Nationale Nanotechnologie-Initiative

Die Nationale Nanotechnologie-Initiative ( NNI ) ist eine Forschungs- und Entwicklungsinitiative , die einen Rahmen für die Koordinierung der Nanoforschung und -ressourcen zwischen den Bundesbehörden und Ministerien der Vereinigten Staaten bietet .

Ende der 1990er-Jahre entwickelte sich die Nanotechnologie zu einem besonders vielversprechenden Forschungsfeld, und Präsident Bill Clinton setzte sich für die Förderung der Nanotechnologie auf Bundesebene ein . ^{[ 1 ]} Neben Clinton selbst wird auch dem wissenschaftlichen Berater des Präsidenten, Neal Lane , und Mihail C. Roco von der NSF die Unterstützung einer entsprechenden Initiative zugeschrieben, die er 1999 im Weißen Haus vorstellte. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

In einer Rede am 21. Januar 2000 [1] am California Institute of Technology erklärte Clinton: „Manche unserer Forschungsziele benötigen möglicherweise zwanzig Jahre oder länger, um erreicht zu werden, aber genau deshalb spielt die Bundesregierung eine wichtige Rolle.“ Das NNI wurde im Jahr 2000 offiziell ins Leben gerufen und erhielt im Haushaltsjahr 2001 erstmals Fördermittel. ^{[ 8 ]}

Präsident George W. Bush erhöhte die Mittel für die Nanotechnologie weiter. Am 3. Dezember 2003 unterzeichnete er den „21st Century Nanotechnology Research and Development Act“ ( Pub. L.  108–153 (Text) (PDF) ), der Ausgaben in Höhe von insgesamt 3,63 Milliarden US-Dollar über vier Jahre für fünf der beteiligten Behörden genehmigt. [2] Dieses Gesetz ist eine Genehmigung , keine Mittelzuweisung , und die nachfolgenden Mittelzuweisungen für diese fünf Behörden haben die im Gesetz von 2003 festgelegten Ziele nicht erreicht. Allerdings sind viele weitere Behörden an der Initiative beteiligt, die nicht unter das Gesetz fallen, und die kumulierten Mittel der Nanotechnologie-Initiative (NNI) seit ihrer Gründung im Jahr 2001 belaufen sich bis zum beantragten Zeitraum 2025 auf über 45 Milliarden US-Dollar. ^{[ 9 ]}

Die Nationale Nanotechnologie-Initiative (NNI) veröffentlichte 2004 , 2007 , 2011 , 2014 , 2016 und 2021 Strategiepläne , die gemäß den Bestimmungen des Gesetzes Ziele und Programmkomponentenbereiche darlegen. ^{[ 10 ]} Darüber hinaus entwickelte die NNI-Gemeinschaft 2011 eine Forschungsstrategie für Umweltgesundheit und -sicherheit, die 2024 grundlegend aktualisiert wurde . ^{[ 11 ]} Diese Arbeit erweiterte den Untersuchungsbereich der Auswirkungen der Nanotechnologie um besorgniserregende, unbeabsichtigt entstehende Nanomaterialien wie Mikro- und Nanokunststoffe sowie Materialien, die mithilfe von 3D-Druckern hergestellt werden .

Das NNI erstellt jährlich einen Nachtrag zum Haushaltsplan des Präsidenten, der die programmatischen Aktivitäten des Bundes zusammenfasst und die Pläne für das kommende Haushaltsjahr darlegt. Die Bundesbehörden mit den größten Investitionen sind die National Institutes of Health, die National Science Foundation, das Energieministerium, das Verteidigungsministerium und das Nationale Institut für Standards und Technologie. ^{[ 12 ]}

Das NNI erhielt während der ersten Amtszeit von Präsident Trump Unterstützung für Zukunftstechnologien, insbesondere für die grundlegende Rolle der Nanotechnologie bei der Entwicklung von Quanteninformationstechnologien, künstlicher Intelligenz und Halbleitern. Unter der Führung der Trump-Regierung wurden die Aktivitäten und der Einfluss des NNI jedoch eingeschränkt.

