#: locale=de
## Hotspot
### Tooltip
HotspotPanoramaOverlayArea_683FBAC7_5CD5_65F4_41D1_8A164BC50D04.toolTip = ACG-Sonographie
HotspotPanoramaOverlayArea_6B0D081B_5CF3_649C_41D6_73F6AEE1B715.toolTip = Additive Fertigung
HotspotPanoramaOverlayArea_6894AB4D_5CCC_E4F4_41C7_5AF52BB5F048.toolTip = Aerogelputz
HotspotPanoramaOverlayArea_684E8197_5D35_6794_41B8_0CB74565FADF.toolTip = Assistenzsoftware
HotspotPanoramaOverlayArea_6B0297C2_4B7E_1427_41B2_2F196360A16B.toolTip = Auto der Zukunft
HotspotPanoramaOverlayArea_683BFCD2_5CDF_1DEC_41D1_54938B8FFB96.toolTip = Auto der Zukunft \
Autonomie
HotspotPanoramaOverlayArea_6896CA80_5CDF_646C_41BE_22CD036ACFE9.toolTip = Auto der Zukunft \
Batterie
HotspotPanoramaOverlayArea_6974AB8D_5CDF_E474_41AE_7AAA9FBF2DB7.toolTip = Auto der Zukunft \
Brennstoffzelle
HotspotPanoramaOverlayArea_6FCAFA3D_5CDD_2494_41CD_F4C0D5E058B8.toolTip = Auto der Zukunft \
Materialien
HotspotPanoramaOverlayArea_6B74BF97_5CDF_7B94_41B7_8394380C5CA8.toolTip = Auto der Zukunft \
Vernetzung
HotspotPanoramaOverlayArea_69303603_5CD3_2C6C_41A5_7A3A82E52549.toolTip = Autonomes Fahren
HotspotPanoramaOverlayArea_69AAF19A_5CDD_279C_41D3_C103AFBD4425.toolTip = Autonomes Fahren
HotspotPanoramaOverlayArea_B59751CA_915F_B9CC_41B1_4A69C429BE7F.toolTip = Batteriezelle
HotspotPanoramaOverlayArea_69C1702B_5CF5_24BC_41C9_8CBCAA03FEF5.toolTip = Biobasierte Wirtschaft
HotspotPanoramaOverlayArea_6874DBAA_5CCF_1BBC_41CE_FF150B0779E3.toolTip = Biokunststoffe
HotspotPanoramaOverlayArea_6A2A876C_5CD3_2CB4_4184_2B4EC527064C.toolTip = Bioreaktor
HotspotPanoramaOverlayArea_69EC7537_5CF3_6C94_4192_5AAFD01A3AD6.toolTip = Biotech Anwenungen
HotspotPanoramaOverlayArea_69204599_78EE_22C3_41D5_8F838CFBB3D6.toolTip = Bioökonomie
HotspotPanoramaOverlayArea_74163F7F_6C78_AA6E_41A9_09713007373E.toolTip = Bioökonomie
HotspotPanoramaOverlayArea_742EE217_6C78_B5BE_418E_E3FFB8CC8126.toolTip = Bioökonomie
HotspotPanoramaOverlayArea_74D6CC48_6C7F_AD92_4184_648EC2EE1EF4.toolTip = Bioökonomie
HotspotPanoramaOverlayArea_74202637_6C78_9DFE_4198_3491AA95FD10.toolTip = Bioökonomie
HotspotPanoramaOverlayArea_92BC7298_8264_1C89_41CA_ED78680511D8.toolTip = Bioökonomie
HotspotPanoramaOverlayArea_74E327A3_6C79_9A95_41BB_9733C315DA54.toolTip = Bioökonomie
HotspotPanoramaOverlayArea_ACB734C8_8120_695E_41B3_BE73B0C85B9B.toolTip = Bioökonomie
HotspotPanoramaOverlayArea_8D1D4FD0_81E3_DFB3_41DF_5501A8337EAD.toolTip = Bioökonomie
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HotspotPanoramaOverlayArea_46C54512_579A_97BD_41B9_1F2D7DC4685D.toolTip = BirdNet
HotspotPanoramaOverlayArea_835B4452_994B_B97F_418E_1DE4D4D88651.toolTip = BirdNet
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HotspotPanoramaOverlayArea_68BDC971_5CD3_24AC_41D3_43757BE40C48.toolTip = Cochlea-Implantat
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HotspotPanoramaOverlayArea_69C9058D_5CF4_EC74_419F_D8D0DE7C4DD1.toolTip = Cybersicherheit \
Botnetze
