Informatik d indd

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Wetter und Klima 
Verlässliche Wettervorhersagen sind in unserer Gesellschaft 
bereits selbstverständlich geworden, Prognosemodelle für 
Klimaänderungen werden in der politischen Diskussion immer 
wichtiger. Zwar sind die Modelle und Verfahren komplex, das 
Grundwissen hierzu kann aber bereits in der Schule verstanden 
werden. Im Prinzip teilen wir die Erdoberfläche und die nähere 
Atmosphäre in Gebiete von in Wechselwirkung stehenden 
Quadern auf. Pro Quader berechnen wir aus den Daten zu einem 
Zeitpunkt t charakteristische Parameter wie Temperatur und 
Druck für den Zeitpunkt t+1. Abhängig von der Grösse der 
Gebiete, dem Einbezug unterschiedlicher Nachbarschaften und 
der Anzahl Zeitschritte entstehen so rechenintensive Probleme, 
die den Einsatz leistungsfähiger Computer bis hin zu Supercom-
putern erfordern.
 
Relevanz für die Schweiz:
 hohe gesellschaftliche Sichtbarkeit. 
Verlässliche Wetter- und Klimamodelle sind wichtig für Landwirt-
schaft und Tourismus.
Ingenieurtechnik 
Im Bereich der Ingenieurgebiete ist rechnergestütztes Arbeiten 
unabdingbar. Neue Flugzeuge werden heute modelliert und 
simuliert, die Zeiten von realen 1:1-Modellen, die im Windkanal 
getestet werden, sind vorbei. Der Pilot des Erstflugs vertraut  
den Resultaten vorhergehender Computersimulationen. Die 
Ersetzung von Crashtests für Automobile durch Simulationen im 
Rechner ist ähnlich zu sehen. So wird das Produkt vielfältiger 
testbar, und gleichzeitig reduziert diese Methode die Ent- 
wicklungskosten und den Energieverbrauch im Betrieb massiv.  
Am Beispiel des Autos: je dünner die Bleche, desto leichter  
das Auto und desto geringer der Benzinverbrauch. Aber auch  
hier gilt: Die Reduktion der Blechstärke muss abgesichert, die 
Reissfestigkeit gewährleistet sein.
 
Relevanz für die Schweiz:
 Produktivitätssteigerung für die 
Industrie. Einige Schweizer Softwarefirmen sind hier bereits 
weltweit führend. Diese Methoden sind auch in die Life Sciences 
übertragbar: Die Reissfestigkeit einer künstlichen Arterie  
und die eines Blechs können beide mit finiten Elementen be - 
rechnet werden.
Informatikdenken in anderen Disziplinen

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Geophysik 
Erdbeben zählen mit zu den grössten Naturkatastrophen, die wir 
kennen. Datenerfassungen und möglichst präzise Vorhersage-
modelle sind von extremer Wichtigkeit, weshalb auch die  
Schweiz einen nationalen Erdbebendienst unterhält. Das 
Verständnis geophysikalischer Prinzipien ist aber auch für die 
Förderung alternativer Energieformen sehr wichtig. In jüngster 
Zeit hat zwar die Geothermie wegen aufgetretener Schäden,  
die durch unkontrollierte Eingriffe in die Natur entstanden sind, 
neue Fragen aufgeworfen, aber hier sollte weniger die Technik  
als solche, sondern eher das methodische Vorgehen kritisiert 
werden. Denn statt mit Modellbildung und Simulationen wurde 
direkt am Objekt Erde mit gravierenden Folgen experimentiert.  
In Anbetracht der immensen Energievorräte, die hier noch 
erschlossen werden können, ist eine Neuaufnahme geo-
thermischer Projekte wahrscheinlich. Mathematische Modelle  
im Gleichschritt mit Informatikmethoden werden dabei eine 
Schlüsselposition einnehmen. 
 
