Deutscher Innovationspreis: Leisere Züge, schnellere Solaranlagen: Diese Ideen werden Deutschland verändern
Diese Ideen gehören zu den Finalisten beim Innovationspreis 2023: Neue Ausbildung für Solarinstallateuere, neue Testverfahren für Medizintechnik und Implantate, und die Neuerfindung des Gießens.
Foto: imago images, Collage: Marcel ReyleKrisen sind die Zeiten großer Innovationen. Insofern lohnt es sich in turbulenten Zeiten wie jetzt besonders, einen genauen Blick auf das zu werfen, was in den Entwicklungsabteilungen deutscher Konzerne so passiert, wenn gerade mal keine Lieferketten abreißen, Banken gerettet werden oder die Inflation die Planung ruiniert. Dann nämlich werden dort die Technologien entwickelt, die in ein paar Jahren unsere Industrie und unseren Alltag prägen dürften.
Die WirtschaftsWoche verleiht deshalb gemeinsam mit den Partnern Accenture, O2 Telefónica und EnBW einmal jährlich den Deutschen Innovationspreis. In diesem Jahr bereits zum 14. Mal. Neun Firmen sind nominiert, jeweils drei in den Kategorien Großunternehmen, Mittelstand und Start-Up. Aus ihnen wird eine hochkarätige Jury die zukunftsweisendsten auswählen – und Ende April die jeweiligen Sieger verkünden.
1. BMW: Neuerfindung des Gießens
Auch in Jahrtausende alten Technologien steckt noch Innovationspotenzial. Bereits seit über 4000 Jahren gießen Menschen Werkzeuge, Waffen oder Schmuck aus Metall. Traditionell gießt man Metall mittels Schwerkraftguss: das heiße, flüssige Metall, auch Schmelze genannt, wird von oben in die Gussform geschüttet und füllt diese langsam von unten nach oben aus. Bei komplexen Bauteilen, etwa mit teils dünnen Wänden, komplizierten Querschnitten oder Strukturen ergeben sich aber beim traditionellen Guss Probleme: Beim Gießen aus größerer Höhe etwa treten Turbulenzen auf; die Schmelze oxidiert, es kann zu Luft- und Schlackeneinschlüssen kommen, was die Festigkeit der Teile korrumpiert.
„Die Gehäuse für die Elektroantriebe in E-Autos bei BMW sind besonders komplex“, erklärt Karl Bauer, der bei BMW in Landshut zuständig für die Produktion verschiedenster Bauteile mittel Gusstechnik ist. Sie enthalten neben dem Elektromotor selbst unter anderem das Getriebe, die Wasserkühlung und die Leistungselektronik. Die Gehäuse müssen einerseits leicht sein, andererseits den großen Kräften des Elektroantriebs mit über 300 Kilowatt standhalten: „Es dürfen keine Lufteinschlüsse enthalten sein und die Gehäuse müssen zu 100 Prozent wasserdicht sein, sonst könnte Feuchtigkeit in die empfindliche Elektronik eindringen“, sagt Bauer. „Solche Gehäuse haben daher recht komplexe Geometrien mit unterschiedlichen Wandstärken; gusstechnisch sind sie eine Herausforderung“, sagt Bauer.
Daher mussten die BMW-Techniker die traditionellen Gussverfahren optimieren. Seit 2014 experimentierten die Niederbayern mit alternativen Verfahren zum Schwerkraftguss, etwa Druckguss, fanden aber keines, das ihren Ansprüchen genügte. Die Lösung brachte schließlich ein in Landshut eigens entwickeltes, völlig neues Gussverfahren, das sie bei BMW „Injector Casting“ genannt haben; es ist inzwischen patentiert und wird für alle E-Auto-Motorengehäuse bei BMW angewendet. Dabei wird ein Injektor aus Keramik als permanenter Anguss verwendet. Der Injektor wird in die Gussform eingeführt, die Füllung wird durch Ziehen eines Verschlussstopfens gestartet und der Injektor wird während des Gusses nach oben aus dem Gussteil gezogen. „An Stellen, an denen mehr Material benötigt wird, kann der Injektor entsprechend länger verharren und so eine optimale Formfüllung sichergestellt werden", so Bauer.
