12.10.2022

Mayflower Autonomous Ship 400: Wie erstmalig ein unbemanntes Schiff den Atlantik überquerte

Das Forschungsschiff Mayflower Autononmous Ship 400 (MAS400) ist Ende April von Plymouth in England aus in See gestochen und erreichte am 5. Juni Halifax in Kanada. Wir haben mit Brett Phaneuf, Ideengeber und Leiter der Meeresforschungsorganisation ProMare, über die technologische Meisterleistung gesprochen.
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Ein Modell des Schiffes wurde während dem IBM Pop-up im Wiener Museumsquartier ausgestellt | (c) Martin Pacher

Für die Erforschung unserer Ozeane sind Forschungsreisen in teils weit abgelegene Regionen nötig. In der Regel sind derartige Reisen lange, teuer und für die teilnehmenden Forscher:innen mit zahlreichen Risiken verbunden. Abhilfe möchte nun ein neues High-Tech-Schiff namens Mayflower Autononmous Ship 400 schaffen, das von Brett Phaneuf, Co-Founder der Meeresforschungsorganisation ProMare in Zusammenarbeit mit IBM als Technologie-Partner entwickelt wurde. Das autonome und KI-getriebene Schiff soll künftig wichtige Daten über den Zustand der Ozeane sammeln.

Die Jungfernfahrt über den Atlantik erfolgte fast genau 400 Jahre nachdem die Mayflower mit den ersten englischen Siedler:innen an Bord Kurs auf die neue Welt nahm. Mit dem Projekt möchte Brett Phaneuf die Reise von 1620 würdigen und zugleich neue Maßstäbe im Bereich der Klimaforschung setzen. Am 5. Juni ist ihm und seinem Team ein wichtiger Meilenstein geglückt. Das mit Sonnenenergie betriebene Schiff erreichte den Hafen von Halifax in Kanada.

Anlässlich des IBM Pop Up war Brett Phaneuf zu Gast in Wien | (c) martin pacher / der brutkasten

Welche Learnings haben Sie während des Projektes gemacht?

Brett Phaneuf: Wir haben sehr viel gelernt. Am meisten war ich aber über das Ausmaß des Interesses überrascht, das Mayflower Autonomous Ship 400 ausgelöst hat. Dies trifft auch auf das Team zu. Ich war davon beeindruckt, dass so viele Leute, mit denen wir 2016 das Projekt gestartet haben, noch immer an Bord sind. Es ist wirklich keine einfache Aufgabe Leute sechs Jahre lang an der Stange zu halten. Dazu zählt auch IBM, der uns als Partner seit 2017 mit Technologie unterstützt. Zudem kann ich mich noch an den Moment erinnern, als das Schiff nach der Atlantiküberquerung in den Hafen eingelaufen ist und über 50.000 Leute unseren Kamera-Feed verfolgten. Ein unbeschreibliches Gefühl.

Welche Unterstützung habt ihr von IBM erhalten?

Brett Phaneuf: IBM hat uns in vielen Bereichen geholfen. So verschafften sie uns beispielsweise Zugang zu ihren Supercomputer-Ressourcen und einer Vielzahl an Software-Tools. Dazu zählt beispielsweise Maximo Visual Inspection von IBM. Zudem hat sich IBM auch Gedanken darüber gemacht, wie man dem Schiff helfen kann, in komplexen Situationen Entscheidungen zu treffen. Ein Tool war hier ein Operational Decision Manager (ODM), der eigentlich in der Finanzwelt zur Anwendung kommt. So gilt es auf See ein komplexes Set an Regeln zu beachten. Dazu zählen Anti-Kollisionsregeln, rechtliche Vorschriften aber auch das Wetter. Die Liste an Tools lässt sich noch weiterführen. Ingesamt haben sich seit dem Projektstart in Summe vier bis fünfhundert Leute von IBM auf vier Kontinenten freiwillig gemeldet und ihr Fachwissen aus den jeweiligen Bereichen beigesteuert.