Relevanz für die Schweiz:
 unabdingbar bei Sicherheitsfragen. 
Hohes Potenzial für die Energiegewinnung der Zukunft.
Nanostrukturen 
Die Weiterentwicklung neuer Materialien ist wichtig für die 
industrialisierte Welt. Das Gebiet der Nanotechnik hat hier  
in den letzten Jahren für Furore gesorgt, etwa durch selbstreini-
gende Oberflächen. Möglich wurde diese Entwicklung durch 
Erfindungen wie die des Rasterkraftfeldmikroskops. Dabei werden 
atomare Spitzen über die zu untersuchenden Oberflächen geführt, 
die damit auf atomarer Ebene beobachtbar und manipulierbar 
werden. Dank Informatikeinsatz lässt sich aus den Messdaten 
direkt ein visuelles Modell der Struktur erzeugen. Nach Erfolgen 
in der Materialkunde werden solche Verfahren gegenwärtig  
auch im Bereich der Life Sciences intensiv erforscht. So könnten 
Nanomedikamente Partikel direkt zu den betroffenen Zellen 
transportieren. Das öffnet Chancen, aber auch Risiken. Erneut 
wird die Bedeutung modellhafter Simulationen sichtbar. 
 
Relevanz für die Schweiz:
 hohe wissenschaftliche Kompetenz 
vorhanden. Neue Märkte insbesondere im Bereich der Life 
Sciences erschliessbar. 
Informatikdenken in anderen Disziplinen

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Medizin 
Neben der Entwicklung neuer Medikamente für bisher als 
unheilbar geltende Erkrankungen steht die Entwicklung neuer 
schonender apparativer Methoden im Fokus der Forschung. 
Beispielsweise werden bei Hyperthermieverfahren mittels 
Mikrowellen Krebszellen kontrolliert auf 43 Grad erwärmt, 
wodurch diese sterben. Bei ungenügender Eingrenzung sterben 
auch gesunde Zellen. Genau hier setzt die Informatikanwendung 
an. Aufgrund tomografischer Untersuchungen entsteht ein  
Modell des Tumors, Berechnungen minimieren das Absterben 
gesunder Zellen, der Patient kann schonend behandelt werden. 
Interdisziplinäre Forschung und Entwicklung durch Mediziner, 
Informatiker und Technikfirmen können so zu bezahlbaren  
neuen Verfahren im Gesundheitswesen führen.
 
Relevanz für die Schweiz:
 Sicherung des hohen Niveaus der 
medizinischen Versorgung. Wertschöpfung durch Steigerung der 
wirtschaftlichen Tätigkeit im Bereich Medizininformatik.
Soziale Netzwerke 
Soziale Netzwerke haben sich zu wichtigen Kommunikations-
plattformen entwickelt. Dass diese sozialen Netze Segen  
und Fluch zugleich sind, wird vielen erst schrittweise klar. 
Einerseits sind sie wahre Fundquellen, aus denen viel Positives 
ableitbar ist, andererseits sind sie auch gefährliche Öffentlich-
keitsausgänge für Privates. Hier besteht Klärungsbedarf für  
die Betroffenen, was schon früh in der Schule thematisiert 
werden kann. Darüber hinaus wird die Untersuchung sozialer 
Netze aber auch immer mehr ein Forschungsgegenstand.  
Sind etwa aus dem geschäftlichen E-Mail-Datenverkehr 
betriebliche Warnsignale ableitbar? Untersuchungen zum 
Scheitern der US-Firma Enron geben Ansatzpunkte hierzu. Die 
moderne Informatik hat hier fruchtbares Neuland betreten.
 
Relevanz für die Schweiz:
 Der Umgang mit öffentlich zu-
gänglichen Daten (auch Open Government Data OGD) und mit 
Analysewerkzeugen wird wichtiger. 
Tab.7
 Beispiele rechnergestützter Methoden in Forschung und Entwicklung
Informatikdenken in anderen Disziplinen

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