Zeitforschung

Kurzbeschreibung des Zukunftsfelds

Zeitforschung gehört zu den Zukunftsfeldern neuen Zuschnitts, die im Foresight-Prozess als Schwerpunkte zukünftiger Forschungsanstrengungen erarbeitet wurden. Aus Befragungen von Expertinnen und Experten im In- und Ausland sowie einer Online-Umfrage und bibliometrischen Untersuchungen ergab sich die folgende Definition und Abgrenzung:

Definition und Abgrenzung

Der Faktor Zeit ist noch nicht ausreichend verstanden und stellt deshalb in vielen Entwicklungen den Engpassfaktor dar. Die Erforschung der Zeit ist der zentrale Aspekt des Zukunftsfeldes, der in viele Anwendungsgebiete hineinreicht. So stellt sich z. B. die Frage nach der Zeitabfolge komplexer Prozesse, um Anwendungen schneller, effizienter und kostengünstiger, aber auch intelligenter zu machen, Prozesse zu parallelisieren oder zu synchronisieren (z. B. Internet-Server, Produktionsprozesse). Ebenso ist die Frage nach der Dynamik und zeitlichen Entwicklung, insbesondere nichtlinearer Prozesse, auf unterschiedlichen Zeitskalen nur langfristig zu klären.

Ein sehr dynamisches Zukunftsthema innerhalb der Zeitforschung ist die Chronobiologie (Erforschung natürlicher Rhythmen und biologischer Uhren), die Erkenntnisse beispielsweise zu einer zeitgenauen Medikamentierung liefert. Die Chronobiologie könnte der automatisierten Pharmazie (»Missile Drugs«, Depots, »Targeted Drugs«) einen Schub geben, möglicherweise aber auch die Nebenwirkungen von nächtlichen oder unregelmäßigen Arbeitszeiten mildern helfen. Sie könnte auch optimale Zeiten, z. B. für das Lernen, festlegen. Wichtig ist die Überführung der Grundlagen- in die klinische Forschung.

Langfristig werden sich durch die neuen Erkenntnisse für die Gesellschaft und das Zeitmanagement einzelner Menschen neue Implikationen ergeben (z. B. bei Schichtarbeit oder der sicherheitstechnischen Überwachung durch Menschen).

Zentrale Forschungsaspekte der Zeitforschung bestehen darin, den Faktor Zeit mithilfe von Zeiteffizienzforschung, präziser Zeitmessung (z. B. für GPS-Anwendungen in der Präzisionslandwirtschaft, Fernwartung von Maschinen) und Zeitauflösung (z. B. 4D-Präzision) zu verstehen und gezielt kontrollieren zu können. Dies könnte bestehende Technologien optimieren, aber auch zu vollkommen neuartigen Zeittechnologien führen.

Mehr zum Thema

Bericht

Das vollständige Kapitel aus dem Foresight-Bericht zu diesem Zukunftsfeld können Sie hier herunterladen.

Zusammenfassung der Nutzerbeiträge im Mai/Juni 2010

Von Anfang Mai bis Ende Juni 2010 hatten Nutzer auf einer eigens eingerichteten Onlineplattform die Gelegenheit, ihre Gedanken zu diesem Zukunftsfeld neuen Zuschnitts zu veröffentlichen. Als Anregung wurden u.a. folgende Fragen gestellt:

• Wie bewerten Sie die Definition und Abgrenzung des Zukunftsfelds?
• Welche Aspekte halten Sie für besonders wichtig?
• Welche vorhandenen Ansätze und Anknüpfungspunkte sehen Sie?
• Wie ordnet sich das Zukunftsfeld in die vorhandene Forschungs- und Innovationslandschaft ein?Wie schätzen Sie die Perspektiven zur Weiterentwicklung und Umsetzung des Zukunftsfelds ein?
• Welchen Handlungsbedarf sehen Sie?

Hierzu gab es die folgenden Beiträge:

Zeitübertragung

Verfasst von Prof. Urs Hugentobler (Technische Universität München) am Freitag, 11 Jun 2010 - 20:24
Sehr geehrte Diskussionsteilnehmer,

leider habe ich erst gestern vom Foresight-Prozess des BMBF erfahren und habe den Auszug zur zukünftigen Zeitforschung mit Interesse gelesen. Die geschilderten Zukunftsfelder finde ich allesamt wichtig und relevant, ich möchte aber auf ein paar - aus meiner Sicht - Lücken hinweisen oder kurz erwähnte Punkte etwas stärker unterstreichen. Ich hoffe, man verzeihe mir, dass ich als Geodät das Augenmerk auf die technologische Entwicklung und die geodätische Anwendung lege.