Die Biden-Administration und die neue Führung des NNI belebten die Nanotechnologie-Community und die behördenübergreifende Zusammenarbeit durch zahlreiche neue Programme, Aktivitäten und Initiativen. Insbesondere legten sie im Rahmen der Nano4EARTH-Initiative einen Schwerpunkt auf saubere Energie und den Kampf gegen den Klimawandel. ^{[ 13 ]} Zudem wurde das NNI erweitert, um der zunehmenden Bedeutung der Nanotechnologie für Entdeckungen und Anwendungen in den Bereichen Material, Energie und Biosysteme Rechnung zu tragen. ^{[ 7 ]} Weitere Interessensgebiete umfassten die Erforschung von Mikro- und Nanokunststoffen ^{[ 14 ] [ 15 ],} die Gewährleistung eines besseren Zugangs und einer optimierten Vernetzung der Nutzereinrichtungen ^{[ 16 ]} sowie die Stärkung und Erweiterung der Kooperation.

Die Schwerpunkte und Führungsstrukturen der ersten Trump-Administration wurden auch in der zweiten Trump-Administration fortgeführt.

Die fünf Ziele der NNI sind: ^{[ 17 ]}

1. Sicherstellen, dass die Vereinigten Staaten eine weltweit führende Rolle in der Nanotechnologie-Forschung und -Entwicklung einnehmen.
2. Förderung der Kommerzialisierung von Nanotechnologie-Forschung und -Entwicklung.
3. Die Infrastruktur bereitstellen, um die Forschung, Entwicklung und den Einsatz von Nanotechnologie nachhaltig zu unterstützen.
4. Die Öffentlichkeit einbeziehen und die Arbeitskräfte im Bereich der Nanotechnologie ausbauen.
5. Die verantwortungsvolle Entwicklung der Nanotechnologie sicherstellen.

Im Laufe der Geschichte der Nationalen Nanotechnologie-Initiative gab es eine Vielzahl von Programmen und Herausforderungen, die darauf abzielten, das Fachgebiet an den höchsten Prioritäten der Nation auszurichten.

Mit der Entwicklung des jüngsten Strategieplans der National Nanotechnology Initiative (NNI) im Jahr 2021 wurden die National Nanotechnology Challenges (NNC) ins Leben gerufen. ^{[ 18 ]} Die erste NNC, Nano4EARTH, wurde 2022 vom Office of Science and Technology Policy (OSTP) des Weißen Hauses am Nationalen Nanotechnologietag angekündigt. ^{[ 19 ]} Nano4EARTH zielt darauf ab, die Nanotechnologie-Community zu mobilisieren und disziplin- sowie stakeholderübergreifend die Entwicklung, Skalierung und Anwendung von Technologien zu beschleunigen, die den Herausforderungen für die Erde und ihre Umwelt begegnen. Die Breite und Vielseitigkeit der Nanotechnologie bieten eine einzigartige Chance, die Erde und ihre Umwelt zu schützen und gleichzeitig die Energieeffizienz im Inland zu steigern. ^{[ 20 ]} In einem zweitägigen Workshop wurden vier strategische Handlungsfelder mit kurzfristigen Chancen identifiziert: Batterien und Energiespeicherung; Katalyse; Beschichtungen, Schmierstoffe, Membranen und andere Schnittstellentechnologien; sowie die Abscheidung von Treibhausgasen. ^{[ 21 ]} Diese Themen bildeten die Grundlage für eine internationale Diskussion über die Rolle der Nanotechnologie und anderer neuer Technologien bei der Bewältigung von Klima- und Nachhaltigkeitsproblemen. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

• Nachhaltige Wassernutzung durch Nanotechnologie – Nanotechnologie-Lösungen für eine globale Herausforderung
• Nanotechnologie für Sensoren und Sensoren für die Nanotechnologie – Verbesserung und Schutz von Gesundheit, Sicherheit und Umwelt
• Nachhaltige Nanoproduktion – Die Industrien der Zukunft gestalten
• Nanoelektronik für 2020 und darüber hinaus
• Nanotechnologie zur Gewinnung und Umwandlung von Solarenergie – Ein Beitrag zu Energielösungen der Zukunft
• Nanotechnologie-Wissensinfrastruktur – Ermöglichung nationaler Führungsrolle im Bereich nachhaltiges Design
• Zukunft des Computings: Entwicklung eines neuen Computertyps, der Daten proaktiv interpretieren und daraus lernen kann, unbekannte Probleme mithilfe des Gelernten löst und mit der Energieeffizienz des menschlichen Gehirns arbeitet.

