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Einfluss und Nutzen von
Digitalisierung und Biologisierung
auf eine nachhaltige Wirtschaft
Dr. Paul Marx
1
Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft
Nachhaltigkeit
2
Nachhaltige Entwicklung ist eine solche,
die die Bedürfnisse der heutigen Generation befriedigt,
ohne dabei die Grundlagen der Bedürfnissbefriedigung
zukünftiger Generationen zu ruinieren.
Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft
Nachhaltigkeit: Optimieren statt maximieren
3
Weg von monodisziplinären Entwicklung hin zum
Magischen Dreieck der Nachhaltigkeit.
Grundgedanke:
Ökonomie, Ökologie und Soziales beeinflussen sich
gegenseitig und können i.S.v. Nachhaltigkeit
nur gemeinsam optimiert werden.
Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft
Agenda 2030: Ziele für nachhaltige Entwicklung
4
Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft
Biologisierung der Industrie
5
Quelle: Byrne (2017)
Wirtschaftsprozesse zukünftig an Vorbildern
aus der Natur orientieren.
• Gentechnik,
• Synthetische Biologie,
• Medizintechnik,
• Landwirtschaft,
• Biotreibstoffe,
• neue Materialie,
• Naonmachinen,
• …
Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft
Biologische Transformation: Formadoption
6
Imitation von Formen und Materialstrukturen aus der Natur und deren Anwendung auf technische Artefakte
Quelle: Ferdinand et al. (2012)
Kaum Effekt auf Nachhaltigkeit, sofern “klassische” Produktionsprozesse und Mateialien eingesetzt werden.
Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft
Biologische Transformation: Materialadoption
7
Nutzung von nachwachsenden und abaubaren Materialien
zur Herstellung von Produkten oder zur Wandlung von Energie
Quellen:
Marzi
et
al.
(2017),
Treffenfeldt
et
al.
(2018),
Rawoth
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Sehr nachhaltig, da Rohstoffe nachwachsend, Abfallprodukte abbaubar.
Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft
Biologische Transformation: Systemadoption
8
Imitation von Eigenschaften, die in der Regel Lebewesen oder Ökosystemen zugeschrieben werden.
Quellen:
Ferdinand
et
al.
(2012),
Marzi
et
al.
(2018),
Rawoth
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CO2
Sehr nachhaltig, da Nutzung vom Abfall aus einem Prozess als Rohstoff im nächsten Prozess.
Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft
Biologische Transformation:
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9
Prozesse, die (i) Lebewesen nachahmen bzw. künstlich erzeugen wollen oder
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Nachhaltigkeit muss im Einzelfall bewertet werden.
Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft
Digitalisierung: Vernetzung und Technologie
10
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die Verteilung vom Wissen und
in der globalen Gesellschaft.
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Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft
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11
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Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft
Digitalisierung
12
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Optimierung der Prozesse
Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft
Digitalisierung
13
Maschienen können ihren Umfeld wahrnehmen:
verstehen, interprätieren und darin handeln.
Bei der Lösung vieler Aufgaben sind sie wesentlich
schneller/besser als Menschen.
Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft
Engpass: Mensch-Maschinen-Interaktion
14
Bezogen auf konkrete Aufgaben,
leisten Maschienen bereits heute
das Mehrfache von dem menschlichen Gehirn.
Engpass: Inputgeschwindigkeit.
Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft
Digitalisierung und Biologisierung:
unvermeidbare Konvergenz
15
• Reinforcement learning helps ensure that molecules you discover in silico can actually
be synthesized in the lab. This helps chemists avoid dead ends during drug discovery.
• Have your desired molecule? ML will generate a synthesis plan faster than you can
• Graph neural networks: Solving problems by making use of 3D input data
• Graph networks learn to guide antibiotic drug screening, leading to new drugs in vivo
• Enhancing chemical property prediction using graph neural networks
• AI sifts through chemical space using DNA-encoded small molecule libraries (DEL)
• Language models show promise in learning to predict protein properties from amino acid sequences alone
• COVID-19: Analyzing symptoms from over 4 million contributors detects novel disease symptom ahead of
public health community and could inform diagnosis without tests.