Die Weiterentwicklung optischer Uhren und insbesondere deren Anwendung in der Praxis wird ein bedeutendes Zukunftsfeld im Bereich der Zeitforschung sein. Optische Uhren werden Uhren, die im Mikrowellenbereich arbeiten in der internationalen Zeithaltung ablösen und die Sekunde wird über kurz oder lang neu definiert werden. Neben der Weiterentwicklung der Technologie der Uhren ist aber die Zeitübertragung - der hochpräzise Vergleich von Zeit und Frequenz entfernter Uhren - von grundlegender Bedeutung. Die Zeitübertragungstechnologie (über geodätische Verfahren wie GNSS, Zweiwegverfahren, mittels Laser über Satelliten, über Glasfasern, etc.) muss mit der Entwicklung höchststabiler Uhren Schritt halten. Bei der Beschreibung von Zukunftsfeldern darf dieser Aspekt meiner Ansicht nach nicht fehlen. Präzise Zeitgeber ohne die Möglichkeit zur Verteilung der Zeit sind für die Praxis nicht direkt relevant.

Ich würde auch die Anwendungsseite hochstabiler Uhren in Paxis und Forschung etwas stärker betonen. Die Präzisionsnavigation wird erwähnt (precision farming). Satellitennavigation beruht als Laufzeitverfahren fundamental auf Uhren. Hochstabile Uhren in den Navigationssatelliten können modelliert werden und erlauben eine Prädiktion, was wiederum hohe Genauigkeiten der Positionierung in Echtzeit zulässt. Die Anwendungen sind wohl fast unbeschränkt: neben precision farming z.B. auch Tsunamiwarnsysteme mit einfachen Sensoren in entlegenen Gebieten oder automatische Steuerung von Kopplungsmanövern von Raumfahrzeugen. Die internationale Zeithaltung könnte durch Satellitennavigationssysteme übernommen werden, mithin vom Boden in den Raum verlagert werden. Eine hochstabile Zeitskale könnte so einfach global und in Echtzeit verteilt werden.

Mit hochstabilen, mobilen Uhren wird man in Zukunft Potentialdifferenzen direkt messen können. Voraussetzung ist wiederum hochpräzise Frequenzübertragung zwischen den Uhren. Solche Potentialmessungen werden einen neuartigen Beitrag leisten zur Vereinheitlichung globaler Höhenreferenzsysteme über Ozeangrenzen hinweg, wären eine kostengünstige Alternative zum aufwändigen Nivellieren. Gemessene Potentialvariationen sind Hinweise auf Massenverschiebungen an, zu welchen auch globale Veränderungsprozesse beitragen. Umgekehrt wird sich in Zukunft die Frage stellen, wie auf der rotierenden und sich kontinuierlich - z.B. durch Gezeiten - deformierenden Erdoberfläche präzise Zeit realisieren lässt. Deformationen und Massenumlagerungen müssen bei der Festlegung der Frequenz der Uhr in einem gemeinsamen Bezugssystem eingerechnet werden.

Ich hoffe, einen Beitrag zur (noch nicht sehr üppigen) Diskusion zu leisten und freue mich auf weitere Beiträge und Kommentare.

Viele Grüsse

Urs Hugentobler

Re: Zeitübertragung

Verfasst von Moderator (Grolman.Result) am Mittwoch, 23 Jun 2010 - 09:33
Sehr geehrter Prof. Hugentobler,

vielen Dank für die wertvollen Anregungen in Ihrem Beitrag. Wenn Sie erlauben, würden wir Ihr Thema gerne fortführen und einige Fragen an Sie formulieren - und natürlich an alle Interessierten zu diesem Thema:

• Haben Sie Kenntnisse zum technischen Umsetzungsstand eines neuen Sekundenstandards?
• Wissen Sie, wer Ansätze zu einer internationalen Zeithaltung verfolgt? Sowohl aus technischer als auch koordinatorischer Sicht wäre dies interessant.
• Welche Anwendungen ultrapräziser Zeitmessung und -übertragung sehen Sie noch?
• Wir sehen in naher Zukunft vor allem noch den Maschinenbau mit seiner Fernwartung und der Ferntaktung ganzer Produktionsprozesse?

Vielen Dank vorab!

Das Moderationsteam