Ministerien und Behörden mit Budgets für Nanotechnologie-Forschung und -Entwicklung:

Weitere beteiligte Abteilungen und Behörden:

Das Nationale Koordinierungsbüro für Nanotechnologie (NNCO) wurde durch den „21st Century Nanotechnology Research and Development Act“ ( Pub. L.  108–153 (Text) (PDF) ) eingerichtet. Es betreibt Öffentlichkeitsarbeit im Auftrag der Nationalen Nanotechnologie-Initiative (NNI) und bietet technische und administrative Unterstützung für den Unterausschuss für Nanowissenschaften, -technik und -technologie des Nationalen Wissenschafts- und Technologierats (NSTC) sowie die interbehördliche Nanotechnologie-Community. Zu den Aktivitäten des NNCO gehören die Vernetzung der Nanotechnologie-Community, der Austausch von Informationen über verfügbare Ressourcen und Möglichkeiten, die Einbindung der Öffentlichkeit, die Begeisterung von Studierenden für Nanotechnologie sowie die Präsentation von Highlights und Informationen über Nanotechnologie und die NNI. Der Direktor des NNCO ist gleichzeitig im Büro für Wissenschafts- und Technologiepolitik (OSTP) des Weißen Hauses tätig. ^{[ 24 ]}

Direktoren der NNCO:

• Jim Murday, 2001-2003 ^{[ 25 ]}
• Clayton Teague, 2003-2011 ^{[ 26 ]}
• Robert Pohanka, 2012-2014 ^{[ 27 ]}
• Mark Meador, 2014-2016 ^{[ 28 ]}
• Lisa Friederdorf, 2016-2022 ^{[ 29 ]}
• Branden Brough, 2022-2025 ^{[ 30 ]}
• Quinn Spadola, 2025 ^{[ 24 ]}

Das NNI erfasst die jährlichen Bundesinvestitionen mithilfe einer Datenerhebung des Office of Management and Budget (OMB) , deren Ergebnisse im NNI-Zusatz zum Haushaltsplan des Präsidenten veröffentlicht werden. ^{[ 31 ]} Bis zum Haushaltsjahr 2025 investierten die Vereinigten Staaten 45 Milliarden US-Dollar über das NNI in die Nanotechnologie. ^{[ 32 ]} Diese Jahresberichte liefern zwar wichtige Ergebnisse, eine umfassende Analyse gestaltet sich jedoch aufgrund des komplexen, nichtlinearen Zusammenhangs zwischen anfänglicher Investition und technischen oder wirtschaftlichen Ergebnissen schwierig. Zudem ist die Nanotechnologie für viele andere Wissenschaftsbereiche von grundlegender Bedeutung und nur vage definiert.

Einige wenige Studien haben versucht, die Auswirkungen der NNI objektiv zu bewerten. Eine 2023 veröffentlichte Studie zur Patentierung von Nanotechnologie in Unternehmen und Universitäten untersuchte Patenterteilungen seit dem Start der NNI im Jahr 2000 bis 2009 sowie die Aufrechterhaltung dieser Patente bis 2021. In den USA erfundene Nanopatente mit US-Patentinhabern wurden im Durchschnitt etwas häufiger mindestens einmal verlängert (14,5 % gegenüber 11,7 %) als Patentinhaber ohne US-Patente, waren aber etwas seltener bereit, die volle Aufrechterhaltungsgebühr von 20 Jahren ab Anmeldedatum zu entrichten (40,5 % gegenüber 52,5 %). Die geringere Verlängerungsneigung könnte auf die sich schnell verändernde Technologielandschaft zurückzuführen sein. ^{[ 33 ]}

