Fachliche Stärken des Forschungssystems: USA

  1. Übersicht
  2. Digitaler Wandel
  3. Gesundheitsforschung

Übersicht

Die USA sind ein starker Forschungs- und Entwicklungsstandort. Forschung auf Spitzenniveau wird im gesamten Fächerspekturm durchgeführt, exzellente Forschungsinfrastruktur und Kooperationspartner findet man in den USA zu jedem Themenfeld.

Der Spezialisierungsindex dient dazu, das wissenschaftliche Profil eines Landes darzustellen. Er zeigt an, in welchen Bereichen ein Land im Vergleich zum gesamten weltweiten Publikationsaufkommen stark oder schwach vertreten ist. Ein negatives Vorzeichen stellt eine unterdurchschnittliche Spezialisierung dar. Der Indikator ist auf einen Wertebereich von -100 (stark negative Spezialisierung) bis +100 (stark positive Spezialisierung) normalisiert. Er geht zurück auf frühere Indikatoren für die Handelsspezialisierung und baut auf dem Konzept des komparativen Vorteils auf.

Die USA weisen gegenüber dem weltweiten Publikationsaufkommen eine besonders starke Spezialisierung (+25 und mehr) in den Fachgebieten Sozialwissenschaften (ohne Schwerpunkt Wirtschaftswissenschaften), Medizintechnik und Medizin auf (Quelle: Monitoring des Asiatisch-Pazifischen Forschungsraums (APRA) - 2. Bericht (2020), S. 185, 222, Datenquelle: Scopus Elsevier 2016-18).

In der ersten übergreifenden Innovationsstrategie für die USA („A Strategy for American Innovation"), die 2015 aktualisiert wurde, werden neun strategische Themengebiete als nationale Prioritäten genannt: Fortschrittliche Produktionstechnologien, auf Hochtechnologie basierende Medizin, BRAIN Initiative, fortschrittliche Fahrzeuge, intelligente Städte, saubere Energie und energieeffiziente Technologien, Bildungstechnologien, Weltraumforschung und Informationstechnologien.

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Digitaler Wandel

Unter den weltweit 10 größten Investoren in Forschung und Entwicklung (FuE) finden sich fünf Unternehmen mit Hauptsitz in den USA, die gleichzeitig ihre Hauptaktivität im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) haben. Es sind dies die Internetdienstleister Alphabet (Google) (weltweit Rang 1) und Meta (ehemals Facebook) (Rang 2), der Softwareproduzent/ Softwaredienstleister Microsoft (Rang 3) sowie die Hardwareproduzenten Apple (Rang 4) und Intel (Rang 8). Allein diese fünf Unternehmen investierten im Jahr 2022 zusammengenommen über 133 Milliarden Euro in Forschung und Entwicklung (FuE). Bei den Gesamtinvestitionen der Unternehmen in die FuE zu IKT- Produkten belegen die USA mit gut 120 Milliarden Euro entsprechend einem Anteil von 42,3 Prozent einen ersten Rang. Bei den IKT-Dienstleistungen liegen die USA mit 180 Milliarden entsprechend einem Anteil von fast 70 Prozent sogar noch weiter vorne (Quelle: 2023 EU Industrial R&D Investment Scoreoboard, S. 46 und 54, Anm.: FuE-Ausgaben je Unternehmen im IRI umfassen Ausgaben für Aktivitäten im Hauptsitzland, aber auch allen anderen Ländern). Als regionaler Schwerpunkt in den USA gilt Kalifornien (siehe Porträt Hightech-Region Silicon Valley).

