eckardt geben Gas mit Gleichspannungswandlern aus Erlangen: „Schlüsselkompetenz für alle elektronischen Fahrzeuge“

MÜNCHEN/ERLANGEN (AHK) Alle reden über Brennstoffzellen: Sind damit ausgestattete Fahrzeuge zukunftsträchtiger als E-Autos, deren Energie aus großen Akkus und Ladesäulen stammt?

Das Eine tun und das Andere nicht lassen, dachten sich zwei Forscher vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen: Dr. Bernd Eckardt und Dr. Stefan Matlok wandten dafür hartnäckige Ingenieurskunst gegen die herrschende Lehrmeinung auf.

So gelangten Eckard und Matlok ans Ziel ihrer Forschung: Sie halbierten Leistungsverluste in Form von Wärme und steigerten so die Reichweite der Fahrzeuge. Für energiehungrige Nutzfahrzeuge, Flugzeuge und Schiffe bringt ein Brennstoffzellenantrieb theoretisch die notwendige Power. Dabei wandelt eine Brennstoffzelle Wasserstoff in Strom um. Allerdings müssten die vielen Komponenten eines solchen Antriebs alle kleiner und leichter werden, damit das Fahrzeug möglichst energieeffizient unterwegs ist. Zu ihnen gehört der Gleichspannungswandler, der elementar wichtig ist. Denn er passt die Spannung der Brennstoffzelle an den Antrieb an und steuert den Energiefluss. Am 9. Oktober wurden die beiden Forscher bei der Jahrestagung  von Fraunhofer mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis für ihre Entwicklung eines geeigneten Gleichspannungswandlers ausgezeichnet.

Auf den Wirkungsgrad kommt es an

Die elektrischen Wandler für die Brennstoffzellen beanspruchen derzeit etwa zehn Liter Bauraum. Der Wandler aus dem Fraunhofer IISB soll sich mit der Hälfte begnügen und mit einem sehr hohen Wirkungsgrad punkten. „Während herkömmliche Gleichspannungswandler einen Wirkungsgrad von etwa 97 bis 98 Prozent haben, erreicht unserer bis zu 99 Prozent“, so Eckardt, der Pandemie bedingt nicht bei der Preisübergabe vor Ort war. „Das mag erst einmal nicht sonderlich viel klingen, doch damit sind die Verluste mehr als halbiert und es kommt auf jedes Zehntel Prozent an.“ Durch den Wandler soll eine Leistung von 200 000 Watt fließen. Bei einem Verlust von einem Prozent bedeutet das: Es geht eine Leistung von zwei Kilowatt in Form von Wärme verloren. Die sparen die Forscher zugunsten einer nachhaltigen Mobilität jetzt ein.

Im Gegensatz zu kleinen PKWs haben große Fahrzeuge ein sehr großes Reichweitenproblem, wenn sie bei der Elektromobilität nur auf nachladbare Batterietechnologie setzen. Sie müssten die Ladesäule quasi im Gepäck haben. Als „Schlüsselkompetenz für alle elektronischen Fahrzeuge“ bezeichnete Matlok daher die neue Generation der Gleichspannungswandler für den Brennstoffzellenantrieb live bei der Preisübergabe, die für Gäste, Forscher und Presse über Internet-Streams und Microsoft Teams übertragen wurde.

Virtuell „vor Ort“ und Textredaktion: Annegret Handel-Kempf / Redaktionsbüro Smarte Zeitung

Neue Arbeitsplätze durch Neue Energien: 100.000 Fachkräfte für Wärmewende gesucht – „Schaffen“ für ein gutes Klima

ifeu-Geschäftsfüher Pehnt: „Erste zaghafte Pflänzchen“ beim Ausbau der Erneuerbaren Energien zu erkennen

MÜNCHEN/BERLIN (AHK) „Die Absenkung der Stromsteuer auf das europäische Mindestniveau wäre ein wichtiger Anstoß für die Verbraucher“, sagte BEE-Präsidentin Dr. Simone Peter gegenüber Journalisten zur Relevanz der Wärmewende.

Der Bundesverband Erneuerbare Energie e.V. (BEE) hat am 5. Oktober 2020 mit seinem Positionspapier „Krisen überwinden, Wachstum stärken, Wohlstand sichern“ seine Kernforderungen für die Bundestagswahl 2021 zum Ausbau der Erneuerbaren Energien im Wärmesektor auf einer Pressekonferenz vorgestellt.

„Die große Chance der Wärmewende besteht darin, dass eine wirtschaftliche Belebung auf verschiedenen Wertschöpfungsstufen mit Klimaschutzzielen und Kosteneinsparung in Verbindung gebracht wird“, so Peter. Immer noch würden annährend 85 Prozent der Wärme und Kälte mit fossilen Energien erzeugt. Vor allem im Gebäudebestand seien Effizienzmaßnahmen und die Umstellung auf saubere Energien erforderlich. „Insbesondere in gesamtwirtschaftlich unsicheren Zeiten aufgrund der Corona-Pandemie kann der Ausbau der Erneuerbaren Energien im Wärmesektor einen wichtigen Beitrag zur Sicherung von Arbeitsplätzen und regionaler Wertschöpfung leisten“, betonte die BEE-Präsidentin.

