Aufbruch in eine neue Ära des Verkehrswesens

Die Fortschritte in der autonomen Technologie sowie die Fortschritte bei Fahrzeugen und in der Luft- und Raumfahrt verändern die Art und Weise, wie sich die Gesellschaft bewegt.

Die Zukunft der Verkehrstechnik

Die Moral Machine,1 Die Moral Machine, ein laufendes Experiment im MIT Media Lab, bringt ein herausforderndes Problem der autonomen Fahrzeugentwicklung auf den Punkt: Unfälle passieren. Wie kann künstliche Intelligenz (KI) eine Entscheidung treffen, die sowohl logisch als auch moralisch ist? In der Philosophie ist dies als das Trolley-Car-Problem bekannt – ein moralisches Dilemma, bei dem man handeln muss, wobei das eigene Handeln unweigerlich zum Tod führt. Wie entscheiden Sie sich?

Da die autonomen Fahrzeuge immer näher an die Kommerzialisierung heranrücken, müssen wir uns mit solchen Dilemmata auseinandersetzen. Moral Machine fragt uns: Sollten wir KI so programmieren, dass Fußgänger bevorzugt gerettet werden? Fahrgäste? Jüngere Leute? Diejenigen mit einem höheren Status? Die Antworten auf solche Fragen variieren typischerweise von Person zu Person und von Kultur zu Kultur. Und da wir uns selbst nicht auf diese Antworten einigen können, haben wir wenig Hoffnung, durch die Programmierung von KI die richtige Entscheidung zu treffen.

So faszinierend solche Dilemmata auch sind, es gibt andere, unmittelbarere Probleme, die wir lösen müssen, wenn wir darauf hinarbeiten, die Art und Weise, wie wir Menschen und Güter transportieren, zu verändern. Die Bewältigung dieser Herausforderungen bedeutet eine Verbesserung der Gesellschaft, aber das hängt von einer Vielzahl technologischer Innovationen ab, bei deren Bewältigung die Chemie helfen muss.

Obwohl die algorithmischen Herausforderungen den größten Teil der Presse ausmachen, benötigen die autonomen Fahrzeuge einige erhebliche Infrastruktur-Upgrades, um richtig zu funktionieren. Eine der wichtigsten ist natürlich die Fahrbahn selbst: gut gepflasterte Straßen, klar gemalte Fahrbahnmarkierungen – die durch den Zusatz von Titandioxid reflektierender gemacht werden – und eine verständliche Beschilderung, für den Anfang. Wie Motor Trend berichtet, gibt es in den Vereinigten Staaten 4 Millionen Meilen Straßen, von denen nur 65 % asphaltiert sind.2 Auch die asphaltierten Straßen müssen unterstützt werden. Laut einem CNBC-Bericht sind zum Beispiel über 73 % der Straßen in Connecticut in einem schlechten bis mittelmäßigen Zustand.3 Nimmt man die Komplexität von großen oder alten Städten wie New York oder Paris hinzu, vervielfachen sich die Straßenprobleme weltweit.

 Eine Infografik erklärt die Entwicklung autonomer Fahrzeuge im Laufe der Geschichte.

Schnellere Kommunikation, bessere Kraftstoffe

Es gibt noch eine weitere infrastrukturelle Herausforderung zu bewältigen: die Kommunikation. Die ersten 5G-Mobiltelefone erscheinen gerade erst auf dem Markt, doch es wird noch Jahre dauern, bis eine flächendeckende, dichte 5G-Signalabdeckung vorhanden ist. Die drahtlose 5G-Kommunikation ist nicht nur schnell; sie hat auch eine niedrige Latenzzeit.4 Bei der Latenzzeit handelt es sich um die Zeit, die benötigt wird, um eine Antwort von einem bestimmten Signal zu erhalten. Niedrige Latenzzeiten sind entscheidend für autonome Fahrzeuge, die miteinander kommunizieren müssen, um die Aktionen der anderen zu verstehen und zu verhandeln. Vermutlich werden auch autonome Fahrzeuge auf 5G-fähiges Edge-Computing angewiesen sein. Beim Edge-Computing werden die Verarbeitungsaufgaben in den 5G-Basisstationen – dem Netzwerk-Edge – und nicht in zentralen Servern abgewickelt, wodurch die Entscheidungsgeschwindigkeit bei allen autonomen Fahrzeugen auf der Straße verbessert wird. Das alles ist natürlich abhängig von einer neuen Generation von Computerchips und einer hochwertigen Verkabelung.

Auch die Fahrzeuge selbst werden sich ändern müssen, wenn wir nicht ein Umweltproblem gegen ein anderes austauschen wollen. Der Verkehr bleibt die größte Quelle von CO2-Emissionen in den USA.5 Die erste Änderung betrifft in erster Linie die Reduzierung der Anzahl der Fahrzeuge. Hier kommen Unternehmen ins Spiel, die einen Selbstfahrservice anbieten, wie beispielsweise Waymo. Sollten diese Prototyp-Angebote beginnen, den Fahrzeugbesitz in den entwickelten Volkswirtschaften zu verdrängen und den Anstieg des Fahrzeugbesitzes in den schnell wachsenden Ländern zu unterbrechen, würde sich die Energieeffizienz der globalen Transportflotte verbessern.