Welchen Beitrag kann das Mayflower Autonomous Ship zur Beschaffung von Klimadaten leisten?

Brett Phaneuf: Das wirklich Interessante am Mayflower Autonomous Ship ist für mich, dass wir es geschafft haben, die Kosten für die Beschaffung von Klimadaten zu senken. Dies trifft insbesondere für Regionen unseres Planeten zu, die sehr schwer zugänglich sind. Auf den Ozeanen verkehren kommerzielle Schiffe in der Regel nämlich nur nach bestimmen Routen. Die globale Flotte an Forschungsschiffen, die auch entlegene Teile der Ozeane ansteuert, ist zudem sehr klein. Ein Forschungsschiff kostet in der Regel 50 oder 100 Millionen Euro, damit Wissenschaftler:innen für ein paar Monate in See stechen können. Eine Möglichkeit die Kosten zu senken, sind hier künftig definitiv Schiffe, die autonom verkehren. Somit würden auch kleinere Organisationen die Möglichkeit erhalten, an Forschungsmissionen teilzunehmen.


Technischen Details und Fähigkeiten des Mayflower Autononmous Ship 400 (MAS)

  • Das Schiff wiegt rund fünf Tonnen und hat mehr als 30 Sensoren an Bord.
  • Die Sensoren liefern Daten durch die der speziell entwickelte “AI Captain” “sehen” und “entscheiden” kann. Zum Einsatz kommt hierfür IBM Maximo Visual Inspection & IBM Operational Decision Manager
  • Die Systeme der Mayflower synchronisieren sich mit der IBM Cloud, sobald eine Satellitenverbindung verfügbar ist und rufen kontinuierlich Wetterdaten ab.
  • Die Forschungsprojekte an Bord konzentrieren sich auf Meeresqualität und –chemie, z.B. mit Hypertaste – einer neuen von IBM Research entwickelten Technologie für schnelle KI-gestützte chemische Tests.
  • Analyse von Mikroplastik-Konzentration, die Untersuchung von Meeresspiegel, Wellenhöhe und das Potenzial für die Energiegewinnung.
  • Mit Hilfe von akustischen Sensoren wird ein Unterwasser-Audiostrom gesammelt, der mittels eines Machine-Learning Modells die Geräusche auf Merkmale der Stimmen von Meeressäugern analysiert.

Welche rechtlichen Herausforderungen gab es zu bewältigen?

Brett Phaneuf: Das wirklich komplexe an dem Projekt waren sicherlich auch die rechtlichen Rahmenbedingungen. Wenn wir uns das Gesetz anschauen, dann gibt es ein Seerechtsübereinkommen der Vereinten Nationen, das die Nutzung von Schiffen auf offener See regelt. Gibt es spezifische Regeln für unbemannte Schiffe? Nein, niemand kennt hier genaue Vorschriften. Es gibt aber Antikollision-Regeln, die besagen, dass nach bestem Wissen Ausschau gehalten werden muss. Ob es ein Mensch sein muss, steht nirgendwo geschrieben. Wir sind der Ansicht, dass wir die Regeln erfüllen. Im Gegensatz zu Menschen werden unsere Kamera- oder KI-Systeme nie müde oder langweilen sich.

(c) martin pacher / der brutkasten

Inwiefern kann die Technologie skaliert werden und beispielsweise bei Container-Schiffen zum Einsatz kommen?

Brett Phaneuf: Die Technologie finanziell zu skalieren, ist natürlich eine sehr große Herausforderung. In Bezug auf den Containerschiff-Verkehr macht es meiner Meinung nach weniger Sinn. Hier liegen die wirtschaftlichen Einsparpotentiale eher in der Treibstoff-Optimierung und im Routing. Im Zuge des Projekts haben sich aber auch zwei Spin-Offs herausgebildet. Eines von ihnen ist Marine AI, das Software-Komponenten an andere Unternehmen verkauft und mit seiner Technologie beispielsweise hydrografische Vermessungen für Windparks ermöglicht. Aber auch im Bereich von Yachten gibt es neue Anwendungsmöglichkeiten. Der beste Platz auf einer Yacht ist bekanntlich die Brücke ganz oben. Hier werden wir künftig völlig neue Design erleben, davon bin ich überzeugt.