Unterstützt wird diese Einschätzung von Dr. Martin Pehnt, Wissenschaftlicher Geschäftführer und Vorstand des Instituts für Energie- und Umweltforschung (ifeu): „Der Ausbau der Erneuerbaren Energien im Wärmemarkt stagniert seit Jahren!“ Das sei dringend zu ändern, damit der Wärmesektor seinen Beitrag zu Klimaschutz und Unabhängigkeit von Importen leisten könne. „Hier müssen wir nun mit ganz konkreten Maßnahmen umso dynamischer aufholen“, fordert Pehnt. Bis 2050 blieben nicht einmal 30 Jahre – dies sei ein sehr kurzer Zeitraum für den Wärmesektor, der durch langfristige Investitionszyklen geprägt ist.

„Erste zaghafte Pflänzchen“ seien im ersten Quartal 2020 mit einer Verdoppelung der Biomasse und einem Anstieg um 24 Prozent bei den Wärmepumpen im Bereich der Erneuerbaren Wärme zu erkennen. Immer noch würden jedoch viermal mehr fossile Kessel verkauft. Im Heizungsbau sollte es nach Pehnts Ansicht möglich werden, schnell auf geförderte Erneuerbare Wärme umzusteigen, wenn eine Heizung kaputt gehe.

Pehnt sprach bei der Präsentation konkret von 100.00 Fachkräften, die für einen Ausbau der Erneuerbaren Energien im Wärmesektor bemötigt würden.  „Für Menschen, die nach der Corona-Krise aus der Kurzarbeit kommen, bedeuten diese Arbeitsplätze eine große Chance“. Auch Ingenieure würden beispielsweise für den Fernwärmebereich gebraucht.

Text: Annegret Handel-Kempf / Redaktionsbüro Smarte Zeitung

Abschlussbericht der Enquetekommission zur KI – Studie: Künstliche Intelligenz wird Begleiter im Alltag

BERLIN/MÜNCHEN (AHK) „Die gute Nachricht: Mehr Menschen beschäftigen sich mit Künstlicher Intelligenz, nur noch fünf Prozent sagen, dass sie noch nie etwas davon gehört hätten“, so der Präsident des Digitalverbands Bitkom, Achim Berg, am 28. September 2020, wenige Stunden, bevor die Enquetekommission „Künstliche Intelligenz“ ihren Abschlussbericht vorlegte. 

Dass fast 70 Prozent der Befragten KI nicht mehr als Gefahr sähen – 2017 waren es erst 47 Prozent – sieht der Verbandschef als „großen Erfolg der Kommunikation des Themas in den letzten Jahren“.
Der Digitalverband nahm die Öffentliche Aussprache zum Anlass, die Menschen in einer repräsentativen Umfrage mit 1004 Bundesbürgern zu befragen, wie weit KI in ihrem Alltag angekommen sei.

Das zunehmende Wissen über KI dürfte – Berg zufolge – auch damit zusammenhängen, dass bereits heute eine große Mehrheit im Alltag KI-Anwendungen nutze. An der Spitze stünden dabei Textvorschläge beim Nachrichtenschreiben (68 Prozent), Routenvorschläge bei der Navigation (62 Prozent) und Sprachassistenten auf dem Smartphone (60 Prozent). Aber auch Titelempfehlungen beim Streaming (44 Prozent), automatische Übersetzungen (42 Prozent), Fahrassistenzsysteme im Auto (39 Prozent) oder Kaufempfehlungen in Online-Shops (34 Prozent) würden bereits häufig bewusst eingesetzt. Jeder Fünfte (20 Prozent) verwende die Gesichtserkennung zur Entsperrung des Smartphones, jeder Achte (12 Prozent) die Gesichtserkennung für Fotos, um Personen leichter zu finden.

Die Bürger sähen eine herausragende Bedeutung von KI für Wirtschaft und Wohlstand. So gingen zwei Drittel (66 Prozent) davon aus, dass KI die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft stärken werde. Und drei Viertel (75 Prozent) forderten, dass Deutschland bei der Entwicklung und der Vermarktung von KI-Anwendungen eine weltweite Führungsrolle einnehmen solle.

Zugleich wünsche sich eine große Mehrheit (85 Prozent) eine sichere KI und verlange, dass KI-Systeme in Deutschland besonders gründlich geprüft und erst nach Zulassung in Geräten genutzt werden könnten. Nur eine Minderheit von 44 Prozent wolle in Deutschland bestimmte KI-Anwendungen verbieten.