Ein weiterer Vorteil der neuen Gießtechnik ist, dass „der heißeste Teil der Schmelze mit dem Injektor mitwandert und die Erstarrung entsprechend gelenkt werden kann“, erklärt Karl Bauer. Dadurch erstarrt das Bauteil gleichmäßiger von unten nach oben, "es entstehen weniger Lufteinschlüsse oder Erstarrungsfehler und man bekommt insgesamt bessere mechanische Eigenschaften“, erklärt Bauer. Das Tüfteln hat sich ausgezahlt. Bauer schätzt den Effizienzvorteil gegenüber anderen Gießverfahren auf zehn Prozent, an Material spare es sogar 40 Prozent ein. Weil die Gusstemperatur zudem niedriger ist als im traditionellen Verfahren, sparen die Landshuter auch noch Energie und CO2 ein.
Auch, wenn Gießen ein sehr physischer Prozess ist: „Ohne die Digitalisierung wäre es nicht gegangen“, ergänzt Thomas Nöth, der in Bauers Team zuständig für die Prozessoptimierung ist. Mehr als 8000 Gussparamater wie Temperatur oder Erstarrungszeit überwacht Nöth ständig, perfektioniert dabei das Verfahren immer weiter.
2. Siemens Mobility: Den Zug ohne Luft bremsen
Seit ungefähr 150 Jahren werden Eisenbahnbremsen mit Druckluft betrieben. Dafür braucht es im Wagon jede Menge schwere Technik. Einen Druckluftbehälter etwa, Schläuche, Rohre. Wenn der Lockführer dann zu bremsen beginnt, können je nach Länge des Zuges schon mal drei Sekunden vergehen, bis die Bremsen des letzten Wagons greifen. Doch das könnte in Zukunft schneller gehen, dank einer Erfindung aus der Eisenbahnsparte von Siemens Mobility.
Es sind Bremsen, die ganz ohne Druckluft funktionieren. Gesteuert werden sie durch ein elektronisches Signal, das nahezu mit Lichtgeschwindigkeit durch ein Kabel rast, von Waggon zu Waggon. Eine Art Motor sorgt am Rad dafür, dass die Bremszangen gut dosiert zupacken. Das sei nicht nur sicherer, insbesondere bei schlechten Schienenverhältnissen, sondern spare auch Geld, verspricht Andrea Estrada-Hein, die den Bereich der Eisenbahnkomponenten bei Siemens Mobility leitet. Wenn ein Zug losfahren will, muss erst einmal Druckluft abgelassen werden. Das dauert eine bis anderthalb Sekunden. Besonders bei eng getakteten U-Bahnen mit vielen Stopps summiert sich das über den Tag.
Zudem spart die neue Technik Zeit, bevor der Zug morgens in den Einsatz geht. Dann nämlich müssen Techniker die Bremsen überprüfen, den Druck in der Druckluftbremse messen. Das dauere rund zwölf Minuten. Bei den neuen elektronischen Bremsen sei der morgendliche Check ein Drittel der Zeit. Schließlich kann hier auch weniger kaputt gehen, sagt Estrada-Hein. Und wenn doch, sei die Reparatur billiger.
Als weltweit erster Betreiber werden die Wiener Verkehrsbetriebe das System in ihren U-Bahnen der neuen Linie U5 einführen. Im April dieses Jahres soll es losgehen. Jahrelang haben sie zusammen mit Siemens getestet und zertifiziert, um sicherzugehen, dass nichts passieren kann. Inzwischen hat sich Siemens mit der neuen Bremse auch auf Ausschreibungen von S-Bahnen beworben. Und womöglich kommt die Technik auch irgendwann im ICE zum Einsatz.
3. Siemens Mobility: Weniger Pfeifen, mehr Effizienz für Züge und Straßenbahnen
Halbleiterbausteine regieren die Welt – das gilt im Zuge der wachsenden Elektrifizierung vieler Industrien auch für die Bahnbranche. Eines der wichtigsten Bauteile von Elektrozügen und Straßenbahnen ist der sogenannte Traktionsstromrichter, auch Umrichter genannt. Er wandelt den von der Oberleitung kommenden Strom auf die für den Antriebsmotor passende Spannung um. „Der Umrichter ist gewissermaßen das Herz eines Zuges“, sagt Andrea Estrada-Hein, Leiterin des Bereichs Rail Components bei Siemens Mobility und gleich zweimal für den deutschen Innovationspreis nominiert. „Je energieeffizienter der Traktionsstromrichter und das Antriebssystem sind, desto weniger Strom muss aus der Oberleitung abgenommen werden.“
Genau hier hat Siemens Mobility angesetzt – und erstmals einen Umrichter aus dem neuen Halbleiterwerkstoff Siliziumkarbid (SiC) konzipiert und gebaut. Denn Chips aus herkömmlichem Silizium stoßen vor allem bei Kombinationen aus hohen Schaltfrequenzen und Strömen an ihre Grenzen. Siliziumkarbid kann größere Ströme und Frequenzen bewältigen, die daraus gefertigten Chips funktionieren auch bei höheren Temperaturen noch reibungslos. Das macht sie zur idealen Grundlage für sogenannte Leistungshalbleiter, die in Traktionsstromrichtern eingesetzt werden.