Weltweite Aufmerksamkeit hat in den letzten Jahren die Halbleiterindustrie erregt, insbesondere durch eine Knappheit an Chips, die im Zuge der Covid-19-Pandemie auftrat. Dies lenkte die Aufmerksamkeit auf die Tatsache, dass zwar FuE zu Halbleitern in den USA konzentriert ist, die Produktion der Chips jedoch überwiegend in den asiatischen Ländern Südkorea und Taiwan stattfindet. Unter dem 2022 verabschiedeten „Chips and Science Act“ wird der Neuaufbau von Entwicklungs- und Produktionskapazitäten für Chips in den USA mit milliardenschweren Subventionen und Steuererleichterungen unterstützt. Federführend ist das National Institute of Standards and Technology (NIST), das dem Handelsministerium untersteht. (Überblick Initiativen unter „CHIPS for America"). Am 7. Oktober 2022 traten Regelungen in Kraft, nach denen US-amerikanische Unternehmen mit bestimmten chinesischen Chipherstellern zu Halbleitertechnologien nicht mehr kooperieren dürfen. Zur Unterstützung von FuE-Aktivitäten sind 11 Milliarden USD vorgesehen. Ein neues nationales Halbleitertechnologie-Zentrum, das National Semiconductor Technology Center (NSTC), soll ein FuE-Programm entwerfen und die Umsetzung koordinieren. Als öffentlich-private Partnerschaft wird das NSTC Akteure aus Wissenschaft, Wirtschaft, Bildung und Politik entlang der gesamten Halbleiter-Wertschöpfungskette zusammenbringen.

Obwohl der Schwerpunkt der digitalen FuE-Investitionen in den USA weiterhin eindeutig bei privaten Unternehmen liegt, hat auch die US-amerikanische Regierung in den letzten Jahren die FuE-Investitionen deutlich ausgebaut. Digitale Förderschwerpunkte in den USA sind unter anderem industrielle Fertigung, die Quanteninformationswissenschaften sowie Künstliche Intelligenz (KI). Eine Zwischenbilanz wurde 2022 in einem Bericht zu Zukunftstechnologien („OSTP Report on the Industries of the Future Act“) gezogen.

Bereits unter Präsident Obama wurde zwischen 2012 und 2016 ein Netzwerk von Innovationsinstituten zur industriellen Fertigung (Manufacturing USA) zu Themen wie Smart Manufacturing, Robotik, 3D-Druck etc. gegründet. Hinter den Instituten stehen große öffentlich-private Partnerschaften von bis zu mehreren hundert Teilnehmern, die typischerweise Unternehmen, Hochschulen und gemeinnützige Einrichtungen verbinden. Die Konsortien, die in den staatlichen Ausschreibungen für die Institutsträgerschaft erfolgreich sind, erhalten einen großzügigen staatlichen Zuschuss, je nach Institut durch das Verteidigungsministerium (U.S. Department of Defense) oder das Energieministerium (U.S. Department of Energy).

Die jährlichen Investitionen der Regierung in die Quanteninformationswissenschaften und -technologien (QIST) haben sich zwischen 2019 und 2022 unter der National Quantum Initiative (NQI) fast verdoppelt (von 449 auf 877 Mio. USD). 17 Hochschulen, 10 Unternehmen sowie 5 Nationale Laboratorien führen unter dem sogenannten „Quantum Leap Challenges Institutes (QLCI) program“ große multidisziplinäre Projekte zur Entwicklung und Anwendung von QIST durch. Bei der Integration von QIST in die Forschungsarbeiten der Nationalen Laboratorien des Energieministeriums (DoE) unterstüzen neue National QIS Research Centers. Die sogenannte „Q-12 Education Partnership” soll bereits in der Schule das Interesse an dem Fachgebiet zu wecken und Talente zu fördern. International hat die Regierung eine Vielzahl von Abkommen mit gleichgesinnten Ländern abgeschlossen, vor allem in Europa (u.a. den skandinavischen Ländern), aber auch in Asien (Südkorea, siehe unter Regierungs- und Ressortabkommen mit internationalen Partnern).