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Hacker
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Identitätsdiebstahl
HotspotPanoramaOverlayArea_68422160_5CF7_24AC_41B1_A072F26A0350.toolTip = Cybersicherheit \
Schadprogramme
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Spam
HotspotPanoramaOverlayArea_6BA2B43F_5CF3_2C94_41AB_BFF16F173C01.toolTip = Cybersicherheit \
Cybermobbing
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HotspotPanoramaOverlayArea_8D2C507C_81E4_2173_41D4_097BDA5F9D9A.toolTip = Digitale Wirtschaft und Gesellschaft
HotspotPanoramaOverlayArea_ACB884C7_8120_6952_41DD_AD0F4EF58967.toolTip = Digitale Wirtschaft und Gesellschaft
HotspotPanoramaOverlayArea_8D1BDFCF_81E3_DFAD_41C1_84B223DC9C4B.toolTip = Digitale Wirtschaft und Gesellschaft
HotspotPanoramaOverlayArea_8D07DD87_81FC_239D_41B7_DBFF9C449EA9.toolTip = Digitale Wirtschaft und Gesellschaft
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HotspotPanoramaOverlayArea_6AD15DDC_78DA_E242_41CA_8AE735EB673C.toolTip = Digitale Wirtschaft und Gesellschaft
HotspotPanoramaOverlayArea_8D1AC007_81E3_E09D_41DC_B9E0A8A05384.toolTip = Digitale Wirtschaft und Gesellschaft
HotspotPanoramaOverlayArea_6815C3AA_5CF3_2BBC_41C0_BF88B70A8B9C.toolTip = Drohne Quantum Systems
HotspotPanoramaOverlayArea_6AA7CC7C_5D35_1C94_41CD_B36DA2CC8BFC.toolTip = Elektronenmikroskop
HotspotPanoramaOverlayArea_695A8E67_5CCD_1CB4_41CD_083228BE4AC6.toolTip = Flammschutzschäume
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HotspotPanoramaOverlayArea_BB8C91EA_91D6_F9CC_41C8_ABF7FB7C47B8.toolTip = Genetische Bibliothek
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HotspotPanoramaOverlayArea_A32E4DD6_91EE_49C4_41DE_A2768B92CF04.toolTip = Grüner Wasserstoff
HotspotPanoramaOverlayArea_6AFCF1C3_5CCC_E7EC_41CF_CADDF3816785.toolTip = Herzklappe
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HotspotPanoramaOverlayArea_69150DD4_5CF3_FF94_41C7_8DABC8368669.toolTip = Mechanische Metamaterialien
HotspotPanoramaOverlayArea_6B061D73_5CCF_1CAC_41C3_EE0980705E0D.toolTip = Mikronadelpflaster
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HotspotPanoramaOverlayArea_68301A72_5D35_24AC_41D0_2BD4A5075E24.toolTip = Mooresches Gesetz
HotspotPanoramaOverlayArea_A6672AAC_B544_9570_41E5_BFEC2616FAD5.toolTip = Nach unten
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HotspotPanoramaOverlayArea_6AC9F820_78D6_E1C1_41D2_AE7DFEA574E4.toolTip = Nachhaltiges Wirtschaften und Energie
HotspotPanoramaOverlayArea_8D04BFCB_81E3_DF95_41C2_E5615613AD1A.toolTip = Nachhaltiges Wirtschaften und Energie
HotspotPanoramaOverlayArea_ACB834C6_8120_6952_41D2_D508F06948B9.toolTip = Nachhaltiges Wirtschaften und Energie
HotspotPanoramaOverlayArea_69276597_78EE_22CF_41D0_77910A7FB9C9.toolTip = Nachhaltiges Wirtschaften und Energie
HotspotPanoramaOverlayArea_8D082F37_81FC_20FD_41D1_9E69F0706B83.toolTip = Nachhaltiges Wirtschaften und Energie
HotspotPanoramaOverlayArea_8D2C807B_81E4_2175_41C2_44862E79C998.toolTip = Nachhaltiges Wirtschaften und Energie