„Durch Siliziumkarbid sind unsere Antriebssysteme circa zehn Prozent effizienter als die früheren Siliziumchips“, sagt Estrada-Hein. „Zudem benötigen wir dadurch kleinere Transformatoren und kleinere Kühlsysteme.“ Getestet wurden die neuen Chips bereits im Jahr 2021 mit einer Straßenbahn bei den Stadtwerken München; ab Ende dieses Jahres steuern die Umrichter von Siemens Mobility 27 Batteriezüge in Baden-Württemberg. Neben der höheren Energieeffizienz sorgen die neuen SiC-Chips aber noch für eine weitere Verbesserung: Durch die höhere Taktfrequenz sinkt der Geräuschpegel der beim Anfahren deutlich, erläutert Estrada-Hein: „Das typische Pfeifen der Züge ist nur noch halb so laut wie früher.“
4. Enpal: Neue Basisausbildung für Fotovoltaik-Installateure
Wer sich aktuell eine Solaranlage aufs Dach schrauben lassen möchte, könnte Probleme bekommen: Neben den Modulen selbst und einigen wichtigen Zubehörteilen, etwa Wechselrichtern, sind vor allem Fachkräfte knapp, die sie installieren könnten. Vielerorts warten Kunden derzeit sieben bis neun Monate. Und die Modulpreise und Zinsen steigen, machen künftige Anlagen noch teurer. Der Berliner Mittelständler Enpal möchte an allen drei „Flaschenhälsen ansetzen“, wie Enpal-Manager Wolfgang Gründinger sagt. Den Fachkräftemangel bekämpft Enpal durch eine eigene Akademie, die derzeit etwa 100 Menschen im Monat qualifiziert. Einem größeren Publikum bekannt wurde die Schule, als dort Lutz van der Horst von der ZDF-Heute-Show eindrucksvoll sein handwerkliches Ungeschick demonstrierte. „So dumm stellt sich in der Praxis kaum jemand an“, beteuert Gründinger.
Enpal bildet keine vollwertigen Elektrikerinnen oder Dachdecker aus, denn das „dauerte zu lange und sie werden außerdem woanders dringend gebraucht“, sagt Gründinger. Bei Enpal können sich Ungelernte in wenigen Wochen zum „DC-“ oder „AC-Mechaniker“ qualifizieren lassen: DC steht für Gleichstrom; die Schüler montieren später die Solar-Anlagen aufs Dach, während die AC (Wechselstrom)-Kollegen innen im Haus Kabelschlitze klopfen und Verteilerdosen eingipsen, also alle einfachen Tätigkeiten der Elektroinstallation übernehmen; der gelernte Elektriker selbst muss dann nur noch alles anschließen und durchmessen. „So entlasten wir ein wichtiges Gewerk vom Fachkräftemangel und treiben die Solar-Ausbauziele der Bundesregierung voran“, meint Gründinger. Ein Punkt, der auch die Jury des Deutschen Innovationspreises überzeugt hat.
3000 Euro brutto können die so qualifizierten später verdienen; für jemanden ohne Berufsausbildung ein gutes Gehalt. In China betreibt Enpal zudem ein Einkaufsbüro, das dort Module akquiriert, damit die neuen Handwerkerinnen auch nicht vom Materialmangel ausgebremst werden. Das eigentliche Kerngeschäft der Berliner ist ihr Mietservice für PV-Anlagen: Zwanzig Jahre bezahlen Kunden eine monatliche Gebühr; am Ende der Laufzeit können sie die Anlage dann für einen symbolischen Euro kaufen. Enpal kümmert sich dafür um die Beschaffung der Teile, die Montage, und um die Wartung und Reparatur, falls etwas kaputt geht. Für eine gängige Einfamilienhaus-PV mit etwa 10 Kilowatt Leistung bei optimaler Sonneneinstrahlung (10 KW peak) und einem Pufferspeicher mit zehn Kilowattstunden Kapazität verlangt Enpal derzeit rund 225 Euro im Monat.