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Forwit, FTI-Monitor
(c) FORWIT - Der FTI-Monitor des FORWIT.

Mit dem FTI-Monitor analysiert der “Rat für Forschung, Wissenschaft, Innovation und Technologieentwicklung” (FORWIT) anhand von 244 Indikatoren Österreichs Leistungsfähigkeit in Forschung, Technologie und Innovation (FTI) im Vergleich zu den Innovation Leaders des European Innovation Scoreboard (Dänemark, Schweden, Finnland, Niederlande und Belgien), dem EU-Durchschnitt und den bereichsabhängigen Top 3.

FTI-Monitor: Österreich noch kein Innovation Leader

“Österreichs FTI-System hat sich in den vergangenen Jahren – auch im europäischen Vergleich – gut entwickelt, sodass wir heute in einigen Teilbereichen eine führende Position auf dem Niveau der Innovation Leaders einnehmen. Das zeigt der FTI-Monitor deutlich. Damit wir die Erfolge festigen und bis 2030 insgesamt zu einem Innovation Leader werden, braucht es weiterhin entschiedenes, systemisch wirksames Handeln und eine starke Rolle Österreichs in Europa”, sagt Thomas Henzinger, Vorsitzende des Rates.

Insgesamt zeichnen die Ergebnisse für das Jahr 2024 ein ähnliches Bild wie im Vorjahr, in dem Österreich gegenüber dem EU-Durchschnitt gut abschneidet, es jedoch noch nicht schafft, gemäß der FTI-Strategie 2030 der Bundesregierung zu den Innovation Leaders aufzuschließen.

Zur Erklärung: In der FTI-Strategie 2030 hat sich die österreichische Bundesregierung das Ziel gesetzt, bis 2030 zu einem Innovation Leader aufzusteigen. Als Innovation Leaders zählen EU-Länder, die mindestens 125 Prozent der Leistung des EU-Durchschnitts erreichen. Aktuell rangiert Österreich mit rund 119 Prozent in der Verfolgergruppe der Strong Innovators, also jenen Ländern, die zwischen 100 und 125 Prozent erreichen.

Forschung und Entwicklung “überdurchschnittlich”

Zu den Ergebnissen ist zu sagen, dass der Bereich Finanzierung von Forschung und Entwicklung weiterhin überdurchschnittlich performt, insbesondere in der Unternehmensförderung. Da die öffentliche Forschungsförderung weiter intensiviert wurde, zählt Österreich nun erstmals zu den Top-3-Ländern. Allerdings wird primär durch Steueranreize, also indirekt, gefördert. Um innovative und damit risikoreiche Forschungsvorhaben zu unterstützen, sollte die direkte Förderung weiter gestärkt werden, heißt es laut Aussendung.

Die Unternehmensförderung trage auch wesentlich zu Österreichs Standortattraktivität bei, die gegenüber den Innovation Leaders nach wie vor überdurchschnittlich hoch bewertet wird. Einen positiven Beitrag leisten zudem die Strenge der Regulierung geistigen Eigentums und die Verfügbarkeit von Strom aus sauberen Quellen. Dämpfend wirken hingegen Aspekte wie Unternehmensbesteuerung, Qualität der Publikationen, die Zahl von Tertiärabschlüssen in naturwissenschaftlichen und technologischen Fachrichtungen und die nationale Regulierungsqualität.