• Drug discovery goes open source to tackle COVID-19. This is a rare example of where AI is
being actively used on a clearly-defined problem that’s part of the COVID-19 response.
• Missed out on strawberries and cream this year? A controllable synthetic video version of
Wimbledon tennis matches.
• Attention turns to computer vision tasks like object detection and segmentation.
• Computer vision predicts where an agent can walk beyond what is seen.
• Computer vision learns stereo from single images.
• Enabling the use of consumer-grade 360° cameras in construction using deep learning.
• Learning to drive by predicting and reasoning about the future.
• Visual Question Answering about everyday images.
• …
• Yet many other AI applications.
Source:
https://docs.google.com/presentation/d/1ZUimafgXCBSLsgbacd6-a-dqO7yLyzIl1ZJbiCBUUT4/edit#slide=id.g557254d430_0_0
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Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltige Wirtschaft 

  • 1. Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltige Wirtschaft Dr. Paul Marx 1
  • 2. Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft Nachhaltigkeit 2 Nachhaltige Entwicklung ist eine solche, die die Bedürfnisse der heutigen Generation befriedigt, ohne dabei die Grundlagen der Bedürfnissbefriedigung zukünftiger Generationen zu ruinieren.
  • 3. Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft Nachhaltigkeit: Optimieren statt maximieren 3 Weg von monodisziplinären Entwicklung hin zum Magischen Dreieck der Nachhaltigkeit. Grundgedanke: Ökonomie, Ökologie und Soziales beeinflussen sich gegenseitig und können i.S.v. Nachhaltigkeit nur gemeinsam optimiert werden.
  • 4. Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft Agenda 2030: Ziele für nachhaltige Entwicklung 4
  • 5. Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft Biologisierung der Industrie 5 Quelle: Byrne (2017) Wirtschaftsprozesse zukünftig an Vorbildern aus der Natur orientieren. • Gentechnik, • Synthetische Biologie, • Medizintechnik, • Landwirtschaft, • Biotreibstoffe, • neue Materialie, • Naonmachinen, • …
  • 6. Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft Biologische Transformation: Formadoption 6 Imitation von Formen und Materialstrukturen aus der Natur und deren Anwendung auf technische Artefakte Quelle: Ferdinand et al. (2012) Kaum Effekt auf Nachhaltigkeit, sofern “klassische” Produktionsprozesse und Mateialien eingesetzt werden.
  • 7. Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft Biologische Transformation: Materialadoption 7 Nutzung von nachwachsenden und abaubaren Materialien zur Herstellung von Produkten oder zur Wandlung von Energie Quellen: Marzi et al. (2017), Treffenfeldt et al. (2018), Rawoth (2018) Sehr nachhaltig, da Rohstoffe nachwachsend, Abfallprodukte abbaubar.
  • 8. Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft Biologische Transformation: Systemadoption 8 Imitation von Eigenschaften, die in der Regel Lebewesen oder Ökosystemen zugeschrieben werden. Quellen: Ferdinand et al. (2012), Marzi et al. (2018), Rawoth (2018) CO2 Sehr nachhaltig, da Nutzung vom Abfall aus einem Prozess als Rohstoff im nächsten Prozess.
  • 9. Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft Biologische Transformation: Biologisch-technische Konvergenz 9 Prozesse, die (i) Lebewesen nachahmen bzw. künstlich erzeugen wollen oder (ii) Lebewesen oder lebende Systeme mit technischen Prozessen in der Produkten kombinieren Quellen: Boersma et al. (2010), Trogemann (2014), Schubert (2015), Weize (2011), Marzi et al. 2018 Nachhaltigkeit muss im Einzelfall bewertet werden.