Der Bitkom-Präsident: „Wir brauchen auf jeden Fall  keine neuen Gesetze für KI“.  Stattdessen plädiert er vehement für eine Weiterwentwicklung: „Vorhandene Regelungen reichen“. Erforderlich seien jetzt zudem Datenverfügbarkeit und Datensouveränität statt Datensparsamkeit. Bei KI-Forschung und KI-Förderung solle die Anwendung in den Branchen in den Fokus rücken. Notwendig sei aus BITKOM-Verbandssicht eine KI-Bildungsoffensive für eine breite Debatte zu Chancen und Herausforderungen. Im Europäischen Datenprojekt GAIA-X müssten – Berg zufolge – Cloud, Datenökonomie und Künstliche Intelligenz zusammen gedacht werden.

Text: Annegret Handel-Kempf / RB SMARTE ZEITUNG

Hinweis: Die Digitale Veranstaltung aus dem Deutschen Bundestag: „Mit Künstlicher Intelligenz jetzt Zukunft gemeinsam gestalten!“ wurde am 18. September 2020 ab 13 Uhr live auf www.bundestag.de gestreamt.

Unglaubliche Möglichkeiten oder Untergangsszenario durch KI? – „Evolution ohne uns – Wird Künstliche Intelligenz uns töten?“ von Jay Tuck

Buchrezension von Annegret Handel-Kempf

MÜNCHEN im zweiten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts. Mit schnellen Schritten durchquert Jay Tuck den Raum. Er ringt nach Luft, will Politiker, Manager, jedermann aufklären, bevor es zu spät ist: Zweieinhalb Jahre recherchierte der Ex-Redaktionsleiter der ARD-Tagesthemen im Silicon Valley. Führte lange Gespräche mit Insidern aus Geheimdienst und Militär. Seine atemberaubenden Ergebnisse hat der Journalist in einem hochpolitischen Bestseller zusammengefasst.

Keine tödlichen Krankheiten mehr. Die Aussicht auf ewiges Leben, dank perfekter Determinierung mit Künstlicher Intelligenz (KI). Nahrung und Energie für alle optimal generiert und verteilt. Autonomes Fahren ohne tödliche Unfälle. Energiemanagement ohne Verletzungen für die Umwelt. Produktion ohne Plagen. Verführerisch.

Das Problem mit dem festsitzenden Stecker

Doch Intelligenz, die sich wie das unbeaufsichtigte Lernen kleiner Kinder selbst nährt und steuert, könnte auch eine dunkle Seite haben. Entsprechend düster die Einführung in Jay Tucks KI-Enthüllungen: „Nach Big Data rollt die Künstliche Intelligenz wie ein Tsunami auf uns zu. Sie wächst exponentiell. Täglich wird sie unabhängiger und unübersichtlicher.“

Im Gespräch verrät der Autor, was ihn umtreibt: „Künstliche Intelligenz ist Software, die sich selber schreibt. Sie schreibt ihre eigenen Updates. Ob wir wollen oder nicht. Wir können keinen Stecker ziehen“.

KI kann bedrohlich wirken – filmisch symbolisiert durch den Atlas Roboter

Im Kapitel „Wenn Maschinen uns überholen“ beschreibt Tuck, unterstützt von FOCUS-Online-Autor Armin Fuhrer, wie die Programmierer des Londoner Startups DeepMind ihren Rechnern beibrachten, Software zu kreieren, die ihre eigenen Updates schreibt. Die ohne Programmierung durch ihre Erfinder mit unstrukturierten Informationen umgeht, eigene Strategien und Ziele entwickelt. „Künstliche Intelligenz kann für die Menschheit gefährlicher werden als Atomwaffen. Sie ist das größte Risiko dieses Jahrhunderts“, sagt Shane Legg von DeepMind mittlerweile,

Den Mahnern zufolge beobachten „Deep Learning“-Maschinen die Menschen, ahmen sie nach, könnten ihren Vorbildern schließlich die Kontrolle wegnehmen, wenn sie deren Eigenarten perfektionieren. Gipfelnd in Überlegenheit, im „Angriff auf die Alphamenschen“. Letzteres analog zu einem Subkapitel des Buches.

Wie Tausende anderer IT-Visionäre, die in einem Offenen Brief ihre Bedenken zu autonomen KI-Waffen äußerten, sah Astrophysiker Stephen Hawking die zwei Seiten der KI-Medaille: „Künstliche Intelligenz könnte die großartigste Idee der Menschheit werden. Sie könnte auch unsere letzte sein“.

Steve Wozniak warnt: „Wenn wir Maschinen entwickeln, die für uns alles tun, werden sie eines Tages schneller sein, als wir. Sie werden die langsamen Menschen ablösen, damit sie selbst die Unternehmen effizienter managen können“.

Die Recherchen des investigativen Journalisten, Kriegsreporters und US-Verteidigungsexperten rütteln auf. Klar fokussiert sind die Kapitel, von der „Speicher-Explosion“, über „Das Arsenal der Killermaschinen“, das KI-Szenario „Wenn Maschinen uns überholen“, bis hin zum „Schutz… bevor es zu spät ist“.