Das Unternehmen OpenAI erregte Aufsehen, als es im November 2022 unter dem Namen ChatGPT einen Chatbot zur Verfügung stellte, der Künstliche Intelligenz (KI) für das Generieren von Texten einsetzt. Seitdem überschlagen sich die Ankündigungen von Unternehmen aus den USA, neue KI-Anwendungen auf den Markt zu bringen. Zuvor hatte die US-amerikanische Regierung die jährlichen Fördermittel für nicht sicherheitsbezogenen FuE für KI zwischen 2019 und 2022 um fast 50 Prozent erhöht (von 1,115 auf 1,670 Milliarden USD). Bereits 2016 hatte die Regierung eine Nationale KI-Strategie angenommen, die seit der Überarbeitung 2019 einen Schwerpunkt auf öffentlich-private Partnerschaften legt. Zwischen 2020 und 2022 wurden unter der National AI Initiative achtzehn National AI Research Institutes gegründet, alle davon mit Industriepartnern. Im Mai 2023 kündigte die Regierung an, sieben weitere Institute zu finanzieren (Übersichtskarte Institute). Zusätzlich wurde die Nationale KI-Strategie erneut aktualisiert und dabei ein Fokus auf internationale Kooperation mit gleichgesinnten Ländern gelegt (siehe Übersicht Strategiedokumente).

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Gesundheitsforschung

Die Zuständigkeit für den Sektor Gesundheit liegt beim US-amerikanischen Gesundheitsministerium (U.S. Department of Health and Human Services, HHS). Die National Institutes of Health (NIH) sind mit einem jährlichen Forschungsetat von 445 Milliarden USD der größte Hauptträger für biomedizinische Forschung. Etwa 84 Prozent des Budgets werden in Form von Fördermitteln für Forschung an über 2.500 Hochschulen, Kliniken und anderen Wissenschaftseinrichtungen extern kompetitiv vergeben. Mehr als 10 Prozent der Mittel investiert die NIH in Forschung und Entwicklung in seinen insgesamt 27 Instituten und Zentren, von denen jedes einen eigenen Forschungsschwerpunkt behandelt. Die Mehrzahl der 6.000 Forschenden arbeitet in eigenen NIH-Laboratorien auf dem NIH-Hauptcampus in Bethesda (Maryland). Ein neuer Akteur ist die 2022 gegründete Advanced Research Projects Agency-Health (ARPA-H). Sie verfügt über ein Budget von 2,5 Milliarden USD (2,3 Mrd. EUR) und soll Sprunginnovationen in der Medizin ermöglichen.

Den Weg für eine breite Anwendung von Künstlicher Intelligenz in den Bereichen Biomedizin und Verhaltensforschung soll das im Jahr 2022 gestartete NIH-Programm "Bridge to Artificial Intelligence" (Bridge2AI) ebnen. Durch die Vereinheitlichung und Aufbereitung von Datensätzen sollen diese für Maschinelles Lernen nutzbar gemacht werden und Standards für die Generierung künftiger Daten setzen.

Weiter fortgesetzt wird die bereits seit 10 Jahren laufende BRAIN-Initiative („Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies"). Sie wurde 2013 initiiert und ist ein neurowissenschaftliches Forschungsprogramm, welches sich mit der Kartierung des menschlichen Gehirns beschäftigt. Die Heilung, Behandlung und Vorbeugung von Gehirnerkrankungen gehören zu den wichtigsten Zielen der BRAIN-Initiative. Neben den NIH, sind weitere wichtige Forschungsakteure: die National Science Foundation (NSF), die U.S. Food and Drug Administration (FDA), die Intelligence Advanced Research Projects Activity (IARPA) und die „White House BRAIN Initiative" (WH), sowie nicht staatliche Einrichtungen.

Ebenfalls weiter fortgesetzt wird die 2016 gestartete „Cancer Moonshot"-Initiative. Das Forschungskonzept konzentriert sich auf die Themen Krebsvorsorge, Krebsdiagnose und Krebsbehandlung. In der ersten Phase wurden mehr als 240 Forschungsprojekte und 70 Programme durchgeführt. 2022 wurde eine zweite Phase der Initiative mit neuen Zielsetzungen lanciert: Die Ergebnisse sollen es erlauben, über die nächsten 25 Jahre die Sterblichkeit durch Krebserkrankungen um 50 Prozent zu verringern.

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