  • 10. Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft Digitalisierung: Vernetzung und Technologie 10 Digitalisierung schafft die Grundlage für die Verteilung vom Wissen und in der globalen Gesellschaft. Quelle: Marx (2021)
  • 11. Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft Digitalisierung: Künstliche Intelligenz 11 Artificial Intelligence (AI) Computer Vision (CV) Augmented Reality (AR) Machine Learning (ML) Data Analytics and Big Data (DABD) Natural Language Processing (NLP)
  • 12. Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft Digitalisierung 12 Einfluss auf Nachhaltigkeit : IMMENS Additive Fertigung Optimierung der Prozesse
  • 13. Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft Digitalisierung 13 Maschienen können ihren Umfeld wahrnehmen: verstehen, interprätieren und darin handeln. Bei der Lösung vieler Aufgaben sind sie wesentlich schneller/besser als Menschen.
  • 14. Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft Engpass: Mensch-Maschinen-Interaktion 14 Bezogen auf konkrete Aufgaben, leisten Maschienen bereits heute das Mehrfache von dem menschlichen Gehirn. Engpass: Inputgeschwindigkeit.
  • 15. Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft Digitalisierung und Biologisierung: unvermeidbare Konvergenz 15 • Reinforcement learning helps ensure that molecules you discover in silico can actually be synthesized in the lab. This helps chemists avoid dead ends during drug discovery. • Have your desired molecule? ML will generate a synthesis plan faster than you can • Graph neural networks: Solving problems by making use of 3D input data • Graph networks learn to guide antibiotic drug screening, leading to new drugs in vivo • Enhancing chemical property prediction using graph neural networks • AI sifts through chemical space using DNA-encoded small molecule libraries (DEL) • Language models show promise in learning to predict protein properties from amino acid sequences alone • COVID-19: Analyzing symptoms from over 4 million contributors detects novel disease symptom ahead of public health community and could inform diagnosis without tests. • Drug discovery goes open source to tackle COVID-19. This is a rare example of where AI is being actively used on a clearly-defined problem that’s part of the COVID-19 response. • Missed out on strawberries and cream this year? A controllable synthetic video version of Wimbledon tennis matches. • Attention turns to computer vision tasks like object detection and segmentation. • Computer vision predicts where an agent can walk beyond what is seen. • Computer vision learns stereo from single images. • Enabling the use of consumer-grade 360° cameras in construction using deep learning. • Learning to drive by predicting and reasoning about the future. • Visual Question Answering about everyday images. • … • Yet many other AI applications. Source: https://docs.google.com/presentation/d/1ZUimafgXCBSLsgbacd6-a-dqO7yLyzIl1ZJbiCBUUT4/edit#slide=id.g557254d430_0_0
  • 16. Dr. Paul Marx | Einfluss und Nutzen von Digitalisierung und Biologisierung auf eine nachhaltigeWirtschaft 16 Thank you!