Die KI-Zukunft kommt schnell: „ARGUS“, eine Drohne mit Datenzusammenführungssoftware, die eine Million Menschen gleichzeitig überwacht, ist Tucks Ausführungen vor dem Hightech Presseclub zufolge, seit Herbst 2016 Realität.

Der Journalist recherchierte intensiv zu Mikrodrohnen. „Sie sind Teil der neuen, lernfähigen Waffengeneration. Sie können im Schwarm töten und gehören zu einem weithin unbekannten Arsenal an Computerwaffen, die unbemerkt und überall zuschlagen können.“

Im Abschnitt „Playstation-Piloten“ beschreibt Tuck die gegenwärtige Kooperation von Mensch und KI: „An einem typischen Arbeitstag frühstücken die Piloten im Pancake House am Highway 95, töten tagsüber Taliban vom Container aus und helfen ihren Kindern abends bei den Schularbeiten…. Die lernfähige Software wird immer schlauer, die Arbeitsbelastung von Menschen immer geringer, ihre Verantwortung auch. Künstliche Intelligenz fliegt die Drohne, beobachtet die Landschaft, hält Ausschau nach verdächtigen Bewegungen. Bei Bedarf lässt sie ein Warnsignal ertönen und Menschen einschalten.“

Was im Unterkapitel „Das fliegende Pferd“ nur teilweise steht: Denkende Drohnen, die mithilfe von optischen Außenhäuten unsichtbar gemacht werden, haben laut Tuck bereits die Fähigkeit programmiert, selbst zu entscheiden, ob sie töten. Die eigenständige „Kill-Entscheidung“ der Drohnen, die ohne menschliche Hilfe Tausende von Kilometern weit fliegen, angreifen und zum eigenen Flugzeugträger zurückkehren könnten, werde laut offizieller Dokumentation auch angestrebt, berichtet der erfahrene Kriegsreporter. „Noch“ sei sie per Gesetz dem menschlichen Operator vorbehalten.

Fazit: Die einzelnen Abschnitte des 2016 veröffentlichten Buches sind ebenso faktenreich, wie analytisch aufgebaut. Horrorszenarien zu konstruieren, hat der Gesprächspartner von Drohnenpiloten und KI-Experten dabei nicht nötig. Eine Vielzahl von Zitaten der „Macher“ und Forscher der digitalen Welt dienen ihm als Weckrufe, die menschliche Schwarmintelligenz als Gegenwehr einzusetzen. In einer kalt codierten Zielorientierung könnte die Künstliche Intelligenz Menschen als Störenfriede für die Umwelt und ihr eigenes Überleben einstufen und deshalb töten. „Ich verstehe nicht, warum nicht mehr Menschen beunruhigt sind“, räsoniert Bill Gates, der Microsoft-Gründer. – Vielleicht weil sie auf Bewusstsein und überlegtes Vorgehen setzen. Die Künstliche Intelligenz schafft fantastische Möglichkeiten, besonders im medizinischen Bereich, ist aus der IoT, dem Internet der Dinge, schon im Jahr 2020 nicht mehr wegzudenken. Die KI nimmt den Menschen ein Stück Verantwortung ab. Doch die Lektüre des Buches von Jay Tuck mahnt, dass die Menschen gerade deshalb achtsam und ethisch aufmerksam bleiben müssen.

Titel: Evolution ohne uns: Wird künstliche Intelligenz uns töten?

Autor: Jay Tuck

Seiten: 336

Preis: 19,99 Euro (E-Book 15,99 Euro)

Verlag: Plassen Verlag

Jahr: 2016

ISBN-10: 3864704014

ISBN-13: 978-3864704017

Für Sie recherchiert und gelesen von…

…Annegret Handel-Kempf

Digitalisierungsschub in den Kommunen durch Corona: Noch immer wiehert der Amtsschimmel und eilen die Büroboten mit Papierfutter herbei

Von Annegret Handel-Kempf

München, 2. Dezember 2020. Abends den neuen Personalausweis bestellt, am nächsten Vormittag kommt der Gemeindebote vorbei und wirft ihn in den Briefkasten. So – sagt zumindest Gerd Landsberg, Hauptgeschäftsführer des Deutschen Städte- und Gemeindebundes – stellen sich die Bürger das mit der Digitalisierung in den Kommunen vor. Ein wenig Amazon-Wunderwelt statt Amtsschimmel. In Corona-Zeiten, in denen Warten in muffigen Gängen vor dichtbesetzten Amtstuben wenig sexy ist, klingt das nach einer äußerst verführerischen Idee. Das Kontakt-Formular auf dem Tablet statt den Kaffee-zum-Mitnehmen auf dem Tablett, während der Bürger mit seiner Aufrufnummer in der Hand auf die magische Leuchtzahl starrt, die Zutritt zu hoheitlichen Verwaltungsakten verheißt. Ach, das könnte schön sein, beispielsweise nach einem Umzug, der auch ohne Tag auf dem Amt schon sämtliche Urlaubstage verbraucht.

