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Herausforderungen und Perspektiven

Dieses Kapitel ist (neben dem Kapitel Themenbereiche der PTB) ein Auszug aus dem Arbeits- und Forschungsprogramm der PTB und stellt jene Forschungsthemen vor, die die PTB gezielt intensivieren und neu aufgreifen wird. Denn diese Themen stellen mittelfristige und zukünftige Herausforderungen in der Metrologie für Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft dar und eröffnen somit neue Perspektiven. Die (unter anderem) daraus folgende Entwicklung von innovativen Messverfahren und die Bereitstellung neuer Kalibrierdienstleistungen fußt dabei in vielen Fachbereichen der PTB auf wissenschaftlich-technischen und methodisch-apparativen Alleinstellungsmerkmalen. Zusätzlich werden Kooperationen mit Universitäten und - insbesondere - mit anderen europäischen Metrologieinstituten abgestimmt und verstärkt. Die maßgebliche und strategisch ausgerichtete Mitarbeit in nationalen und internationalen Gremien der Normung, der Standardisierung, der Akkreditierung und nicht zuletzt der Meterkonvention werden diese Aktivitäten auch in Zukunft wirkungsvoll flankieren. Es ist das erklärte Ziel der PTB, ihre Rolle als eines der richtungsweisenden nationalen Metrologieinstitute in Europa und in der Welt zu stärken und weiter auszubauen.

Innovation und IndustrieInnovation und Industrie

Die hohe Bedeutung einer innovativen und damit auch künftig wettbewerbsfähigen Industrie wird sowohl national auch als international immer wieder adressiert. So werden im EU-Forschungsprogramm Horizont 2020 als Schlüsseltechnologien (Key Enabling Technologies, KET) für innovative Produkte die folgenden Bereiche genannt: Nanotechnologie, Mikro- und Nanoelektronik, neue Materialien, Biotechnologie, Photonik und fortgeschrittene Fertigungstechnologien, alles Felder mit unmittelbar metrologischem Bezug. 

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Energie und UmweltEnergie und Umwelt

Die Metrologie ist eine Schlüsseldisziplin für den Umwelt- und Klimaschutz sowie für eine sichere, nachhaltige, umweltverträgliche und wirtschaftliche Energieversorgung. Die metrologischen Herausforderungen der kommenden Jahre bestehen in der Erweiterung der Messbereiche energierelevanter physikalischer Größen und der Entwicklung und Rückführung empfindlicher und hochgenauer Messverfahren für umweltrelevante Größen.

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Mensch und GesundheitMensch und Gesundheit

Kaum eine Entwicklung wird die modernen Industriegesellschaften in der in Zukunft so prägen wie der demografische Wandel, welcher zu einem starken Anstieg von altersbedingten Leiden (wie z. B. Herzkreislauferkrankungen, Krebs und neurodegenerative Krankheiten) führen wird. Die moderne Medizin beruht auf quantitativen Messungen von physiologischen Größen als auch von zellulären und molekularen Prozessen. Im menschlichen Körper sind diese Größen eng miteinander verbunden und für eine verbesserte Diagnose von Krankheiten und fundierte Therapieentscheidungen von hoher Bedeutung.

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Gesetzliches und internationales MesswesenGesetzliches und internationales Messwesen

Durch gesetzliche Regelungen über Messungen, Messgeräte und die Verwendung von Messwerten wird in praktisch allen Staaten der Welt ein fairer Handel unterstützt und das Vertrauen der Bürger in amtliche Messungen gefördert. Darüber hinaus dienen gesetzlich geregelte Messungen auch der Rechtssicherheit und der Abwendung von möglichen großen wirtschaftlichen Schäden, wie zum Beispiel beim grenzüberschreitenden Handel mit Erdgas oder Mineralöl. Nur mit international einheitlichen Anforderungen an Messgeräte und Messbedingungen lässt sich erreichen, dass Messgeräte in unterschiedlichen Staaten innerhalb bestimmter Fehlergrenzen dieselben Messwerte anzeigen. In Zeiten der Globalisierung ist es darüber hinaus wichtig, dass nicht nur technische Anforderungen an Messgeräte einheitlich und verbindlich geregelt sind, sondern auch Prüfverfahren, Prüfberichte und Zertifikate. Dies ist die Aufgabe von internationalen und regionalen (z. B. europäischen) Organisationen, wie OIML(Organisation Internationale de Métrologie Légale) und WELMEC (European Legal Metrology Cooperation).

