Session 4: Antizipation durch Simulation: Technische, natürliche und soziale Systeme

Computergestützte Simulationen haben sich als weitere wissenschaftliche Methode neben Theorie und Experiment etabliert. Das Experiment liefert eine begrenzt gültige Aussage, weil es nur einen kleinen Ausschnitt der Wirklichkeit erfasst. Die Theorie abstrahiert sehr stark, um mit wenigen Variablen allgemeine Aussagen über größere Zusammenhänge machen zu können. Die Simulation dagegen modelliert das Verhalten komplexer Systeme und ihrer Einheiten, indem sie im Computer eine Vielzahl von Daten miteinander verbindet. Damit könnte sie sich als Mittlerin zwischen Experiment und Theorie erweisen, weil sie ihre jeweiligen Stärken in sich vereint.

Der Siegeszug der Simulation hängt zusammen mit der steigenden Rechenleistung bei zugleich sinkenden Kosten. Dadurch ist es nun in einer Vielzahl von Disziplinen möglich, komplexe Forschungsgegenstände mittels Simulation zu untersuchen – so lassen sich die Entwicklung von technischen Bauteilen, die Ausbreitung von Seuchen, der Wandel des Klimas oder Tierversuche im Computer modellieren.

Simulationen können viele Gegenstände und Vorgänge darstellen. Eine Stärke liegt in der Modellierung von Netzwerken, weil diese aus Knoten und Beziehungen zwischen ihnen bestehen, also die komplexe Struktur vieler Systeme gut wiedergeben. Es spielt dabei keine Rolle, ob es um ein biologisches (Sub-) System wie einzelne Organe oder den Menschen, die Interaktion zwischen Mensch und Maschine oder das Geschehen in einem sozialen Netzwerk geht. Denn diese Beispiele aus Systembiologie, Sozionik und Netzwerkanalyse demonstrieren die Vielseitigkeit und die Chancen der Simulation.

Session 4 wird moderiert von Prof. Dr. Armin Grunwald, Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS) des Forschungszentrums Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft, und soll den Wert der vergleichsweise jungen Methode Simulation für verschiedene Wissenschaften und die Innovationsförderung einschätzen.

1. Vortrag – Natürliche Systeme: Systembiologie

Hintergrund: Die Biowissenschaften erforschen mit meist qualitativen und beschreibenden Einzelstudien Zellbestandteile und deren Funktionen. Um jedoch Erkenntnisse über ihr Zusammenwirken im Lebensprozess zu gewinnen, müssen die Ergebnisse in einen Gesamtzusammenhang gesetzt werden. Dies leistet die Systembiologie, ein interdisziplinärer Forschungsansatz aus Biologie, Informatik, Mathematik und System- und Ingenieurswissenschaften. Die Systembiologie verarbeitet im Computer die große Menge vorhandener Daten zu Modellen von physiologischen Vorgängen und Organismen. Diese Verbindung von Einzelstudien („wet lab“) und Simulation („dry lab“) fördert somit eine ganzheitliche, realitätsnahe Sicht auf Lebensprozesse.

Ziel: Die Teilnehmer diskutieren das Verhältnis von Experiment und Simulation im Forschungsalltag der Biologie und fragen, in welchen anderen Disziplinen diese methodische Kombination nützlich wäre.

Prof. Dr. Dr. h.c. mult Willi Jäger, Interdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen (IWR) der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

2. Vortrag – Technische Systeme: Sozionik

Hintergrund: Das Verhältnis von Mensch und Maschine ändert sich: Programme und Roboter werden leistungsfähiger und werden in immer mehr Lebensbereichen eingesetzt. Daher ist es notwendig, komfortable und intuitive Bedien- und Verhaltenskonzepte für diese Programme und Roboter zu entwickeln: Sie müssen sich menschlichem Handeln anpassen, soziale Verhaltensweisen nachahmen und vorgefundene Beziehungen und Rollen berücksichtigen können. Die Sozionik als Kombination aus Soziologie und Informatik untersucht die zukünftige technische Umsetzbarkeit und industrielle Verwertbarkeit solcher Konzepte. Sie tut das für die verschiedensten Bereichen, wie z. B. Logistik, flexible Fertigung, Robotik, Organisationsverwaltung, Web-Dienste, Infotainment u.a.

Ziel: Die Teilnehmer diskutieren den Nutzen und die Anwendungsmöglichkeiten der Simulationen bei der Innovation industrieller Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine.

Prof. Dr. Hans-Dieter Burkhard, Humboldt-Universität Berlin

3. Vortrag – Soziale Systeme: Innovationsnetzwerke

Hintergrund: Moderne Innovationspolitik fördert die Vernetzung in der Forschung als auch zwischen Forschung und Wirtschaft. Solche Innovationsnetzwerke zielen auf eine effiziente Verbindung von Wertschöpfungsprozessen ab, man kann sie als soziale Infrastruktur einer Wissensgesellschaft begreifen. Wie aber sieht ein Netzwerk aus, das diese Aufgabe am besten erfüllt? Welche Innovationsnetzwerke sollten von der Politik gefördert werden? Eine Antwort kann die Simulation geben, die das komplexe Geschehen in Netzwerken modelliert und durchspielt, indem sie zeigt, wie sich neues Wissen in einem Netzwerk verbreitet und von seinen Teilnehmern angenommen wird.

Ziel: Die Teilnehmer diskutieren Simulation als Methode für Innovationspolitik und fragen, welche Bedingungen ein erfolgreiches Innovationsnetzwerk erfüllen und die Simulation daher abfragen muss.

Dr. Harald Katzmair, FAS Research, Wien / New York