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Kritiker bemängeln diese hohe Miete und dass Enpal eher günstige, chinesische Teile verbaut. Tatsächlich: Über 20 Jahre kommt so eine Summe von fast 51.000 Euro zusammen – doppelt so viel wie eine typische Zehn-KWp-Anlage kostet. „Ein großer Teil davon sind aber die Finanzierungskosten“, sagt Gründinger, und beteuert: wer ganz oder zum Teil per Kredit finanzieren möchte, würde auf eigene Faust meist noch mehr bezahlen. „Wir übernehmen die Verhandlungen mit den Banken und können hier durch die Bank bessere Konditionen herausschlagen als die meisten privaten Bauherren“, sagt er. Immerhin kaufen die Kunden sich auch ein bisschen Sicherheit: Sollte etwas kaputtgehen, etwa der teure Batteriespeicher oder der Wechselrichter, der aus dem Gleichstrom der PV-Dachanlage Wechselstrom macht, liefert Enpal ohne Nachzahlung Ersatz.
5. NovoCrete: Die Alchimisten des Straßenbaus
Ständig wachsende Verkehrsströme, morsche Brücken, Personalnot bei Planern und Bauunternehmen – Deutschlands Straßennetz ist längst ein flächendeckender Sanierungsfall. Und obwohl Jahr für Jahr Millionen von Euro in die Behebung von Straßenschäden und den Unterhalt von lädierten Brücken fließen, reichen weder Geld noch Kapazitäten, um den Sanierungsstau aufzuholen. Was auch daran liegt, dass Reparaturen an verschlissenen Fahrbahnen in der traditionell konservativen Branche seit Jahrzehnten fast unverändert ablaufen und Effizienzpotenziale kaum genutzt werden.
Dass sich Straßen jedoch auch weit schneller, billiger und zudem mit drastisch weniger CO2-Ausstoß sanieren lassen als auf herkömmlichem Weg, das demonstriert der baden-württembergische Mittelständler IBS aus Herrenzimmern. Der Baustoffspezialist aus dem Schwarzwald hat sich seit Jahren der Entwicklung von Zuschlagstoffen zur Veredelung von Zement verschrieben, sogenannten Additiven, mit deren Hilfe sich der Baustoff sowohl im Tief- als auch im Hochbau deutlich effizienter und haltbarer eingesetzt werden kann.
Im Fall der Straßensanierung erlauben es das von IBS entwickelte Additiv NovoCrete und ein optimierter Reparaturprozess, Dauer und Kosten für den Neuaufbau maroder Straßen einschließlich deren Tragschicht zu halbieren, den Rohstoffbedarf um mehr als vier Fünftel zu senken, und die CO2-Emissionen beim Bau um rund 40 Prozent zu senken. Der Clou des innovativen Verfahrens ist, dass der Mittelständler bei der Reparatur nahezu sämtliche, von der reparaturbedürftigen Straße bereits vorhandenen Baustoffe für den Wiederaufbau wiederverwenden kann.
Damit entfällt nicht bloß die kostenträchtige Deponierung des alten Asphalts, Betons oder Schotters samt den dafür nötigen LKW-Fahrten. Auch der Aushub zusätzlichen Bodens, um darauf eine neue Tragschicht aufzubauen, ist in der Regel überflüssig. Stattdessen wird das alte Baumaterial an Ort und Stelle zermahlen, mit einem Mix aus Zement, NovoCrete und Wasser vermischt und anschließend verdichtet. Auf dieser Weise erzeugen die Alchimisten des Straßenbaus zwar nicht aus unedlen Metallen Gold, wohl aber aus Bauschutt wieder einen besonders robusten Unterbau für neue Fahrbahnen. Denn die beim Aushärten entstehende neue Tragschicht ist, wie zahlreiche Straßengrundsanierungen in den vergangenen Jahren belegen, sowohl extrem belastbar als auch wasserdicht und damit frostsicher. „Wir belassen es nicht beim reinen Recycling“, sagt Firmenchef Julian Bihl, „sondern veredeln die alten Materialien zu einem höherwertigen Produkt“.