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Das neue System der EinheitenDas neue System der Einheiten

Die geplante Neudefinition der jetzigen sieben SI-Basiseinheiten betrifft im Wesentlichen die Einheiten Kilogramm, Mol, Ampere und Kelvin, mit den definierenden Konstanten Plancksches Wirkungsquantum h, Avogadrokonstante NA, Elementarladung e und Boltzmannkonstante k. Die anderen drei Basiseinheiten Sekunde, Meter und Candela werden lediglich in der sprachlichen Formulierung angeglichen, was jedoch keine Auswirkung auf die Realisierung hat. Die Generalkonferenz der Meterkonvention und das Internationale Komitee für Maße und Gewichte (CIPM) fordern bis zur Neudefinition der SI-Basiseinheiten eine noch bessere Kenntnis der definierenden Kostanten, vor allem von h und k. Es ist ebenfalls erforderlich, Messwerte dieser Konstanten durch mindestens zwei unabhängige Messmethoden zu bestimmen. Konsistente Messwerte, die bis zum 1. Juli 2017 zur Veröffentlichung in einer referierten Fachzeitschrift angenommen sind und dem Komitee für Daten in Wissenschaft und Technik (CODATA) vorliegen, werden in die Festlegung der Zahlenwerte von h und k eingehen.

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QuantentechnologieQuantentechnologie

In der PTB sind Quantentechnologien ein großes und vielfältiges Themenfeld, das sowohl Fragen der Grundlagenforschung als auch industrielle Anwendungsfälle umfasst. Beide Aspekte sind Teil der gesetzlichen Beauftragung der PTB. Insbesondere in der Quantenmetrologie und bei Quantensensoren ist die PTB dabei eine weltweit führende Institution. Beispiele für diese Spitzenforschung sind hochgenaue Quantenstandards für elektrische Größen, empfindliche Sensoren für medizinische Anwendungen, mikrostrukturierte Ionenfallen, Kryosensoren zur empfindlichen Messung von Magnetfeldern, Einzelphotonenquellen und -detektoren für die Quantenradiometrie und Quantenkryptographie sowie ultrastabile und genaue optische Uhren.

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PTB-Arbeiten für Kfz-AbgasmessungenPTB-Arbeiten für Kfz-Abgasmessungen

Seit September 2017 gibt es eine neue Abgasrichtlinie. Durch sie ergeben sich wichtige Änderungen bei der Abgasuntersuchung (AU), die auf Wunsch des Gesetzgebers zeitnah umgesetzt werden sollen. Die PTB bereitet sich genauso wie die beteiligten Ministerien, Eichämter und Messgerätehersteller intensiv auf die Umsetzung der gesetzlichen Vorgaben vor.

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Metrologie für die Digitalisierung von
Wirtschaft und Gesellschaft
Metrologie für die Digitalisierung von
Wirtschaft und Gesellschaft

Die Digitalisierung ist ein fortwährender Prozess, der alle Bereiche der Gesellschaft auf ganz verschiedene Weise intensiv beeinflusst und nachhaltig verändert. Viele Aspekte dieses Prozesses subsumieren sich in einer in Zukunft vollständig digitalisierten Qualitätsinfrastruktur. In dieser werden Prozesse komplett digital abgewickelt, Objekte weitreichend vernetzt und intelligente Algorithmen intensiv genutzt. Diese digitale Transformation ist bereits in vollem Gange und wird durch die aktuellen technologischen Entwicklungen weiter beschleunigt.

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Qualitätsinfrastruktur: Dialog mit SchwellenländernQualitätsinfrastruktur: Dialog mit Schwellenländern

Die rasch voranschreitende Globalisierung der Weltwirtschaft fordert nicht nur ein freies, sondern auch ein faires Handelssystem, welches auf festen Regeln beruht und Rechtssicherheit bietet. Für den Austausch von Waren und Dienstleistungen auf nationaler, regionaler und internationaler Ebene sind ordnungspolitische Leitlinien erforderlich, welche die wirtschaftliche Entwicklung in Einklang mit sozialen und ökologischen Entwicklungszielen bringt.

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