Auch wenn das passiert – aber vor allem, wenn es nicht passiert – muss sich die Art und Weise, wie wir Fahrzeuge betreiben, ändern, wenn wir die Gesellschaft dekarbonisieren wollen. Elektroautos sind schon heute ein alltäglicher Anblick, und je besser und kostengünstiger die Batterietechnologie wird, desto mehr werden sich die Verbraucher dafür interessieren. Wenn wir die Abgasemissionen nicht einfach woanders hin verlagern wollen, brauchen Elektrofahrzeuge eine saubere, erneuerbare Energie. Angesichts der Tatsache, dass die meisten erneuerbaren Energien diskontinuierlich sind, müssen die Energieversorger Wege finden, um Strom zu speichern. Eine Lösung ist eine Durchflussbatterie, die auf Ionenaustauscher-Membranen wie Nafion™ angewiesen ist. Die Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie, die ebenfalls auf Ionenaustauscher-Membranen angewiesen ist, könnte parallel zu den Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen, insbesondere wenn Wasserstoff Teil des gesamten globalen Energiemixes wird.6

Verbesserung der Effizienz in der Luft

Wasserstoff-Brennstoffzellen können auch die Auswirkungen von Flugzeug-Hilfsaggregaten reduzieren, allerdings ist es unwahrscheinlich, dass sie die Flugzeuge in die Luft bringen. Wir haben noch nicht die Technologie, um ausreichend Wasserstoff auf einer ausreichend kleinen und leicht zugänglichen Fläche zu verpacken, die für den Flugverkehr geeignet ist. Wie Karen Goldberg, Vagelos-Professorin für Energieforschung an der University of Pennsylvania, es ausdrückt: „Flugzeuge werden noch lange mit Flüssigtreibstoff betrieben werden.“

Das ist ein Problem. Die Kohlendioxidemissionen in den USA sind im letzten Jahr gestiegen, unter anderem aufgrund des Flugverkehrs.5 Wenn wir mehr fliegen wollen, müssen wir die Effizienz der Flugzeuge erhöhen. „Auch wenn die Jets sehr ähnlich aussehen wie früher, sind sie deutlich effizienter. Design und Herstellung haben sich deutlich verbessert, ebenso wie die Kraftstoffeffizienz“, so Andrew Romeo, Leiter des Produkt- und technischen Services bei The Chemours Company. Der Schlüssel dazu ist die Gewichtsreduzierung, insbesondere bei den Strahltriebwerken, wobei die Turbinenschaufel eines der wichtigsten Ziele für die Gewichtsreduzierung ist. Das sind die gigantischen Lüfterflügel, die die Vorderseite eines Strahltriebwerks bilden. Sie erscheinen auch weiter hinten im Motor, wo sie sich in den heißen Abgasen drehen und die gesamte Turbinenbaugruppe antreiben. Sie müssen fest, steif und formbeständig bei Temperaturen von über 1.000°C sein.7 Um die Leistung zu erhöhen und das Gewicht zu reduzieren, setzen die Hersteller auf exotische Legierungen, die als Einkristallschaufeln gegossen werden. Romeo erklärt: „Hersteller von Strahltriebwerken verlassen sich auf Chemours-Zirkonmineralien (Zirkoniumsilikat) in ihrem Feinguss von Metalllegierungen. Zirkon ist ein Teil ihres Prozesses, der Verformungen verhindert und die Temperaturfähigkeit und Lebensdauer der Klinge erhöht. Heutige Motoren sind leichter, langlebiger und sparsamer im Verbrauch.“

1 „Moral Machine.“ Moral Machine. http://moralmachine.mit.edu.
2 Rechtin, Mark. „Tapping the Brakes: Why the Autonomous-Car Society Is Still Decades Away.“ („Bremsmodus: Warum die Autonome Gesellschaft noch Jahrzehnte entfernt ist.“) MotorTrend, 4. Januar 2018, https://www.motortrend.com/news/tapping-the-brakes-why-the-autonomous-car-society-is-still-decades-away-reference-mark/.
3 Cohn, Scott. „America in Crisis: The 10 States with the Worst Infrastructure.” („Amerika in der Krise: Die 10 Staaten mit der schlechtesten Infrastruktur.“) CNBC News, 10. Juli 2018, https://www.cnbc.com/2018/06/28/the-10-states-most-in-need-of-an-infrastructure-overhaul.html.
4 Shankland, Stephen. „Wie 5G die Latenzzeit von Netzwerken beendet.“ CNET News, 8. Dezember 2018, https://www.cnet.com/news/how-5g-aims-to-end-network-latency-response-time/.
5 Mitarbeiter Energie & Klima. „Preliminary US Emissions Estimates for 2018.“ („Vorläufige Emissionsschätzungen der USA für das Jahr 2018.)“ Rhodium Group, 8. Januar 2019, https://rhg.com/research/preliminary-us-emissions-estimates-for-2018/.
6 Staffell, Iain et al. „The Role of Hydrogen and Fuel Cells in the Global Energy System.“ („Die Rolle von Wasserstoff und Brennstoffzellen im globalen Energiesystem.“) Royal Society of Chemistry, 10. Dezember 2019, https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c8ee01157e#!divAbstract.
7 Nathan, Stuart. „Jewel in the Crown: Rolls Royce’s Single-Crystal Turbine Blade Casting Foundry.“ („Das Glanzstück: Die Einkristall-Turbinenschaufel-Gießerei von Rolls Royce.“) The Engineer, 19. September 2017, https://www.theengineer.co.uk/rolls-royce-single-crystal-turbine-blade/.