Könnte der Staat es nur jedem Recht machen. Doch da ist das geltende Recht vor, erklärt Landsberg, ein studierter Politik- und Rechtswissenschaftler: „Ein Personalausweis kann derzeit noch nicht digital beantragt werden.“ Grund: Die leibliche Präsenz bei der Behörde ist vonnöten. Mehr gibt die aktuelle Rechtslage nicht her. Für Landsberg ein klarer Fall von „Hemmnissen für die digitale Transformation“. In den Gesetzen müsse von vornherein stehen, dass man beispielsweise einen Behördengang auch digital erledigen könne, „über die Homepage oder so“. Generelle Voraussetzung für derartigen Digitalzuschnitt neuer Gesetze und Verordnungen: „Wir brauchen die digitale Identität, das kann etwa die Steuernummer sein.“ Ein Wunsch, ein Appell an den Gesetzgeber, doch bislang ist der digitale Behördengang häufig nur Fiktion.

Digitalisierung mit den Normen des Rechts zulassen. Daran hakt es – neben Geldmangel – noch am meisten, so der Verwaltungsinsider. Auch wenn diese Bremse vielen gar nicht so klar ist. Als Hemmnis führen drei Viertel der Kommunen fehlende Finanzmittel an. Nur 22 Prozent bringen sie mit einem unklaren Rechtsrahmen in Verbindung. Fehlendes Know-how beklagen 58 von Hundert der jüngst für eine Studie befragten Kommunen. Dennoch freut sich Landsberg über eine Nebenwirkung von Covid-19: „Wir erleben einen Digitalisierungsschub“. So sein Fazit bei der Vorstellung der
repräsentativen Befragung von Bürgermeistern und Digitalisierungsverantwortlichen in mehr als 600 Kommunen, die der Digitalverband Bitkom und der Deutsche Städte- und Gemeindebund beauftragt hatten. „Kommunen und Corona – digitaler nach der Pandemie?“, lautete das Thema.

Das übergeordnete Ergebnis klingt zumindest gut: Rund neun von zehn Kommunen, das sind exakt 88 Prozent, erwarten, dass die Corona-Krise die Digitalisierung in Städten und Gemeinden vorantreiben wird. Dass digitale Technologien und Anwendungen in Zeiten der Pandemie stark zur Aufrechterhaltung des Amtsbetriebs beitragen, sagen drei Viertel, exakt 77 Prozent. Landsberg staunt: „Auf einmal funktionieren Dinge, die wir vorher nicht für möglich gehalten hätten.“ Bernhard Rohleder, Bitkom-Hauptgeschäftsführer, erzählt von rasanten Shopping-Touren der vornehmlich rechtlich ausgebildeten Gemeinde-Mitarbeiter, mit dem Ziel digitale Ausstattung anzuschaffen: „Die Kommunen gingen im Frühjahr zunächst einkaufen, als es hieß: „Lockdown“. Die Gemeinden wurden extrem schnell aktiv.“

Damit nicht genug: Etwas mehr als die Hälfte der Befragten planen, das Digital-Budget für 2021 zu erhöhen. Diese 54 Prozent wissen, dass mit gut gespitzten Bleistiften Behörden auf Dauer nicht mehr mithalten können, wenn sich die Welt zunehmend in Bits und Bytes organisiert. So gaben 53 Prozent an, anlässlich von Corona in Technologie mit Notebooks, sicheren VPN-Zugängen oder Cloud-Anwendungen investiert zu haben. Bernhard Rohleder, Hauptgeschäftsführer der Bitkom, berichtet aus der Studie, dass 35 Prozent der Kommunen ihre Bürgerservices schnell umgesetzt hätten oder zumindest die Planung angegangen seien. „Eine Digitalstrategie ist nur in jeder fünften Kommune kein Thema. Keine Stadt mit mehr als 100.000 Einwohnern würde sich nicht mit dem Thema Digitalisierung auseinandersetzen“, sagte der Verbandgeschäftsführer. Je kleiner eine Gemeinde sei, desto weniger liefe es mit der Digitalisierung. Insgesamt 61 Prozent der Kommunen sehen sich eher als Nachzügler der Digitalisierung gegenüber 29 Prozent, die sich als Vorreiter empfinden.

Immerhin: Nach Corona wollen nur noch 37 Prozent der Gemeinden grundsätzlich kein Homeoffice anbieten. Bislang soll Behördenarbeit von zuhause aus in jeder zweiten Kommune überhaupt nicht möglich sein. Als Gründe werden in erster Linie fehlende technische Ausstattung oder Geldmangel für derartige Investitionen genannt. Die zweite Hälfte der Befragten sagt, Homeoffice finde tatsächlich in der Praxis statt. Wenn auch nur in jeder dritten Gemeinde mit Online-Meetings oder Videokonferenzen via Skype beziehungsweise WebEx, GoToWebinar oder beispielsweise auch Zoom. Digital von daheim mit anderen arbeiten, heißt für 99 Prozent vorrangig, mit E-Mail zu kommunizieren. Nur 11 Prozent nutzen Kollaborationstools wie SharePoint, Teams und Slack. „Da ist ein Kulturwandel nötig“, befindet Rohleder.