Hinweis der Redaktion

  1. Endliche Ressourcen
  2. Ökonomie, Ökologie und Soziales im magischen Dreieck der Nachhaltigkeit gegenseitig bedingen und nicht teiloptimiert werden können
  3. https://www.umsicht.fraunhofer.de/content/dam/umsicht/de/dokumente/publikationen/2018/umsicht-diskurs-biologisierung.pdf https://www.umsicht.fraunhofer.de/de/positionen-diskurs/umsicht-diskurs-biologisierung.html Regenerative Ressourcennutzung Wirtschaftsprozesse zukünftig mehr an Vorbildern aus der Natur orientieren Waste from one process = food for the next one
  4. Wenn optimale Form nicht aus theoretischen Überlegungen abgeleitet werden kann und die Entwicklung empirisch erfolgen muss. Für das Ausprobieren stand während der Evoluation eine lange Zeitdauer zur Verfügung Dornehecken Bekannt als Bionische Entwicklungsarbeiten Leonardo da Vinchi – Vogel- und Federmausflug ->Ansätze fpr terchnische Fluggeräte Stacheldraht, Dornehecken nachempfundener Klettverschluss, Farbe mit Lotuseffekt
  5. Fasern aus Früchten Wundauflagen LACKE, UND FARBEN AUS PFLANZENÖL Kafeesatz als Dünger Wurst aus Pflanzlichem Protein Schwarze Soldatenfliege (Hermetia illucens) Algen - CO2 haltige Abgase können genutzt werden Öl oder Kohlenhydrate als Speicherstoffe. Auch Wertstoffe wie Vitamine und langkettige, mehrfach ungesättigte Fettsäuren lassen sich aus den Algen extrahieren. 1 Ha = 1 Tonne Soja = 150 Tonnen Insektenprotein Auch für die Rinder und Schweine hat die Verfütterung von Insektenproteinen, aufgrund ihres hohen Nährwerts, Vorteile: Sie wirkt sich positiv auf die Gesundheit der Nutztiere aus. Industrielle Ansätze, die auf Insekten basieren, bieten daher Lösungen für globale Probleme und Chancen für innovative Wertschöpfungen. Machienenbau, Automobilbranche, Arznei, Textilien, chemische Industrie, Biorafiinerie Organherstellung
  6. Adaptivität, Resilienz, Selbstorganisation, Schwarmintelligenz, Ökosysteme Erwartung: hohe Anpassungsfähigkeit, Robustheit und Kriesentoleranz für technische Systeme, Industrieungternehmen und Volkswirtschaften zu erreichen. Prinzip der Kreislaufwirtschaft, orientiert sich nach Kreisprozessen der Natur Wirtschaftliche Stoff- und Energieströme an in die natürliche Ströme einzubetten und und anzupassen “Unternehmensökosysteme” Evolutionäre Algorithmen Frauenhofer Umsicht: Fragen zu einer bilogischen Technik Algen - CO2 haltige Abgase können genutzt werden Gemüseanbau in der Stadt Waste of one process = food for the next one Abfälle - Kleidung (Trester) – Insekte .- Proteine – Futter für Nutztiere und Fische, Dünger –
  7. Prozesse, die Lebewesen künstlich erzeugen wollen oder Lebewesen oder lebende Systeme mit technischen Prozessen ider Produkten kombinieren (i) Imitation von Lebewesen KI-Forschung, Robotik, Nanoroboter, die sich mir Muskelkraft bewegen, Synthetische Biologie (ii) Kombination Einsatz von Lebewesen zur Herstellung von Chemikalien in Bioreaktoren (z.B. Pilze produzieren Waschmittel, Verband, Herstellung von Organen, Insekte als steuerbare Cameras für Suche nach Erdbeben) Nanoroboter, die sich mit Muskelzellen bewegen Computertechniken, die auf Bakterien basieren (Trogemann 2014) Einsatz von DNA-Segmenten, um im Verbung mit anderen Materialien chemische Reaktion zu steuern (Boersma et al. 2010) Mensch-Machiene-Interaktion: Protese, Implantate, tiefe Hirnstimulation (Schubert Herstellung von Organen (3D-Druck) Biologisch anbau in den Städten https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=53650.php
  8. Digitalisierung = Internet Digitalisierung ist der Oberbegriff für den digitalen Wandel der Gesellschaft und der Wirtschaft. Er bezeichnet der Übergang des von analogen Technologien geprägten Industriezeitalters hin zum Zeitalter von Wissen und Kreativität, das durch digitale Technologien und digitale Innovationen geprägt wird.
  9. Strictly said, you cannot split all these fields sharply one from another. In fact, they are deeply interwoven… They do though have a huge impact on doing business
  10. Maschienen können ihren Umfeld, Kontext, Sentiment wahrnehmen: