VDI-Technologiezentrum Zukünftige Technologien Consult ing · Technology Forecasting-a process in three Steps step 1 step 3 step 2 IDENTIFICATION VALIDATION KNOWLEDGE TRANSFER....
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VDI-TechnologiezentrumZukünftige Technologien Consulting
Technologien der Zukunft:
Erkennen und Bewerten
VDI-TechnologiezentrumZukünftige Technologien Consulting
Technologien der Zukunft:Erkennen und Bewerten
1. Welche Herausforderungen gibt es?2. Welche Visionen haben wir?3. Wo stehen wir? 4. Wie greifen wir das Richtige auf?5: Was sind aktuelle technologische Trends?6. Wie gestalten wir die Technik richtig?
VDI-TechnologiezentrumZukünftige Technologien Consulting
Technologien der Zukunft:Erkennen und Bewerten
1. Welche Herausforderungen gibt es?2. Welche Visionen haben wir?3. Wo stehen wir? 4. Wie greifen wir das Richtige auf?5: Was sind aktuelle technologische Trends?6. Wie gestalten wir die Technik richtig?
VDI-TechnologiezentrumZukünftige Technologien Consulting
Trend vor Ort: 'Konsum statt Kinder'
0
10
20
30
40
50
60
1985 1988 1994 2000 2010
14 bis 34 Jahre
35 bis 54 Jahre
55 Jahre und älter
Persönliche Interessen wichtiger als Heirat und Familie
% von Nennungen bei 2000 Befragten ab 14 Jahre in 1996, ab 2000 Prognose
Quelle: Deutschland 2000, H.W. Opaschowski 1997
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Trend vor Ort: Demographischer Wandel
1,5 2,6
1,4 2,5
1,2 2,3
0,7 1,3
0 1 2 3 4 5
USA
GB
Kanada
Japan
Frankreich
Deutschland
Italien
Heute
2050
Deutschland
2,3
1,2
Beitragszahler je Rentner
Quelle: IWF WiWo 37/99
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Trend global: Bevölkerungswachstum
6 Mrd.8 Mrd.
10 Mrd.
Menschen weltweit
2060
2000
2050
13 %
8 %
Europas Anteil
1998 2025 2060
Quelle: US-Bureau of the Census
VDI-TechnologiezentrumZukünftige Technologien Consulting
Trend global: Ozonloch
Ozonschichtdicke am Hohenpeißenberg
280
300
320
340
360
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005Jahr
Dobs
on E
inhe
iten
[DU]
mittlere Ozonabnahme: -2.9 % pro Dekade
Quelle: Deutscher Wetterdienst, Meteorologisches Observatorium Hohenpeißenberg
Ozonschichtdicke am Hohenpreisenberg
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Bildunterschrift:Darstellung eines Szenarios über die Veränderung derOberflächentemperatur der Erde (Computersimulation des DeutschenKlimarechenzentrums). Das Bild zeigt die geographische Verteilung derberechneten Erwärmung bis zum Jahre 2050 unter der Annahme, dass dieKonzentrationen der Treibhausgase wie bisher ansteigen. Die abkühlendeWirkung von Aerosolen ist in dieser Simulation nicht berücksichtigt.
Trend global: Erwärmung
Quelle: Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg
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Bildunterschrift:Der derzeitige Artenschwund ist in seinem Umfang vergleichbar mit den “fünf Massensterben” der Erdgeschichte - geht aber viel schneller von statten. Die historische Entwicklung ist hier am Beispiel mariner wirbelloser Lebewesen dargestellt.
Trend global: Artensterben
Quelle: Zusammenstellung VDI-ZTC aus Angaben in:•V. H. Heywood/R. T. Watson (Hrsg.): GlobalBiodiversity Assessment. Published for theUnited Nations Environment Programme, Cambridge: Cambridge University Press, 1995•Wägele, J.W. und Steininger, F.F. (o.J.): Methoden, Aufgaben und Leistungsfähigkeit der modernen Systematik. Frankfurt am Main
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Technologien der Zukunft:Erkennen und Bewerten
1. Welche Herausforderungen gibt es?2. Welche Visionen haben wir?3. Wo stehen wir? 4. Wie greifen wir das Richtige auf?5: Was sind aktuelle technologische Trends?6. Wie gestalten wir die Technik richtig?
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Quelle: Hobby Juli 1959
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Quelle: Amazing Stories Juli 1932, Hrsg. Hugo Gernsback
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Quelle: H.G. Wells The Time Maschine 1895, Bild Verfilmung von Pal1959
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Zukunft der Technik Visionen Beispiele
Quelle: Holzstich Pannemaker 1865, Paris in Jules Verne ‚Von der Erde bis zum Mond‘
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Zukunft der TechnikVisionen Beispiele
Quelle:Bonestell, 1956 nach Wernher von Braun
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ISS
Quelle: NASA, http://spaceflight.nasa.gov/
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Quelle: NASA, http://spaceflight.nasa.gov/
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Technologien der Zukunft:Erkennen und Bewerten
1. Welche Herausforderungen gibt es?2. Welche Visionen haben wir?3. Wo stehen wir? 4. Wie greifen wir das Richtige auf?5: Was sind aktuelle technologische Trends?6. Wie gestalten wir die Technik richtig?
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Triadepatente großer Industrieländer 1980-1996
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Vergleich:Publikationen 1997 nach ScienceCitationIndex
0 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.000 400.000 450.000
USA
Japan
England
Deutschland
Frankreich
Kanada
Italien
Niederlande
Rußland
Australien
Spanien
Schw eden
China
Schw eiz
Indien
Israel
Belgien
Süd-Korea
Finnland
Taiw an
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Ländervergleichender Trend: Innovationsindex
Entwicklung und Prognose im internationalen Vergleich
Quelle:Councilof Competitiveness1999
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Tendenzen staatlicher Forschungs-und Innovationspolitik in OECD-Ländern seit 1945
Grundlagen-wissenschaften
Schlüssel-technologien
Innovation
Gesellschaftlich
Industriell
Militärisch
BevorzugtesInstrument
Hauptzweck-bestimmung
Quelle: Europäische Kommission 'Die Gesellschaft, letzte Grenze.Visison derFuI-Politik des XXIJhdt.' (1997)
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Technologien der Zukunft:Erkennen und Bewerten
1. Welche Herausforderungen gibt es?2. Welche Visionen haben wir?3. Wo stehen wir?4. Wie greifen wir das Richtige auf?5: Was sind aktuelle technologische Trends?6. Wie gestalten wir die Technik richtig?
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TechnologiefrüherkennungSuche der Schnittmenge aus
wissenschaftlich InteressantemRisiko?
wirtschaftlich/gesellschaftlich Interessantem
technisch Interessantem
10
Quelle: Future Technologies Division of VDI
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Vo
TechnologiefrüherkennungDefinition
rmarktliche Filterung von Innovationen auf Basisbedarfsorientierter Kriterienraster
Ziel ist die Optimierung des Einsatzes von FuE-Ressourcen
Ein innovationsbegleitender Prozeß in drei Schritten
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TechnologiefrüherkennungAuslösende Faktoren
Markt Visionen
GlobaleProbleme
GeänderteRahmen-
bedingungen
AktuelleEreignisse
Technologische Probleme
interdisziplinäre Themen-
verflechtung-
NeueEffekte
Themen-verdichtung
AuslösendeFaktoren
Identifiziertes Technologiefeld Quelle: Future Technologies Division of VDI
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TechnologyForecasting
-a process
in three Steps
step 1
step 3
step 2
IDENTIFICATION
VALIDATION
KNO WLEDGE TRANSFER
VDI-TechnologiezentrumZukünftige Technologien Consulting
step 1
step 3
step 2
IDENTIFICATIONlooking for new effects
and technology perspectives (bottom up)looking for contributions to solve problems (top down)
VALIDATION
KNO WLEDGE TRANSFER
TechnologyForecasting
-a process
in three Steps
Biology Physics Chemistry
CongressesLiterature Monitoring abroad
Europe USA South East Asia
PatentsExperts
VDI-TechnologiezentrumZukünftige Technologien Consulting
step 1
step 3
step 2
Structuring, Internal Analysis
Experts discussionsWorkshops
Special Studiesexternal internal
Funding Programmesat home abroad
potential for innovationpotential for developments
contributions to solve problemsobstacles to realisation
VALIDATION
KNO WLEDGE TRANSFER
IDENTIFICATIONlooking for new effects
and technology perspectives (bottom up)looking for contributions to solve problems (top down)
TechnologyForecasting
-a process
in three Steps
Biology Physics Chemistry
CongressesLiterature Monitoring abroad
Europe USA South East Asia