Denn noch werden mehr Blätter als Bytes zwischen Behörden geteilt. „Es gibt weiter immens viel Papier in den kommunalen Verwaltungen“, sagt Landsberg. „Die E-Mail wird ausgedruckt und vom Büroboten in den Ämtern verteilt. Das muss besser werden, da ist noch sehr viel zu tun.“ Doch es gibt Hoffnung: Sechs von zehn Kommunen denken über elektronische Akten nach, 16 Prozent haben sie schon. Im Bürgerservice-Bereich kann in 19 Prozent der Anforderungen ein Online-Antrag gestellt werden. Und Ratsarbeit läuft bereits zu 58 Prozent digital. Das gibt Hoffnung für eine zunehmende Digitalisierung der Kommunen, auch über Pandemie-Zeiten hinaus.

IT-Historie – Ideen made in Germany

Kontrollverfahren und Kooperationen sollten im Jahr 2006 Masken fehlerfrei und die Chipproduktion günstig machen

Winzige Strukturen im globalen Denken

Von Annegret Handel-Kempf

Halbleiter sind ein potenziell profitables, aber auch enorm empfindliches Geschäft. Sie lassen keine halben Sachen zu und veranlassten Hersteller im Jahr 2006, komplette Weltmärkte zu besetzen.

Kein Wunder, denn Chips sind überall: In Computern, Handys, Waschmaschinen und vielen Geräten des Alltags mehr. Auf ihnen befinden sich Prozessoren, die regeln, steuern und Befehle umsetzen. Diese zentralen Verarbeitungseinheiten werden immer kleiner und schneller. Nicht nur, um mit Spielen und multimedialen Anwendungen Schritt halten zu können, sondern auch, weil die Miniaturisierung für die Hersteller Vorteile bringt: Kleiner ist gleich leichter und billiger.

Folge: Die Chips werden immer winziger und leistungsfähiger, sind allerdings in der Produktion zunehmend kostenanfällig. Die Branche bemüht sich seit etwa 15 Jahren um eine neue Strategie, die überbordende Entwicklungs- und Maskenkosten begrenzen soll.

Sorgfalt tut Not: So genannte Fotomasken sind für die Herstellung elektronischer Bauteile elementar. Bei den Masken, die ähnlichen einem zu belichtenden Film funktionieren, handelt es sich um Nanotechnologieprodukte aus hochreinem Quarz oder Glas. Die Nanostrukturen auf ihnen geben vor, wie der zu bauende Chip später funktioniert.

Doch Fotomasken und ihre Bearbeitung schwangen sich um das Jahr 2006 herum zu Kostenhöhenflügen auf. Am stärksten schlug damals die Prüfung von Fotomasken in Masken-Shops bei den Herstellungskosten zu Buche.

Verlagerung vom „Lab“ zum „Fab“

Umfassende Prüfsysteme für die Suche nach Fehlern fanden darüber hinaus zunehmend ihren Weg vom Labor in die Fertigung der Wafer-Fabs, wodurch auch die Betriebskosten für Chiphersteller nach oben zu schnellen drohten. Mängel und neue Problemherde, beispielsweise allmähliche entstehende, progressive Defekte, sollten direkt vor Ort entdeckt und bekämpft werden.

Ist eine Reparatur rentabel, werden weniger defekte Chips als Ausbeute beklagt. Doch auch Messtechnik und Anlagen für die Maskenreparatur sind teuer. Ionenstrahl- und Lasersysteme waren schon 2006 die Hauptreparateure für Maskenfehler.

Immer neue Hürden tauchten auf, die es zu überwinden galt: Ursprünglich erwies sich die Analyse der Masken im Labor als teure Bremse, dann das Material, schließlich die Notwendigkeit einer Analyse im Herstellungsprozess. An der so genannten „Lab to Fab-Transmission“ arbeitete unter anderem ein Dreier-Team, das aus dem Dresdner Fraunhofer-Center Nanoelektronische Technologien (CNT), sowie AMD und Infineon bestand und sich beispielsweise mit der erforderlichen Hardware und Installation beschäftigte.

„Transparente Analytikmodule aus dem Labor müssen in die Massenproduktion gebracht werden“, erläuterte Dirk Stenkamp, damals Vorsitzender der Geschäftsführung Carl Zeiss NTS GmbH, die zur Oberkochener Ideenschmiede Carl Zeiss SMT AG gehörte, im April 2006. „Dort arbeiten sie mit einem deutlich höheren Durchsatz und führen in der Summe zu exakteren Ergebnissen“.

Ausbauen, statt neu anschaffen

Damit nicht für jedes Analytikmodul eine neue kostspielige Plattform eingekauft werden musste, arbeitete Zeiss daran, die Komplexität zu reduzieren. Auf diese Weise wollten die Oberkochener den Kunden eine Plattform-Verwendung bieten, die sich auf wechselnde Anforderungen und wachsende Leistungsansprüche flexibel einstellt.