Dass der Einsatz zusätzlichen Zements im Straßenunterbau die CO2-Bilanz der Baumaßnahme gegenüber herkömmlichen Verfahren zunächst verschlechtert, ist Bihl bewusst. In der Summe aber werde das „durch den Wegfall der sonst erforderlichen An- und Abfahrten von Baumaterial zu Deponie oder Baustelle mehr als kompensiert“, so der Unternehmer. Und weil die gesamte Reparatur nur halb so lange dauere, wie sonst üblich, könne ein Bautrupp, bei gegebenem Zeitbudget die doppelte Strecke an Straße erneuern. „Damit“, sagt Bihl, „hätten wir zumindest eine Chance, den Sanierungsstau langsam abzuarbeiten“.
6. Ianus Simulation: Schöner strömen mit der Cloud
Wie leitet man Kunststoffmasse am besten durch eine Maschine, um daraus möglichst effizient Plastikflaschen herzustellen? Eine einfache Frage, scheint es, doch sie zu beantworten ist hochkompliziert. Dazu sind Strömungssimulationen am Computer nötig, die Physiker, Computerwissenschaftler und Maschinenbauer lange Zeit beschäftigen. Und diese Simulationen von Stoffflüssen sind heute in vielen verschiedenen Branchen gefragt: „Fließprozesse haben Sie überall, wo Sie eine Pumpe betreiben, Material durch Düsen pressen oder eine Turbine entwickeln, um etwa Windstrom zu produzieren“, sagt Kai Wenz, Forschungschef bei Ianus Simulation, einem Anbieter für Simulationsdienstleistungen in Dortmund.
Bisher müssen sich Unternehmen dazu teure Softwarelizenzen kaufen, leistungsstarke Rechner – und Spezialisten beschäftigen, die die komplizierten Simulationen durchführen. Für kleinere Hersteller oft ein zu kostspieliges Unterfangen. „Wir haben uns gefragt, wie wir diese Barrieren beseitigen können“, erzählt Wenz.
Die Lösung: Eine Anwendung in der Cloud, mit der Kunden Strömungssimulationen in wenigen Schritten durchführen können. Bei bisherigen Software-Lösungen müssen Nutzer per Hand verschiedene Varianten ihrer 3-D-Entwürfe eines neuen Maschinenteils oder Produkts in Simulationsprogrammen hochladen und bearbeiten. Strömungsraum, so der Name der neuen Software von Ianus Simulation, automatisiert diese Arbeit mit Hilfe von künstlicher Intelligenz.
Die Nutzer laden nur noch eine Konstruktionsdatei für ein Bauteil in die Cloud hoch, was sogar per Smartphone-App möglich ist. Die KI variiert das Design leicht und simuliert anschließend eigenständig, ob eine Verbesserung der Strömung eingetreten ist. Ähnlich wie bei der Pflanzenzucht, bei der Züchter über mehrere Generationen immer nur die am besten angepassten Pflanzen weiter züchten, schickt die Software die verschiedenen Designs durch einen evolutionären Wettkampf – bis das optimale Maschinendesign übrig bleibt.
Bei einem Maschinenhersteller für die Kunststoffindustrie etwa hat die Simulation in der Cloud spürbar geholfen, Zeit und Kosten bei der Produktion von Kanistern und Flaschen aus Kunststoff zu sparen. Die dazu nötige Maschine presst die Plastikmasse durch einen spiralförmigen Kanal in einem Metallbauteil. Wenn die Arbeiter die Farbe des Kunststoffs wechseln, etwa von blau auf rot, mussten sie bisher große Mengen der neuen roten Masse durch das Bauteil pressen, bis die blaue Masse komplett ausgespült war.
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Eine Simulation mit der Strömungsraum-Software ergab ein verbessertes Design, in dem Plastikreste seltener haften bleiben. Das Ergebnis: Statt acht Tonnen Kunststoff braucht das Unternehmen nur noch 1,7 Tonnen für den Spülvorgang, statt 2,5 Stunden nur noch eine halbe, statt 650 Kilowattstunden Strom nur noch 130. Dank solcher Verbesserungen, sagt Wenz, hätten Kunden von Ianus Simulation mit Hilfe der Strömungssimulationen schon 35.000 Tonnen Kohlendioxid eingespart.
