Innovation

Prognosen, Plankton und Plagiate: Fünf spannende Technologien für die nächsten fünf Jahre

Über die letzten Jahrzehnte hinweg haben Entdeckungen und Entwicklungen aus IBM Research und den Entwicklungszentren den Takt der IT-Branche vorgegeben und vieles auf den Weg gebracht, was heute aus Wissenschaft, Unternehmen und unserem Alltag nicht mehr wegzudenken ist: Dazu gehören unter vielen anderen das erste Festplattenlaufwerk, Speichertechnologien, Datenbanken, das Rastertunnelmikroskop, DNA-Transistoren oder das lernende Computersystem Watson.

Vor einigen Jahren hat IBM Research eine Serie ins Leben gerufen, die einmal im Jahr auf Basis des Wissens und der Erfahrungen unserer Experten fünf Vorhersagen über fünf Informationstechnologien macht – Informationstechnologien, von denen wir glauben, dass sie in den nächsten Jahren eine wichtige Rolle auf unterschiedlichsten Feldern spielen werden. Wir nennen sie die 5 in 5.

Und wir alle wissen auch: Prognosen sind schwierig, besonders wenn sie die Zukunft betreffen. Und nicht alles, was wir in 5 in 5 formulieren und vorhersagen, wird eintreten. Aber bei einigen Vorhersagen aus der Vergangenheit insbesondere beim Thema künstliche Intelligenz lagen wir nicht falsch.
Schauen wir im Folgenden mal drauf, was wir uns für die nächsten fünf Jahre auf den Gebieten Umweltschutz, Plagiate, IT-Sicherheit, künstliche Intelligenz und Quantencomputer vorstellen können.

Hacker werden weiterhin hacken – bis sie auf Gitterkryptographie stoßen

Die Anzahl und Raffinesse von Hackerangriffen wird in den kommenden Jahren weiter zunehmen. IBM entwickelt heute schon Verschlüsselungsmethoden, um auf zukünftige Technologien wie Quantencomputer vorbereitet zu sein, die eines Tages möglicherweise in der Lage sein werden, alle heute gängigen Verschlüsselungsprotokolle zu durchbrechen.

Eine neuartige kryptographische Methode, die als Gitterkryptographie bekannt ist, verwendet eine komplett andere Architektur als klassische Verfahren, bei der die Daten in komplexen algebraischen Strukturen, den sogenannten Lattices, versteckt werden.Eine verwandte Technik geht noch weiter: Heute sind Daten während der Übertragung und im Ruhezustand verschlüsselt – nicht aber, während sie verwendet werden. Das bietet Hackern reichlich Gelegenheit, die Dateien zu manipulieren. Die sogenannte Fully Homomorphic Encryption (FHE) ermöglicht es, Berechnungen an Daten durchzuführen, ohne sie vorher zu entschlüsseln. So könnten beispielsweise Hausärzte Patientendaten an Labore für notwendige Untersuchungen weiterreichen ohne jemals die Identität desjenigen preiszugeben, vom dem die Probe stammt.

Diese Technologien waren bisher zu langsam und teuer, um breit eingesetzt zu werden. Aber algorithmische Tuning- und Hardwarebeschleunigungstechniken haben den Zeit- und Kostenaufwand um ein Vielfaches reduziert.  Was früher Jahre in Anspruch genommen hätte, könnte demnächst in Stunden oder sogar Minuten durchgeführt werden.

Unsere Ozeane sind verschmutzt. KI-betriebene Mikroskope können sie retten

In fünf Jahren werden kleine autonome KI-Mikroskope, die über die Cloud vernetzt und weltweit im Einsatz sind, kontinuierlich den Zustand der für unser Überleben wichtigsten natürlichen Ressource überwachen: Wasser.

Bis 2025 wird mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung in Gebieten leben, in denen Wasser knapp ist. Aber wir sind bis heute nicht in der Lage, die grundlegendsten Daten in Echtzeit über unsere Ozeane, Seen und Flüsse zu sammeln und zu analysieren.

Zwar gibt es spezielle Sensoren, die definierte Veränderungen im Wasser zu erkennen. Aber sie versagen, wenn beispielsweise eine neue Algenart oder Chemikalie auftaucht, weil die nicht Teil ihres Datensatzes sind.

Plankton hingegen sind natürliche, biologische Sensoren, die Auskunft über die Wasserqualität geben können. Schon geringe Veränderungen im Wasser beeinflussen ihr Verhalten. Über das Verhalten von Plankton in ihrem natürlichen Lebensraum ist jedoch nur sehr wenig bekannt, weil ihre Erforschung typischerweise durch Probenentnahme und Untersuchung im Labor bewerkstelligt wird.