PatentsExperts
VDI-TechnologiezentrumZukünftige Technologien Consulting
step 1
step 3
step 2
Structuring, Internal Analysis
Experts discussionsWorkshops
Special Studiesexternal internal
Funding Programmesat home abroad
potential for innovationpotential for developments
contributions to solve problemsobstacles to realisation
throughtechnology analysis studiesrecommendations for actionpublications workshops
Ministries
Industry Institutes
Funding Agencies
VALIDATION
KNO WLEDGE TRANSFER
IDENTIFICATIONlooking for new effects
and technology perspectives (bottom up)looking for contributions to solve problems (top down)
TechnologyForecasting
-a process
in three Steps
Quelle: Future Technologies Division of VDI
Biology Physics Chemistry
CongressesLiterature Monitoring abroad
Europe USA South East Asia
PatentsExperts
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TechnologiefrüherkennungTeilschritte
Identifiziereneines neuen TechnologiefeldesSuche nach •Problemlösungen (market or publicpull) •neuen Effekten und Technologieperspektiven (technologypush)
Bewerten des identifizierten TechnologiefeldesErmitteln von•Innovations-, Entwicklungs-und Marktpotential• Realisierungs- und Anwendungshemmnissen•Problemlösungsbeiträgen, Nebeneffekten
Umsetzen von Maßnahmen zur Innovation• Abbau von Informations-und Wissensdefiziten• Unterstützen geeigneter Rahmenbedingungen•Implementieren neuer Instrumente (z.B.: Kompetenzzentren)
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Technologiefrüherkennungim Auftrag des
BewertungIdentifikation Umsetzung
Pilotprojekte
GesamtpotentialneuerTechnologie-ansätze
experimentelleÜberprüfung
der
Realisierungs-chancen
Selektion durchKritienraster
P
STOP
STOP
STOP
STOP
P
Programme,Leitprojekte,Schwerpunkte
Neue Maßnahmen-paketez.B.:
Kompetenzzentren
Interdisziplinäre Kommunikation
anstoßen
Informationen fürfachfremde Wissen-
schaftlerund Öffentlichkeit
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Technologien der Zukunft:Erkennen und Bewerten
1. Welche Herausforderungen gibt es?2. Welche Visionen haben wir?3. Wo stehen wir? 4. Wie greifen wir das Richtige auf?5: Was sind aktuelle technologische Trends?6. Wie gestalten wir die Technik richtig?
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TechnologiefrüherkennungRoadmapping
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TechnologiefrüherkennungEntwicklungslinien künftiger Elektronik
- Ende des Mooreschen Gesetzes?
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Wirkungsgradsteigerungen von Antrieben und Leuchten
1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000
100
10-1
10-2
10-3
F / (
I-F)
Wirk
ungs
grad
F
50 %
10 %
1 %
0.1 %
Antriebe
LeuchtenThomas Savery
Thomas Newcomen
James Watt
CornishDreistufen Expansion
Charles ParsonsNatriumdampf
GaAsDiode Gas-
turbineDampf-turbine
LeuchtstoffQuecksilber
WolframfadenCellulosefaden
Edison‘s erste Lampe
Wachskerze
Quelle: Winter, Überlingen
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TechnologiefrüherkennungTrends am Beispiel Nanotechnologie
1960 1980 today 2020
0,1 nm
0,1 µm
0,1 mm
structure size
Physics
Electro technology
Electronics
Mi ni aturisation
Use of Quantum effects
Materialdesign
Micro-electronics
year2040
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TechnologiefrüherkennungTrends am Beispiel Nanotechnologie
1960 1980 today 2020
0,1 nm
0,1 µm
0,1 mm
structure size
Physics
Electro technology
Electronics
Mi ni aturisation
Use of Quantum effects
Materialdesign
Micro-electronics
Cell biology
Molecularbiology
Biology
Functionalisation
Functional Molecular Design
year2040
VDI-TechnologiezentrumZukünftige Technologien Consulting
TechnologiefrüherkennungTrends am Beispiel Nanotechnologie
1960 1980 today 2020
0,1 nm
0,1 µm
0,1 mm
structure size
Physics
Electro technology
Electronics
Mi ni aturisation
Use of Quantum effects
Compl exation
Materialdesign
Supra-molecular chemistry
Micro-electronics
Cell biology
Molecularbiology
Biology
Complex chemistry
Functionalisation
Functional
Chemistry
Molecular Design
year2040
VDI-TechnologiezentrumZukünftige Technologien Consulting
TechnologiefrüherkennungTrends am Beispiel Nanotechnologie
1960 1980 today 2020
0,1 nm
0,1 µm
0,1 mm
structure size
Physics
Electro technology
Electronics
Mi ni aturisation
Use of Quantum effects
Compl exation
Coupling ofMicro-andNanoworld
Interdisciplinary Application
Materialdesign
Supra-molecular chemistry
Micro-electronics
Cell biology
Molecularbiology
Biology
Complex chemistry
BiosensorsMoleculare electronicsNeuro-technology
Bio-chips...