Auf der Semicon Europe 2006 in München stellte Carl Zeiss NTS die Nano-Workstation NEON vor, die auf der Plattform eines hochauflösenden Elektronenmikroskops mit einer Gemini Elektronenstrahlsäule basierte. Später sollten eine Ionenstrahlsäule und ein Gasinjektionssystem, das die chemischen Prozesse kontrolliert, integriert werden. Heraus kommen sollte nach mehreren Investitionsphasen des Nutzers ein komplettes CrossBeam System als flexibles, anwendungsspezifisches Tool. Zusätzliche Detektions- und Analyseprogramme, beispielsweise ein Massenspektrometer, das etwa zur Messung der Häufigkeit von Ionen und deren Massenfragmenten diente, waren konfigurierbar. Die Nano-Arbeitsstation sollte so auch für sehr anspruchsvolle Anwendungen in der Nanotechnologie, Materialanalyse und biomedizinischen Forschung einsetzbar sein.

Hohe Auflösungen mit großen Ansprüchen

Die Chiphersteller waren mit ihren aus Leiterbahnen und Transistoren bestehenden Strukturen auf dem Weg zur 45 Nanometer-Dimension. Dies war auch der Anspruch von Nikon damals auf der Fachmesse Semicon. Ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter. IBM meisterte Insidern zufolge bereits die 29 Nanometer-Marke, was bedeutete, dass knapp zwanzigtausend Leiterbahnen nebeneinander gelegt, gerade einmal die Dicke eines menschlichen Haares erreichen.

In diesen Winzigst-Strukturen würden die mit Atomkraft agierenden Ionen mit ihrer geballten Power bei der Reparatur von Masken mehr zerstören als nützen. Deshalb wurde zunehmend auf die sanfteren Elektronenstrahlen gesetzt. Licht, als Alternative, stieß an seine physikalischen Auflösungs-Grenzen.

Obwohl er eine Wellenlänge besitzt, ist der Elektronenstrahl keine elektromagnetische Welle, wechselwirkt jedoch stark mit Materie. Zudem können Elektronenstrahlen, anders als Ionenstrahlen, auch große Flächen atomisch genau vermessen. Für die vier bis fünf Unternehmen, die weltweit Elektronenstrahlmess- und Reparatur-Systeme produzierten, standen die Zeichen im Zeitalter der Nanotechnologie 2006 somit auf Ausbau dieses Feldes.

Engagement der Elektronenstrahlen

Die Carl Zeiss SMT hatte in enger Zusammenarbeit mit NaWoTec das Elektronenstrahl basierte Maskenreparatursystem MeRiT MG entwickelt. Es kombinierte die Gemini Rasterelektronen-Mikroskop-Plattform mit dem Gasinjektionssystem von NaWoTec, das die chemischen Prozesse bei der Maskenreparatur kontrollierte. Das MeRiT MG System war auch für die Behebung von Schäden an zukünftigen Masken für die Mikrolithografie ausgelegt. Dies galt für Chip-Strukturen von 65 Nanometer und darunter, sowie für Masken der zukünftigen EUV-Lithografie. Mit dem kombinierten Produktportfolio der von SMS entwickelten AIMS-Technologie und MeRiT hatte der Geschäftsbereich Semiconductor Metrology Systems der Carl Zeiss SMT eine Komplettlösung für die Evaluierung von Maskenfehlern, deren Reparatur und der anschließenden Prozesskontrolle in einer Hand.

„Noch ist der Marktanteil unserer Maskenreparatur in Jena gering, da das bislang fokussierte Ionensteuerung und Laser machen“, berichtete SMS-Geschäftsführer Oliver Kienzle, ein Dreiviertel Jahr nach der Eingliederung von NaWoTec in SMS. „Doch diese beiden Technologien reichen nicht für künftige Auflösungen“.

Auf der Suche nach dem perfekten Print

Die Zeiss-Manager waren viel in Fernost unterwegs. „Im Maskenbereich geht der Trend enorm zu Asien. Alle neuen Shops werden dort aufgebaut, die Anwender sind dort“, berichtete Frank Averdung, damals Vorsitzender der Geschäftsführung von Carl Zeiss SMS. „Mittelfristig werden fast alle in Asien sein“. Für eine präzise Fertigung gehe es darum, wo das Know How ist. Allen sei eine Frage gemein: „Was muss ich machen, damit die Maske richtig printet?“

Mit 125 Millionen Euro Umsatz verzeichneten Process Controll Solutions (PCS), denen Stenkamp vorstand, bei Carl Zeiss SMT im vorausgegangenen Geschäftsjahr eine zwanzigprozentige Steigerung. 540 Millionen Euro Umsatz fuhren Lithography Imaging Solutions ein. „Erste Systeme der Elektronenstrahlbasierten Maskenreparaturlösung MeRiT MG gehen Ende des Jahres mit 50 Nanometern Auflösung in Produktion“, kündigte Hermann Gerlinger, damals Vorstandsvorsitzender der Carl Zeiss SMT AG, auf der Semicon Europe 2006 an.