IBM-Forscher arbeiten an kleinen, autonomen Mikroskopen, die in Gewässern platziert werden können, um Plankton zu überwachen, verschiedene Arten zu identifizieren und ihre Bewegungen zu verfolgen. Die Ergebnisse können genutzt werden, um ihr Verhalten auf Temperaturänderungen oder Verschmutzungen zu erfassen. Die Daten könnten sogar dazu benutzt werden, Bedrohungen für unsere Wasserversorgung vorherzusagen – beispielsweise die Vorhersage einer Algenblüte.
Zukünftig könnte das Mikroskop mit einer leistungsstarken, stromsparenden KI-Technologie ausgestattet werden, um die Daten lokal zu analysieren und zu interpretieren, sodass Anomalien in Echtzeit gemeldet und sofort darauf reagiert werden kann.

KI-Systeme werden voreingenommen. Aber nur die unvoreingenommene KI wird überleben

In den nächsten fünf Jahren wird die Anzahl der KI-Systeme und -Algorithmen zunehmen, die aufgrund unausgewogener Datenbasis schlechte Ergebnisse liefern. Dagegen werden wir etwas tun müssen.

KI-Systeme sind nur so gut, wie die Daten, die sie verarbeiten. Schlechte Daten können implizit rassistische, geschlechtsspezifische oder ideologische Verzerrungen enthalten. Wir müssen davon auszugehen, dass viele KI-Systeme auch in Zukunft mit schlechten Daten trainiert werden und entsprechende Ergebnisse produzieren.

Im MIT-IBM Watson AI Lab wird momentan versucht, Prinzipien zu beschreiben, die Menschen bei der Entscheidungsfindung anwenden. Ziel ist es, zukünftig Maschinen zu bauen, die bestimmte menschliche Werte und Prinzipien bei der Entscheidungsfindung anwenden.

Gleichzeitig ist es aber auch wichtig, diese Systeme mit Daten zu entwickeln und zu trainieren, die fair und frei von rassischen, geschlechtsspezifischen oder ideologischen Vorurteilen sind. Mit diesem Ziel vor Augen entwickelten IBM-Forscher eine Methode, um Vorurteile – man spricht technisch auch von Verzerrungen – die in einem Trainingsdatensatz auftreten können, so zu reduzieren, dass jeder KI-Algorithmus, der später aus diesem Datensatz lernt, so wenig Verzerrungen wie möglich enthält.

Produktfälschungen werden mit Hilfe von Crypto Anchors und Blockchain schnell erkannt

In den nächsten fünf Jahren werden so genannte Crypto Anchors und Blockchain-Technologien die Unversehrtheit und Echtheit eines Produkts sicherstellen – von der Herstellung bis zum Nutzer.
In den nächsten fünf Jahren werden so genannte Crypto Anchors und Computer, die kleiner als ein Salzkorn sind, in alltägliche Gegenstände und Geräte integriert werden können.

Crypto Anchors sind manipulationssichere digitale „Fingerabdrücke“, die IBM Forscher entwickeln, um sie in Produkte oder Teile von Produkten einzubetten und mit Blockchains zu verknüpfen. Diese Fingerabdrücke können viele Formen annehmen und stellen ein sehr probates Mittel dar, um die Echtheit eines Produkts zu beweisen.

So könnten beispielsweise Malariateststreifen mit einem unveränderlichen optischen Code oder sogar einzelne Malariapillen mit einem essbaren Farbton magnetischer Tinte beschichtet werden. Mit Hilfe eines einfachen Scans kann ein Arzt oder Patient sofort überprüfen, ob sein Test oder ein entsprechendes Medikament sicher und echt ist.

In fünf Jahren sind Quantencomputer Mainstream

In fünf Jahren werden Quantencomputer auch außerhalb von Forschungslaboren zum Einsatz kommen.
Bis 2023 werden in verschiedenen Industriezweigen Quantencomputer neben einem klassischen Computer im Einsatz sein. Sie werden dabei helfen, die Berechnungen und Simulationen durchzuführen, für die klassische Rechner nicht die nötige Leistung hatten – sei es in der Pharmaforschung, der Materialwirtschaft oder der Finanzbranche.

Und: Sie werden von einer neuen Art von Fachleuten und Entwicklern genutzt werden. Es wird eine neue Entwickler-Community entstehen, die Quanteninformatik neben klassischen Algorithmen anwenden wird. Dafür wird es in Zukunft mehr Vorlesungen und Kurrikula zu Quantenphysik an Hochschulen geben müssen, um nicht wie bei dem aktuell stark nachgefragten Berufsbild des Data Scientists in Engpässe auf dem Arbeitsmarkt zu geraten.

Wie gesagt: Prognosen sind Prognosen. Aber ich wäre sehr überrascht, wenn nicht vieles von dem, was wir heute vermuten, morgen Realität werden würde.

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