Das Executive Office of the President's National Science and Technology Council arbeitete mit dem US Census Bureau zusammen , um dem North American Industry Classification System (NAICS) einen spezifischen Code zur Klassifizierung von Unternehmen im Bereich Nanotechnologie hinzuzufügen. ^{[ 34 ]} Daten der Wirtschaftszählung von 2017 zeigten, dass sich über 3.700 Unternehmen mit mehr als 171.000 Beschäftigten selbst als hauptsächlich in der Nanotechnologie-Forschung und -Entwicklung tätig bezeichneten. Diese Unternehmen erzielten einen Umsatz von 42 Milliarden US-Dollar und zahlten 20 Milliarden US-Dollar an Gehältern. ^{[ 35 ]} Daten der Volkszählung von 2022 ergaben, dass über 1.600 Unternehmen mit mehr als 207.000 Beschäftigten im Rahmen der Nanotechnologie-Forschung und -Entwicklung einen Umsatz von über 44,5 Milliarden US-Dollar erwirtschafteten.

Eine unabhängige Studie der Parnin Group, die die Gesamtumsätze ausgewählter Nanotechnologieunternehmen analysierte, schätzte den wirtschaftlichen Einfluss der Nanotechnologie auf die US-Wirtschaft im Jahr 2022 auf 67 bis 83 Milliarden US-Dollar und auf fast eine Billion US-Dollar in den vergangenen zwei Jahrzehnten. Laut der Studie repräsentieren diese Zahlen jedoch nur eine relativ kleine Anzahl von Unternehmen, die eindeutig der Nanotechnologie zugeordnet werden können, und vernachlässigen die entscheidende unterstützende Rolle des Bereichs in mehreren großen Wirtschaftszweigen. Die Studie verwies auf die geschätzten 268 bis 297 Milliarden US-Dollar Umsatz im Jahr 2022 aus der eng verwandten Mikroelektronik- und Halbleiterindustrie, um die tatsächliche Bedeutung der Nanotechnologie für die US-Wirtschaft zu verdeutlichen. ^{[ 36 ]}

Die Nationale Initiative für Innovation (NNI) wird regelmäßig vom Wissenschafts- und Technologieberatergremium des Präsidenten (PCAST) und den Nationalen Akademien der Wissenschaften, der Ingenieurwissenschaften und der Medizin (NASEM) evaluiert. Der jüngste PCAST-Bericht aus dem Jahr 2023 empfahl eine Aktualisierung der Gesetzgebung, eine verstärkte Zusammenarbeit zwischen den Behörden und eine stärkere Fokussierung auf multidisziplinäre, praxisorientierte Ausbildung. ^{[ 37 ]} Die jüngste NASEM-Überprüfung aus dem Jahr 2020 erörterte die Bedeutung der NNI im Kontext der internationalen Wettbewerbsfähigkeit. ^{[ 38 ]}

Die Bedeutung des NNI wurde durch verschiedene Veranstaltungen und Aktivitäten zum 20-jährigen Jubiläum des Programms gewürdigt. ^{[ 39 ]} Besonders hervorzuheben ist ein Symposium, das 2024 an den Nationalen Akademien der Wissenschaften, der Ingenieurwissenschaften und der Medizin stattfand. Dort wurden Glückwünsche und Zukunftsvisionen von Regierungs- und Wirtschaftsvertretern sowie etablierten und Nachwuchsforschern präsentiert. ^{[ 40 ]} Unter der Moderation von NNCO-Direktor Branden Brough zählten zu den namhaften Teilnehmern:

• Präsident Joe Biden
• Präsident Bill Clinton
• Senator Ron Wyden
• Arati Prabhakar , Assistentin des Präsidenten für Wissenschaft und Technologie, Direktorin des OSTP
• Neal Lane , Rice University, ehemaliger Assistent des Präsidenten (Clinton) für Wissenschaft und Technologie und Direktor des OSTP
• Chad Mirkin , Northwestern University
• Kathleen Rubins , NASA-Astronautin

• Nationaler Wissenschafts- und Technologierat
• Wissenschafts- und Technologieberatergremium des Präsidenten
• Translationale Forschung

• Offizielle Website
• McCray, W. Patrick (2005). „Wird klein schön sein? Politikgestaltung für unsere Nanotechnologie-Zukunft“ . History and Technology . 21 (2): 177–203 . CiteSeerX  10.1.1.694.393 . doi : 10.1080/07341510500103735 .