勇于创新,联网全球

无论是安全气囊还是MP3格式,无论是量子计算机还是绿氢:几十年来,弗劳恩霍夫协会一直以关键技术的发明和研究闻名于世。

Helikopter RACER
Fraunhofer IGCV mit Airbus

拿起地图,才会真正意识到弗劳恩霍夫协会的规模有多大。弗劳恩霍夫可以说是无处不在 -- 在德国,从毗邻北海海岸的伊策霍,直到最南端遥望阿尔卑斯山的上巴伐利亚小城霍尔茨基兴。2022年,弗劳恩霍夫协会仅在德国就将有76个研究所和分支机构,同时它的研究所还几乎走上了每一片大陆,在美国、巴西,还有南非、以色列、中国和印度。弗劳恩霍夫协会(FHG)的网络遍布全球,它也是欧洲最大的应用研究组织。无论是建筑物理学、数据处理或光伏、生物医学、机电一体化或聚合物研究 -- 它的涉猎之广,各类科学或技术课题几乎无所不包。

弗劳恩霍夫的研究所里诞生了许多世界闻名的发明:安全气囊就是一例。又例如可将音乐压缩成小文件的著名的MP3格式,也是诞生在埃尔朗根的弗劳恩霍夫集成电路研究所IIS。20世纪80年代,在MP3的开发过程中,研究人员使用了Suzanne Vega的著名歌曲 "Tom‘s Diner“(《汤姆的餐厅》)。它节奏清晰、曲调简约,因而成为有史以来第一首被压缩处理的歌曲。白光LED也是来自弗劳恩霍夫世界的一项举世闻名的发明。以前要生成LED白光,就必须将蓝色、绿色和红色LED光混合,这导致LED设计复杂且昂贵。1995年,弗莱堡弗劳恩霍夫应用固体物理研究所IAF的研究人员首次让一个单一的电子芯片发射出了纯白的光。LED从此大行其道,如今它照亮了千千万万的办公室和家庭。

弗劳恩霍夫协会(FHG)的约3万研发人员的创造力究竟来自何处?协会主席Reimund Neugebauer做出了解释:“我们专注于面向未来的关键技术。为此,我们不断评估具有巨大市场潜力和社会意义的创新业务领域和技术发展趋势,并相应地调整我们的重点“。FHG目前正在研究的重要领域包括生物经济、智能医学、量子技术,也包括人工智能和气候技术。Neugebauer表示,未来的能源供应尤其重要:“我们可以生产建造许许多多的量子计算机或高性能计算中心,但如果我们的能源供应不再安全自主,那一切也只能是空中楼阁。所以,我们的能源政策和能源供应解决方案研究必须得到推进“,目标是与我们在欧盟的邻国共同实现能源自主。

氢 -- 一个未来主题

因此,氢成为当前的一大主题。据弗劳恩霍夫氢网络发言人Mario Ragwitz称,目前有35个研究所正在从事这方面的工作。Ragwitz说:“非常好的一点是,我们涵盖了整个价值链,从氢的生产到运输,直到消费者“。FHG拥有电解实验室,以优化电解氢的过程。此外还有一些实验室在进一步开发将氢转化为电能的燃料电池。这些团队还在研究燃料电池生产的自动化,因为迄今这些电池仍然大部分由手工制作,对未来大规模利用氢而言,这种方式自然过于昂贵和缓慢。为了开发解决方案,凯姆尼茨的弗劳恩霍夫机床铸造技术研究所IWU打造了一款非同寻常的研究设备:一辆名为银色大黄蜂的汽车,它基于一项20世纪40年代从未投产的赛车设计。如今研究人员令它复活,并给它安装了一个燃料电池驱动系统,以测试新的组件和设计方案。

德国人的发明精神,向来是德国最重要的原材料。在这里开发的解决方案和创新为我们的繁荣做出了重要贡献,也成为深受欢迎的出口产品,对全球价值链产生着显著影响。

弗劳恩霍夫协会主席Reimund Neugebauer

在能源转型中,氢可以在哪些方面起到特别作用呢?这种非常实际的问题正是弗劳恩霍夫研究人员时时关注的。Mario Ragwitz认为,在几乎没有其它绿色替代品的情况下,要大规模减少二氧化碳排放,使用氢是有意义的,尤其是在化工和钢铁行业、航运和航空以及重型货物运输业等。例如在钢铁工业中,目前熔化生铁仍需燃烧大量的煤。FHG正在与钢铁企业Salzgitter AG等伙伴合作进行SALCOS项目,开发一种以氢为燃料的工艺。
对氢的使用,Mario Ragwitz原则上持谨慎态度:“只有解决了这种气体的运输问题,氢经济才能运转起来。“提到弗劳恩霍夫协会,他又补充说:“我们拥有必要的能力,无论是基础设施的规划,还是材料科学方面的知识。“