Functionalisation
Functional
Chemistry
Molecular Design
year2040
VDI-TechnologiezentrumZukünftige Technologien Consulting
TechnologiefrüherkennungTrends am Beispiel Nanotechnologie
1960 1980 today 2020 2040
0,1 nm
0,1 µm
0,1 mm
structure size
Physics
Electro technology
Electronics
Mi ni aturisation
Use of Quantum effects
Compl exation
Coupling ofMicro-andNanoworld
Interdisciplinary Application
Materialdesign
Supra-molecular chemistry
integrated exploitation ofbiological principles
physical laws chemical properties
year
Micro-electronics
Cell biology
Molecularbiology
Biology
Complex chemistry
Functionalisation
Functional
Chemistry
Molecular Design
BiosensorsMoleculare electronicsNeuro-technology
Bio-chips...
Devel op
mentof S
martSys
tems
© Future Technologies Division of VDI
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TechnologiefrüherkennungBeispiel visualisierter atomarer Kontrolle
Einzelne Mangan-Atome wurden durch Rastersondenmanipulation in
lesbare Information gesetzt. Dies bietet künftig die Option des
Speicherns der gesamten Weltliteratur auf einige cm2 Fläche.
(Quelle: Berndt, Universität Kiel)
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Brancheninnovationen durch Nanotechnologie
ÖkologieSelektive ChemieKolloid-MembranenSelektive KatalysatorenSensitiver SchadstoffnachweisFunktionelle ungiftige Beschichtungen
EnergieerzeugungGasspeicherPhotovoltaische Zellen aus Nanopartikel-KombinationenKompakte Batterien und Brennstoff-zellen mit großer innerer Oberfläche
ProzeßsicherheitKompakteZeolithreaktorenNeuartige KlebetechnologienKopierschutz (CD/Geldscheine)Eichnormal auf atomarer SkalaSelbstorganisationsprozessePräzisere BearbeitungsverfahrenQualitätskontrolle auf atomarer Skala
RessourcenGezieltes MaterialdesignSchaltbare WerkstoffeigenschaftenNeuartige Legierungen/WerkstoffeLeichtere Trag-und Strukturbauteile
Information/KommunikationFlachdisplaysPocketbibliothekSi/Organik-KopplungDigitale LogikbausteineVielschichtstapel-LaserSuperschnelle kompakte ComputerQuantendrähte/Quantenelektronik
GesundheitDialysemembranenWirkstoffpositionierungSensorische PräventivmedizinBiokompatible BeschichtungenMedizinische NanomaschinenMaßgeschneiderte PharmazeutikaDNA-Analyse/-Manipulation
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Visionen Beispiele
VDI-TechnologiezentrumZukünftige Technologien Consulting
Technologien der Zukunft:Erkennen und Bewerten
1. Welche Herausforderungen gibt es?2. Welche Visionen haben wir?3. Wo stehen wir? 4. Wie greifen wir das Richtige auf?5: Was sind aktuelle technologische Trends?6. Wie gestalten wir die Technik richtig?
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Zukunft der TechnikVisionen Beispiele
Quelle: Fritz Lang, Metropolis
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Technikfolgenabschätzung Definition nach VDI-Richtlinie 3780...