7. Lubis Eda: Automatisierte Überprüfung von Chips
Eine der größten, wenngleich bisher kaum beachteten Herausforderungen der Halbleiterbranche ist die möglichst fehlerfreie Überprüfung von neuen Chipdesigns, im Branchenjargon Verifikation genannt: Die bisherigen Verfahren arbeiten mit der Simulation von Rechenoperationen, das bedeutet: Eine Software überträgt bestimmte Eingabewerte auf das Modell eines Chips – und überprüft, ob das Ergebnis korrekt ist. „Diese Methode ist seit über 30 Jahren dieselbe“, sagt Tobias Ludwig, Chef und Gründer des Start-ups Lubis Eda aus Kaiserslautern.
Das Problem dabei: Prozessoren und Speicherchips bestehen heute nicht mehr aus 100.000 Transistoren, sondern verfügen über 100 Milliarden Bauteile und mehr. Aufgrund dieser Komplexität ist die Simulation bei der Verifizierung von Halbleitern ein Zeitfresser und sehr ineffizient – und es ist fast unmöglich, alle Fehler mit dieser Methode zu finden: „Denn es gibt schlicht mehr Möglichkeiten der Eingabewerte als Sandkörner auf der Erde“, sagt Ludwig. „Aus diesem Grund kommen immer wieder Chips mit Fehlern im Hardware-Design auf den Markt.“
Ganz anders dagegen der Ansatz von Lubis Eda: Statt alle möglichen Fälle zu verifizieren, suchen die Kaiserslauterner die Ausnahmen von der Regel. Dafür bildet Lubis Eda ein Computermodell des zu analysierenden Chips, sozusagen dessen digitalen Zwilling. Die Software von Lubis Eda sucht dann mithilfe von speziellen mathematischen Verfahren nach logischen Fehlern und Lücken im Halbleiterdesign. Der Vorteil: „Chiphersteller können ihre Bauteile deutlich schneller entwickeln und auf den Markt bringen“, sagt Ludwig. Nach konservativen Schätzungen können mindestens zehn Prozent an Arbeitszeit und Kosten von mindestens 500.000 Euro pro Halbleiter-Designprojekt eingespart werden.
Mit dieser neuartigen Verifikationslösung ist das Start-up erst seit Ende 2020 am Markt, neun internationale Chipkonzerne arbeiten mit Lubis Eda bereits zusammen. Konkrete Namen darf Gründer Ludwig wegen Verschwiegenheitsklauseln nicht preisgeben, aber er verrät immerhin so viel: „Von den zehn größten Halbleiterherstellern der Welt sind immerhin bereits drei Kunden von uns.“
8. Virtonomy: Digitale Patienten für Studien im Computer
Klinische Studien für Medizinprodukte wie etwa Herzklappen oder andere Hochrisikoimplantate sind für Medizintechnikunternehmen nicht bloß sehr zeitaufwendig und können teils mehrere Jahre dauern. Sie sind zudem vielfach enorm teuer. So können sich die Kosten im Laufe einer vollständigen Studienreihe auf bis zu dreistellige Millionenbeträge addieren. Immense Summen, die verloren sind, wenn sich speziell in späten Phasen der Tests noch Mängel oder gar Unverträglichkeiten der Implantate mit dem menschlichen Körper herausstellen.
Dieses Risiko und die damit verbundenen Kosten will das Start-up Virtonomy mit seiner v-Patients-Plattform deutlich senken. Dazu setzen die rund 20 Köpfe starke Truppe aus München auf sogenannte „in-Silico-Tests“. Der Trend, dessen Name sich aus dem Grundmaterial der Computerchips, Silizium, ableitet, erfasst derzeit die gesamte Medizinwelt. Er soll künftig die Entwicklung von neuen Medizinprodukten, Implantaten aber auch Medikamenten sowohl beschleunigen als auch sicherer machen. Dabei ergänzen Studien an digital simulierten Patienten zumindest einen Teil der bisher erforderlichen Versuche im Labor („in Vitro“) sowie an Tieren oder menschlichen Probanden („in Vivo“).
Günstigstenfalls könnte das die Kosten für Entwicklung und Zulassung von Medizinprodukten um die Hälfte und die Zahl der Tierversuche sogar um rund 60 Prozent senken. Nach Schätzungen der US-Behörde für Gesundheitsprodukte, FDA, dürften daher rund 40 Prozent der Tests in Zulassungsverfahren künftig auf In-Silico-Tests entfallen.