Japanisch-deutsche Kontrolle des Herstellprozesses in der Halbleiterfertigung als Ziel

Bereits besiegelt war seit Anfang des Jahres 2006 die strategische Partnerschaft zwischen Carl Zeiss Nano Technology Systems (NTS), die zur 1900 Mitarbeiter zählenden Carl Zeiss SMT AG gehörte, und der japanischen SII NanoTechnology (SIINT), einem Tochterunternehmen von Seiko Instruments Incorporation. Sie wollten in Vertrieb, Service und Applikationsunterstützung von Elektronen- und Ionenstrahl basierten Abbildungs- und Analysesystemen zusammen arbeiten. Gerlinger sprach von einer „Kombination der auf dem Weltmarkt führenden Technologien für LAB- und FAB-Anwendung durch gemeinsame Entwicklung“.

Die Allianz zwischen den jeweils seit 125 Jahren bestehenden und auf der Grundlage einer ähnlichen Philosophie agierenden Traditionsunternehmen wurde von NTS-Chef Stenkamp mit mehreren Jahren Vorlauf behutsam angestoßen. „Die Partner sind in die Firmenkultur integrierbar“, sagte Stenkamp. „Sie können vom Brand des jeweils anderen profitieren. Zeiss wird in Japan sehr hoch geschätzt.“

Ziel sollte damals sein, gemeinsam zum globalen Marktführer für Systemlösungen rund um die Nanotechnologien zu werden. Zusammen sollten neue Errungenschaften für die Nanotechnologie entwickelt werden, speziell um den Herstellprozess in der Halbleiterfertigung zu kontrollieren. Dazu planten beide Unternehmen eine Zusammenführung ihrer jeweiligen Produkt- und Lösungsportfolios mit Raster- und Transmissionselektronenmikroskopen (SEM / TEM), fokussierten Ionenstrahlsystemen (FIB), sowie Röntgenfluoreszenzsystemen (XRF) für Abbildung, Analyse und Messung im Nanometerbereich.

250 Millionen Euro Umsatz wollte Zeiss SMT im Jahr 2010 mit Process Controll Solutions erwirtschaften, ein Viertel davon aus der Kooperation mit SIINT. Angepeilt wurden doppelte Marktanteile bei SEM, Cross Beam und TEM.

Stenkamp freute sich darüber, einen Fuß in den japanischen Markt gesetzt zu haben: „Die Verbindung unserer leistungsstarken Gemini Rasterelektronenmikroskop-Technologie mit der weltweit führenden Ionenstrahl-Technologie von SIINT schafft für den Kunden einen signifikanten Mehrwert. In der Kombination dieser Systeme entsteht ein einzigartiges, global verfügbares Produkt- und Lösungsportfolio für zukunftsweisende Forschung und industrielle Anwendungen in der Nanotechnologie.“

Dr. Hiroyuki Funamoto, damals Präsident und CEO von SIINT, das sich im Vertrieb auf den asiatischen Raum, besonders Japan, konzentrierte, während sich NTS um Europa, Amerika und „den Rest der Welt“ kümmern wollte: „Beide Partner bringen einzigartige Kompetenzen in diese Zusammenarbeit ein, mit dem Ziel weltweiter Technologieführerschaft.“

Hightech mit Bodenhaftung

Ein absehbares Ziel der Nanotechnologie waren und sind die weitere Miniaturisierung der Halbleiter- und der Optoelektronik. Ihre Haupttreiber sind Elektronenstrahlen. In der Medizin offerierten Nanopartikel die Chance, neuartige Diagnostika und Therapeutika zu entwickeln, zum Beispiel die Magnetresonanztomographie.

Der Nutzen von Neuentwicklungen in der Nanotechnologie und bei Prüfsystemen lag nicht nur in Preisbegrenzungen und Innovationssprüngen, sondern war auch im Alltag, und vor allem in Sicherheitsfragen, zu spüren. Ein Beispiel:

Wie häufig müssen Flugzeuge gewartet werden: Nach 10 000 Betriebsstunden oder früher, um kein Risiko einzugehen, oder später, um unnötige Kosten zu vermeiden? – Wie Markus Wiederspahn, damals bei SMT, am Rande der Semicon berichtete, hatte die Royal Air Force nach Verwendung des Elektronenstrahl-Inspektions-Systems Supra 25 einen anstehenden Wartungszyklus vorgezogen. Grund: „Die Maschine wäre sonst runtergefallen“, so Wiederspahn.

Ausschließlich die Royal Air Force setzte damals weltweit an ihren Stützpunkten eine Cat Scan-Blackbox ein, die das Prozess spezifische Tool integrierte, sowie automatische Checks und Meldungen vornahm.

Halbleiter made in Germany- mehr als ein Stück IT-Historie.