... ein systematisch organisiertes Vorgehen, das
•den Stand der Technik und Entwicklungsmöglichkeiten analysiert•unmittelbare und mittelbare Folgen in allen Dimensionen (z.B.: gesundheitlich, wirtschaftlich, ökologisch, sozial) und möglichen Alternativen abschätzt
•mögliche Folgen beurteilt•wünschenswerte Entwicklungen fordert•Handlungs-und Gestaltungsoptionen ausarbeitet
und dadurch Entscheidungen auf solider Wissensbasis ermöglicht
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Technikfolgenabschätzung Phasen nach VDI-Richtlinie 3780
•Definition und Strukturierung des Problems
•Abschätzen möglicher Folgen
•Bewerten der Folgen
•Ableiten von Handlungsoptionen
• Früherkennung von Risiken und Optionen
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O Molekulare Lager
O Optische Computer (z. T. Nano)
O Genomanalyse (z. T. Nano)
O Keine Medikamente (Selbstheilung)
O Neuronale Kommunikation (z. T. Nano)
O KatalysatorenO Schnelle elektrochrome SystemeO Neue dielektrische WerkstoffeO Verschleißschutz* und SchmierschichtenO BrennstoffzelleO Optoelektronische Systeme (LED)*O Neue Kleber, neue LackeO MembranenO Solarzellen*O Optische Vergütung*O RöntgenoptikenO Funktionale Beschichtungen (Prothetik, Biokompatibilität)O Energiespeicher (Brennstoffzelle, Li-Ionen-Batterie)O LithographiewerkzeugeO Neue SpeicherkonzepteO Nano-Sintermaterialien*O PharmascreeningO Intelligente Medikamente (Drug Carrier)
* Auf bzw. teilweise auf dem Markt
Technikfolgenabschätzung Dimensionen zur Nanotechnologie
Weltmarktvolumenquantifizierbarer
Produkte53 Mrd. DM
ProjektiertesWeltmarktvolumen
quantifizierbarerProdukte
105 Mrd. DM
Weltmarkt-volumensonstigerProdukte
ProjektiertesWeltmarkt-
volumensonstigerProdukte
?
Einspar-potenzial
Einspar-potenzial
Produkte mit neuen
Funktionen
1996
2001
Anwendungen
o verschleißfestere Maschinenteileo selektive Chemieo korrosionsgeschützte Werkstoffeo bessere Schmiermittelo leistungsfähigere Solarzelleno selektive Katalysatoren
(alle kurz-/mittelfristig)
o NanomaschinenzurSchadstoffbeseitigung
(visionär oder gar ScienceFiction)
Offene Fragen
Recyclebarkeit (?)Umweltverträglichkeit (?)mögliche Toxizität (?)
ungebremste(?)unvorhergesehene (?)selbständige (?)Vermehrung
o Neuartige Wirkstoffe (inkl. Kosmetika undLichtfiltersubstanzen)
o Vor-Ort-dosierbarePharmaka und Wirkstoffe (z. B. lokale Hyperthermie)
o Biokompatible Implantatoberflächenund künstliche Haut
o Multifunktionssensoren(z. B. in Medizintechnik, zur DNA-Analyse)
o Medizinische Klebeflächen (z. B.allergiefreiesPflaster,körperinnerer
Wundverschluss)
o Dialysemembranen
Nano-technologie
Beschreibung von• Technikakzeptanz• Ethik• Polit. Rahmenbed.• Gesundheit/Arbeit• Nachhaltigkeit• ...
Beschreibung von• ökonom. Potenzial• Nachhaltigkeit• KMU-Relevanz• Wettbewerbsvorteilen
Beschreibung von• Wiss. Grundlagen• Funktionsprinzip• Neuheitsgrad• Teildisziplinen
Beschreibung von• Technol. Elementen• Anwendernutzen• Verwertungsaspekten• Barrieren/Defiziten
Wissen
scha
ftTechnik
Gesellschaft Wirtschaft
Staatliche Organisationen
SpezifischeÖffentlichkeitsarbeitRechtsschutz
ForschungsförderungEU
AllgemeineRandbedingungen
Randbedingungen fürWirtschaftspolitik
Randbedingungenfür Umweltpolitik
Randbedingungenfür Sozialpolitik
Randbedingungen für Gesundheitspolitik
InternationaleKooperation
Randbedingungenfür Bildungspolitik
Spezielle Formen derForschungsförderungRandbedingungen
für Wissenschaftspolitik
Randbedingungenfür Sicherheitspolitik
Randbedingungenfür Arbeitsmarktpolitik
technisch
ökonomisch
medizinisch
politisch
gesellschaftlich/sozial
ökologisch
zeitnah
fern
Quelle: ITA Vorstudie Nanotechnologie ZT
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ForesightErkennen und Bewerten durch Partizipation
Kommunikation gesellschaftlicher Akteure
Partizipation der Öffentlichkeit
Integration existierenden Wissens Wissen
Positionen
Dialog
V i s
i o
n e
n
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Technologien der Zukunft:Erkennen und Bewerten
1. Welche Herausforderungen gibt es?2. Welche Visionen haben wir?3. Wo stehen wir? 4. Wie greifen wir das Richtige auf?5: Was sind aktuelle technologische Trends?6. Wie gestalten wir die Technik richtig?
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