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Europakarte

Wo und wie Innovationen entstehen

Innovationssysteme werden immer komplexer: Forschungsinstitute kooperieren weltweit immer enger miteinander, was auch oft eine Verschiebung der „Hot-Spots“ für Innovationen bewirkt. Forscher*innen des AIT Austrian Institute of Technology konnten diesen Effekt sowohl innerhalb Europas als auch weltweit nachweisen. Demnach holt auch China mit Riesenschritten auf, vor allem im Bereich von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT).

Forschung und Entwicklung (F&E) waren die vergangenen Jahrzehnte hindurch ein wichtiger, wenn nicht gar der zentrale Treiber für gesellschaftliche Veränderung. Die dadurch ausgelöste Innovationstätigkeit hat vielerorts zu einer sehr erfolgreichen ökonomischen Entwicklung geführt – auch Österreich zählt zu den Ländern, die davon stark profitiert haben. Heute sind wir vermehrt mit technologischen Entwicklungen konfrontiert, die in ihrer Geschwindigkeit und ihren Auswirkungen unsere Gesellschaft vor große Herausforderungen stellen. Die Corona-Pandemie hat gezeigt, dass Wissenschaft und Forschung extrem gefordert sind, rascher als in der Vergangenheit neue Lösungsansätze zur Bewältigung unerwarteter Krisensituation bereitzustellen.

„Innovation geschehen heute in Netzwerken von forschenden und innovierenden Organisationen“, erläutert Matthias Weber, Leiter des Center for Innovation Systems & Policy am AIT Austrian Institute of Technology. Ohne diese Kollaborationen gelingt es nicht mehr, das an vielen Stellen vorhandene Detailwissen für technologische Entwicklungen und Innovationen nutzen zu können.

Zunehmende Komplexität von Innovationssystemen

In den letzten Jahren sind solche Innovationsysteme komplexer geworden, da die sie tragenden Netzwerke nicht nur an Größe, sondern auch an Diversität zunehmen – etwa hinsichtlich des thematischen, institutionellen und geografischen Hintergrunds der teilnehmenden Organisationen. Überdies kommen immer mehr „Player“ in das Innovationssystem, etwa durch NGOs oder Bürgerbeteiligung. „Das Spektrum von Partnern wird breiter und geht weit über die etablierten FTI- Akteure aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik hinaus“, so Weber.

Traditionelle Modelle und Indikatoren der empirischen Innovationsforschung (etwa Input-Output-Analysen oder die Angabe der F&E-Ausgaben in Prozent des BIP) können die unterschiedlichen Facetten und Wirkungsmechanismen von Innovationssystemen nicht mehr adäquat abbilden. Um diese immer komplexer werdenden Systeme fassen und steuern zu können, sind neue Methoden zu deren Analyse und zur Politikgestaltung nötig.

Infografik Europa Zusammenarbeit bei Projekten, Patenten und Publikationen

Die Netzwerke von gemeinsamen Forschungsprojekten (links) sind zwar über ganz Europa verteilt. Bei der gemeinsamen Entwicklung von Patenten (Mitte) und der gemeinsamen Publikation von wissenschaftlichen Arbeiten (rechts) zeigen sich hingegen noch starke geografische Ballungen – innerhalb von Regionen (Patente) bzw. innerhalb von Ländern (Publikationen).

Mikrodaten für genaue Analysen

Ins Zentrum der wissenschaftlichen Debatte sind daher neue Daten und Indikatoren gerückt, die F&E-Aktivitäten auf einer Mikroebene von Einzelorganisationen und deren Kollaborationen erfassen. Diese sogenannten „Mikrodaten“ ermöglichen ein wesentlich differenzierteres Bild der Entwicklung von Innovationsmustern also frühere statistische Kennzahlen. Solch detaillierte Daten sind der Kern der europäischen Forschungsinfrastruktur RISIS (Research Infrastructure for Science and Innovation Policy Studies), die seit einigen Jahren unter Federführung von Forschern des AIT aufgebaut wird.

„In RISIS werden verschiedene Output-Daten, z. B. Publikationen, Patente oder F&E-Kooperationen von Universitäten, Forschungsorganisationen oder Unternehmen, standardisiert und qualitätsgesichert gesammelt“, erläutert der AIT-Innovationsexperte Thomas Scherngell. Eine Geokodierung erlaubt eine flexible räumliche Analyse. Mithilfe semantischer Methoden können zudem unterschiedliche thematische Schwerpunkte, wie etwa die Aktivitäten im Bereich neuer Schlüsseltechnologien oder im Hinblick auf große gesellschaftliche Herausforderungen, untersucht werden.

Mikrodaten lassen sich zur Entwicklung neuer Indikatoren heranziehen, die die Komplexität der Wissensbasis einer Organisation und/oder einer Region erfassen. Damit lassen sich auch Modelle konstruieren, die den Einfluss von Innovation auf die sozioökonomische Entwicklung zu erklären versuchen.