Auf Basis der digital erfasster Körperdaten hat das Team um Firmengründer Simon Sonntag dafür eine Softwareplattform entwickelt, mit dessen Hilfe die zahlreichen weltweit verteilten Kunden des Start-ups – unter anderem Firmen, die Herzschrittmacher, Stents oder Herzklappen entwickeln – ihre Produkte in digitale Patientenmodelle implantieren und testen können. Grundlage der digitalen Probanden von Virtonomy sind Daten von tausenden Patienten, unter anderem aus MRT- und CT-Scans, Ultraschall- und anderen Untersuchungen, ergänzt um vielfältige weitere kardiologische Datenquellen. „Damit können wir nicht bloß anatomische Tests im Rechner durchführen, sondern beispielsweise auch Tests für das Strömungsverhalten des Bluts nach der Implantation von Herzklappen oder anderen Herz-OPs“, erläutert Sonntag.
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Und sein virtueller Patienten-Pool hat noch einen weiteren wichtigen Vorteil: Bei realen Tests sind männliche, weiße Probanden in der Regel überrepräsentiert und es mangelt an Frauen, Kindern und generell Menschen anderer Herkunft sowie Personen mit seltenen Erkrankungen. Dagegen lassen sich aus den digitalen Daten beliebige, vor allem aber ausgewogene, Studiengruppen generieren. Derzeit kann v-Patients den Brustkorbbereich menschlicher Oberkörper simulieren, den sogenannten Thorax. Aber dabei will es Gründer Sonntag nicht belassen. Künftig, sagt er, „wollen wir auch weitere Körperbereiche digital simulieren, wie etwa wichtige Gelenke, um die Entwicklung beispielsweise in Knie- oder Hüftimplantaten zu erleichtern“.
9. DriveMybox: Container per Smartphone-App verschicken
Unternehmen, die nervös auf einen Container mit wichtigen Teilen warten. Lastwagen, die Waren durchs halbe Land transportieren, aber leer zurückkommen. Das sind alltägliche Probleme in der Logistik. Die Gründer von DriveMybox wollen, dass solche Schwierigkeiten ein für alle Mal Vergangenheit werden. Sie haben eine Plattform aufgebaut, die den Containerverkehr intelligent steuern kann. Vergleichbar ist das System mit dem US-Fahrdienstvermittler Uber, nur dass es nicht um Passagiere, sondern Container geht.
Will ein Kunde, dass ein Container vom Hafen in Genua nach Köln gebracht wird, stellt er diesen Auftrag in der App von DriveMybox ein, erklärt Mitgründer Aaron Spandehra. Eine intelligente Software suche nun einen Fahrer, der diesen Auftrag übernehmen könne - etwa, weil er gerade einen anderen Container von Nürnberg nach Genua gebracht hat und nicht leer zurück fahren will. Der Fahrer bekomme per App eine Nachricht auf sein Smartphone, in der er gefragt wird, ob er den Auftrag annehmen will. Kurz bestätigen, fertig. Fehlt eine Zollnummer, kann der Fahrer die über die App beim Kunden abfragen. Gibt es einen Stau, zeigt die App die Verspätung an.
Das System hat das Potenzial, einiges in der Frachtwelt zu verändern. Bisher werden Aufträge fünf bis sechs mal weiter verchartert, bis sich tatsächlich mal ein Fahrer auf den Weg macht. Das ist ineffizient. Jeder, der zwischengeschaltet ist, verdient mit. Der Kunde zahlt. DriveMybox bringt Kunden und Fahrer dagegen direkt zusammen. 60 bis 70 Prozent der angeschlossenen Fuhrbetriebe sind selbstfahrende Unternehmer oder kleine Speditionen mit bis zu 20 Fahrzeugen. Das Unternehmen prüft Versicherung und Lizenzen, die Software checkt bei jedem Auftrag unter anderem anhand von Kundenbewertungen, wie geeignet und gut der Fahrer ist.
Die Fuhrunternehmen brauchen weniger Disponenten. Was bisher vier erledigten, schafft nun einer, sagt Spandehra. Auch sorge die intelligente Software dafür, dass die Fahrer am Ende der Woche wieder an ihrem Heimatstandort ankommen, um das Wochenende bei der Familie zu sein. Und wenn mal ein Lastwagen kaputt geht oder ein Container auf See feststeckt, bucht das System die Folgeaufträge einfach automatisch um.
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