Neben der internationalen Verflechtung ist weiters der Bereich Kreislaufwirtschaft in Österreich stärker ausgeprägt als in den innovationsführenden Ländern. Dafür verantwortlich sind vor allem Investionen in kreislaufwirtschaftliche Anlagen, die Wertschöpfung der Betriebe und der Anteil kreislaufwirtschaftlicher Exporte. Weitere Stärken bilden die Menge des gesammelten Elektroschrotts und der hohe Recyclinganteil von Batterien. Herausforderungen liegen in der Verwertung von future waste, also von aktuell existierenden Produkten, die künftig zu Abfall werden, und der Notwendigkeit, die Grundlagenforschung in diesem Bereich weiter zu auszubauen.

Gründungen und Kapital

Für den Gründungssektor lässt sich indes einerseits eine Aufholdynamik im Bereich der Mittelaufbringung über Risikokapital feststellen, andererseits seien jedoch grundlegende Verbesserungen notwendig, um insgesamt zumindest zum EU-Durchschnitt aufzuschließen. Speziell bei den schnellwachsenden Unternehmen und der Gesamtbewertung der Unicorns zeigt sich ein signifikanter Rückstand gegenüber den Vergleichsgruppen.

Im Bericht liest es sich so: “Im Bereich der Gründungen konnte Österreich in wichtigen Kennzahlen starke Verbesserungen gegenüber den Vorjahren erzielen. Insgesamt zeigt sich jedoch noch Aufholpotenzial in einigen Bereichen. Die Auswahl der Indikatoren wurden gegenüber den Vorjahren verändert. Während die Risikokapitalintensität, die Finanzierungsstruktur der VC-Fonds (Mittelaufbringung) und die Motivation für unternehmerisches Handeln beibehalten wurden, wurde der zuletzt verwendete Indikator der Gazellen gemäß Eurostat in zwei genauer gefasste Indikatoren (jeweils gemessen an der Beschäftigung) aufgeteilt: ‘schnellwachsende Unternehmen’ und ‘junge schnellwachsende Unternehmen’. Zusätzlich wurde ein Indikator zur Bewertung von „Unicorns“ (Startup-Unternehmen mit einer Bewertung von über US$ 1 Mrd.) im Verhältnis zum BIP in den FTI-Monitor neu hinzugenommen.”

Unterdurchschnittlich bei “schnellwachsenden Unternehmen”

Der Anteil der schnellwachsenden Unternehmen, also Unternehmen mit einem durchschnittlichen jährlichen Beschäftigtenwachstum von über zehn Prozent über drei Jahre, beträgt in Österreich 8,2 Prozent, womit an die bisherigen Höchstwerte der Jahre 2018 (8,28 Prozent) und 2019 (8,63 Prozent) angeschlossen werden kann.

Jedoch ist dieser Wert gegenüber den drei Vergleichsgruppen nur unterdurchschnittlich: EU-weit liegt der Anteil der schnellwachsenden Unternehmen bei 10 Prozent, bei den Innovation Leaders bei über 12 Prozent und bei den Top 3-Ländern bei 15 Prozent. Beim Anteil der jungen, schnellwachsenden Unternehmen (schnellwachsende Unternehmen, die maximal fünf Jahre alt sind) befindet sich Österreich mit 0,58 Prozent ebenfalls hinter den Vergleichsgruppen, wobei hier der Abstand zum EU-Durchschnitt sowie zu den Top 3-Ländern noch größer ausfällt.

FIT-Monitor zu Unicorns

Auch bei der Bewertung der Unicorns in Prozent des BIP ist Österreich nur unterdurchschnittlich gegenüber den drei Vergleichsgruppen. Während sich die Bewertungen in Österreich auf etwa 1,6 Prozent des BIP summieren, liegt der EU-Schnitt bei 2,3 Prozent und jener der Innovation Leaders bei etwa 2,7 Prozent. “Aufgrund der Datenverfügbarkeit (Quelle GII ausschließlich 2023) lässt sich noch kein allgemeiner Trend ableiten, aber der Rückstand auf den EU-Durchschnitt beträgt etwa drei Unicorns”, heißt es.