Neue High-Tech-Regionen entstehen

In jüngster Zeit rückte insbesondere ein neuer Index zur Messung der sogenannten „Wissenskomplexität“ von Regionen in den Vordergrund, erklärt Scherngell: Eine Region mit hoher Wissenskomplexität produziert demnach Erkenntnisse und Wissen (die sich z. B. in Patenten niederschlagen) in vielen verschiedenen technologischen Feldern (Diversität) – jedoch gleichzeitig auch in solchen Feldern, die nur von wenigen anderen Regionen entwickelt werden. Erste Analysen haben ergeben, dass die Bereiche digitale Kommunikation, Computertechnologie und Telekommunikation die höchste Wissenskomplexität aufweisen. Besonders interessant: Die Regionen, in denen diese Technologien entwickelt und produziert werden, sind typischerweise andere als die traditionellen europäischen Kernregionen. Konkret: Unter den Regionen mit der höchsten Wissenskomplexität finden sich etwa die Bretagne, Madrid oder Südirland – und nicht, wie in herkömmlichen Rankings, beispielsweise Oberbayern oder die Großregion Paris.

Chinas Aufholprozess

Auch längerfristige Veränderungen der weltweiten Innovationssysteme lassen sich auf diese Weise untersuchen. Unter Scherngells Leitung hat ein Forscher*innenteam des AIT und der Wirtschaftsuniversität Wien jüngst die sich verändernde Rolle von China analysiert. Lange Zeit galt China vor allem als Imitator existierender Technologien, mittlerweile hat sich China eine starke Stellung mit hoher eigener Wissensproduktion sowie intensiver internationaler Vernetzung erarbeitet, vor allem in IKT. In Zahlen: Noch zu Beginn der 2000er-Jahre war China in der Forschung und in vielen Technologiebereichen weit abgeschlagen; 2018 lag China mit Forschungsausgaben von 554 Mrd. Dollar nur mehr knapp hinter den USA (582 Mrd. Dollar). Bei Patenten im Bereich Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) überholte China die USA bereits im Jahr 2015 – eine Folge der staatlich gelenkten und üppig finanzierten Investitionen in diesen Feld, vor allem auch Bereich der universitären Grundlagenforschung.

Aufschlussreiche Details dazu ergab die nunmehrige Netzwerkanalyse von rund 70.000 Patenten im IKT-Bereich aus den Jahren 2001 bis 2015, die Erfinder*innen aus verschiedenen Ländern gemeinsam entwickelt haben (sogenannte „Co-Patente“). Das Ergebnis widerlegt alle Vermutungen, dass Chinas Forschung abgeschottet vom Rest der Welt arbeite und dass ihre Qualität daher unterdurchschnittlich sei. Denn es zeigte sich, dass chinesische Forscher immer häufiger in zentraler Rolle als Kooperationspartner in internationalen Forschungsprojekten auftreten: Im Telekommunikations-Bereich verbesserte sich die so-genannte Netzwerkzentralität Chinas (d.h. die Anzahl der Co-Patente mit anderen Ländern) von Rang 32 im Jahr 2001 auf Rang 5 im Jahr 2015, im Hardware-Bereich von Rang 82 auf Rang 6, und im Halbleiter-Bereich von Rang 93 auf Rang 10. Nur bei Konsumelektronik vollzog sich ein gegenteiliger Trend – China ist aber auch in diesem Bereich unter den weltweiten Top-10.

Die USA nehmen zwar immer noch eine zentrale Rolle in der IKT-Forschung und -Entwicklung ein, doch die Position wird relativ gesehen schwächer. Neben einigen europäischen Ländern rücken auch Staaten wie Indien, Israel und vor allem China mehr und mehr ins Zentrum der arbeitsteiligen globalen Forschungs- und Innovationsnetzwerke. Das bedeutet in den Augen der Studienautoren auch, dass der Aufholprozess Chinas noch nicht zu Ende ist.

Infografik - Die Dynamik globaler F&E-Kollaborationsnetzwerke in der IKT: Holt China gegenüber den USA auf?

Eine Netzwerkanalyse zeigt, dass die zentrale Stellung der USA im Bereich Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) binnen eines Jahrzehnts relativ gesehen schwächer geworden ist und – neben europäischen Ländern – insbesondere China immer stärker ins Zentrum rückt. Die Diagramme zeigen überdies, dass auch die Vernetzung zwischen anderen Ländern zunimmt.

Dieser Text beruht auf einem Beitrag von Matthias Weber und Thomas Scherngell im Jahrbuch zu den Alpbacher Technologiegesprächen 2020 „Discussing Technology“ zum Thema „Komplexität“, ergänzt durch eine aktuelle Veröffentlichung in „PlosOne“ (DOI: 10.1371/journal.pone.0237864).

[1] Das Jahrbuch erscheint im Rahmen der Alpbacher Technologiegespräche, die gemeinsam vom AIT Austrian Institute of Technology und ORF Radio Österreich 1 veranstaltet werden.