在过去的十年中,FHG一直居于德国专利和商标局专利申请榜单的前10或20名之内。该协会名下的许多专利这几年都已经产生了商业化方案,诞生了许多公司。到2022年初,FHG还在其中86家公司持股。弗劳恩霍夫协会每年的研究支出约为29亿欧元,其中绝大部分即25亿欧元用于委托研究这一核心领域。

与工业界的紧密联系之所以重要,不仅仅是因为资金来源。同样关键的是,研究人员要详细了解其工业合作伙伴的需求,以便找到合适的解决方案。例如奥格斯堡的弗劳恩霍夫浇铸、复合材料和加工技术研究所(IGCV)正与空客公司合作开发高速直升机Racer,这种直升机的飞行时速可达400公里,大大高于传统直升机的230至260公里,而且仍然非常节能。该研究所用轻质的碳纤维强化材料制造直升机部件。生产过程的不寻常之处在于,碳纤维的层层铺设不是由手工完成,而是由机器人进行,从而加快了生产速度。

在一个多兆瓦的实验室里,研究人员正在研究稳定电力供应的先决条件。
在一个多兆瓦的实验室里,研究人员正在研究稳定电力供应的先决条件。
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

完善的全球网络

弗劳恩霍夫协会成立于1949年3月26日,彼时只有103名成员,难以想象它日后会达到怎样的规模。今天,协会早已走出德国,活跃在全世界,设在美国、智利和新加坡等地的八个海外子公司起到尤其大的作用。国际项目也成为日常。FHG还参与了一些欧盟项目,例如在GreenCarbon(绿碳)项目中,与其他国家的合作伙伴一起研究如何从生物废料中获取碳纤维。

国际合作的另一个例子是致力于开发量子技术的QuTech项目。弗劳恩霍夫协会在这一项目中与其在荷兰的对接机构TNO研究协会以及代尔夫特理工大学展开合作。量子技术是目前弗劳恩霍夫最重要的研究领域之一。全世界都在致力于开发量子计算机,其运行特定任务的速度将比传统计算机快得多,从而有望解决高尖的数学问题。化学和制药公司也可以用它来开发和研究复杂的新分子结构。同时,量子通信也特别适合用于保障银行和保险公司的数据传输,因为它能自动登记信息是否被黑客截获。

30.000 人在遍布全球的弗劳恩霍夫研究所致力于开发未来关键技术。

引领潮流的量子计算机

弗劳恩霍夫目前正在为此打下许多基础,包括与IBM开展合作,并于2019年推出了IBM Q System One,这是第一台可以在实验室环境之外使用的量子计算机。数月以来,一个由七家弗劳恩霍夫研究所组成的联合小组一直在德国运行这台量子计算机。“我们想看看它适合应用在哪些方面“,柏林弗劳恩霍夫FOKUS研究所所长Manfred Hauswirth说。“因为可以肯定的是,它不会完全取代传统计算机,而是将专注于解决特殊的复杂问题。“ 为了在日常工作中能够编写程序、使用量子计算机,首先还要为它开发出正确的算法。让量子计算机可以投入使用,是一项艰巨的任务,需要许多合作伙伴共同努力。

与德国癌症研究中心合作:用量子计算机评估治疗数据
与德国癌症研究中心合作:用量子计算机评估治疗数据
Schwerdt/DKFZ

"在德国,我们这方面的条件非常好“,耶拿的弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所所长Andreas Tünnermann强调说。“联合研究是德国的一大特色,多年来促进着新技术的开发”,尤其是对于成果尚无法预见的技术。中小型公司无法独自承担这样的风险,但在合作中他们获得国家资助,与研究机构一起工作。迄今FHG已经参与了许多这样的合作项目。“而且合作持续时间很长”,Tünnermann说。“这样的合作项目可以持续十年以上,并带来巨大的成果。“

在这种锲而不舍的精神之下,自1949年协会成立以来的70多年里,许多弗劳恩霍夫点子都获得了成功。MP3格式就是一例,它的开发历时多年,最终成为全球标准。

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