In Bezug auf die Risikokapitalintensität wurde im Monitor der Indikator verfeinert, was auch hinsichtlich der Erreichung des zugehörigen FTI-Ziels Auswirkungen hat. Wurde bisher in die maßgebliche Größe auch Private Equity miteinbezogen, findet sich nun ausschließlich die Summe der drei Venture Capital Kategorien: Seed, Startup und Late Stage Venture als Risikokapital wieder.

Die Erkenntnis: Die Risikokapitalintensität misst die Größe des in Österreich investierten Risikokapitals von in- und ausländischen Fonds im Verhältnis zum BIP (die dargestellten Werte wurden über drei Jahre in der Zeitreihe geglättet); so lässt sich für Österreich eine sehr positive Dynamik seit 2021 beobachten, die einer 4,5-Fachung der Risikokapitalintensität entspricht.

Nicht nur konnte sich Österreich damit deutlich vom EU-Durchschnitt abheben, auch konnte der Abstand zu den Innovation Leaders und den Top 3-Ländern reduziert werden. Wobei den Bemühungen zur Erhöhung der Quote weiterhin intensiv nachgegangen werden müsse, da alle Vergleichsgruppen ebenfalls Wachstumspfade beschreiten. Um in die Nähe der Innovation Leaders zu kommen, müsste die Risikokapitalintensität in Österreich von derzeit rund 0,1 Prozent des BIP um 50 Prozent gesteigert werden.

Handlungsempfehlungen

Für den Themenkomplex Gründungen, aber auch für die Unternehmens-FTI wäre die Stärkung von Venture Capital in den früheren Phasen mittels eines Dachfonds (ähnlich dem Vorbild des dänischen Export and Investment Fund) notwendig, um Investitionen aus dem institutionellen Sektor (etwa Pensionskassen, Versicherungen oder Stiftungen) anzuziehen bzw. auszulösen. Schweden könne diesbezüglich als Vorbild genannt werden, hier wurden relevante Maßnahmen allerdings bereits vor Jahrzehnten eingeleitet.

FTI-Monitor weist infrastrukturelle Defizite aus

Hinsichtlich des Digitalisierungsgrades konnte sich Österreich leicht verbessern, schließt aber nach wie vor nicht zu den Innovation Leaders auf. Zurückzuführen ist diese Entwicklung, insbesondere auf infrastrukturelle Defizite wie etwa in der geringen Breitbanddurchdringung und der vergleichsweise niedrigen Verfügbarkeit von Glasfaseranschlüssen. Aber auch die unterdurchschnittliche IKT-Innovationsperformance (Informations- und Kommunikationstechnologie) und der durch den Mangel an IKT-Absolvent:innen zusätzlich verschärfte Fachkräftemangel wirken sich negativ auf die Leistungsfähigkeit aus – mit entsprechenden Auswirkungen auf die Kompetenzen für die Entwicklung und Nutzung von KI-Systemen.

Weiterhin eine Herausforderung für die österreichische FTI-Politik stellt zudem die Geschlechtergerechtigkeit dar, nicht zuletzt vor dem Hintergrund der steigenden Nachfrage nach qualifizierten Fachkräften. Dabei sind die größten Schwächen der Anteil von Forscherinnen in Unternehmen und die Anzahl der IKT-Absolventinnen sowie die Leistungsdifferenz zwischen Mädchen und Buben beim internationalen PISA-Test im Bereich Mathematik. Auch dieses Defizit wirkt sich wiederum auf den Gründungssektor aus, in dem lediglich 17 Prozent aller Gründer:innen weiblich sind.

Triple Transition

“Forschung, Technologie und Innovation sind die Schlüssel für Österreichs und Europas Wohlstand, Souveränität und Zukunft”, sagt die stellvertretende FORWIT-Vorsitzende, Sylvia Schwaag Serger. “Wenn wir wissen, wie wir uns in jenen Bereichen, die für die Bewältigung der triple transition – also der grünen, digitalen und sozialen Transformation – relevant sind, entwickeln, sind wir in der Lage, entschieden und vorausschauend zu handeln. Dazu trägt der Rat mit dem FTI-Monitor bei.”

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