HotspotPanoramaOverlayArea_8D079D87_81FC_239D_41A8_BCE0310AF58B.toolTip = Nachhaltiges Wirtschaften und Energie
HotspotPanoramaOverlayArea_8D1F0FDF_81E3_DFAD_41C2_FAB39F7421A5.toolTip = Nachhaltiges Wirtschaften und Energie
HotspotPanoramaOverlayArea_6F1FBE8E_5D35_1C74_41CA_8F325116A72C.toolTip = Nanoröhrentransistor
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HotspotPanoramaOverlayArea_C097FF02_D91F_74E5_41D0_3A0C4CD14775.toolTip = Optikchip SPEED
HotspotPanoramaOverlayArea_6B4366CD_5CCD_2DF4_418F_2547A55907B9.toolTip = Organe 3D-Druck
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HotspotPanoramaOverlayArea_6BAF1E0A_5CD5_FC7C_41C7_5ADF824876FF.toolTip = SHIFTPHONE
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HotspotPanoramaOverlayArea_653D5847_5CF3_24F4_41CB_C46AE4C2DEF1.toolTip = Wundermaterial Graphen
HotspotPanoramaOverlayArea_6FE42D37_5D33_1C94_41BA_F8720605E4F6.toolTip = Wurzeln der Digitalisierung
HotspotPanoramaOverlayArea_47B1A5B9_5786_96EF_41B1_7A584B7DC340.toolTip = YuMi
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## Media
### Titel
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INVENT a CHIP – Wettbewerb für Schülerinnen und Schüler zum Chipdesign
INVENT a CHIP (IaC) ist ein jährlich ausgetragener, bundesweiter Schülerwettbewerb rund um Mikrochips und Mikroelektronik. Organisiert wird er vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. Die wissenschaftlichen Profis der Uni Hannover zeigen, wie Projekte mit Logikgattern in einem Mikrochip umgesetzt werden.
Neugierig auf Chipdesign und exklusives Wissen?
Nicht einfach benutzen, sondern verstehen, wie Mikrochips funktionieren; erkennen, was drinsteckt und ausprobieren, wie das geht – das ist die Devise von INVENT a CHIP.
Das IaC-Quiz ist der jährlich aktuelle Fragebogen mit 20 kniffligen Fragen zu Mikrochips und Elektronik – perfekt zum thematischen Einstieg.
Bei der IaC-Challenge werden Schülerinnen und Schüler online zu Chipdesignerinnen und Chipdesignern. Sie erlernen anhand von Aufgaben und Erläuterungen die Grundlagen von Logikgattern bis hin zur Hardwarebeschreibungssprache VHDL. Mit diesen Kenntnissen setzen sie bereits ein erstes nachhaltiges Projekt um.
Im IaC-Camp tauchen die Jugendlichen noch tiefer ins Chipdesign ein. Profis der Uni Hannover vermitteln ihnen im mehrtägigen Camp das notwendige Rüstzeug, um auch eigene Ideen in Hardware zu realisieren.
Die Sieger werden im Herbst auf einem renommierten Fachkongress geehrt. Es winken vielfältige Preise und Kontakte, Ausstellungen auf Messen und Veranstaltungen, Industriepraktika und konkrete Einblicke in die Chipfertigung.
Das Universalgenie für die Energiewende
Grüner Wasserstoff und Fusionsenergie sollen unsere Energieversorgung auf lange Sicht klimafreundlich sichern
In der Industrie, im Verkehr, in der Energieversorgung oder im Wärmesektor: Unsere Gesellschaft nutzt Energie in allen Lebensbereichen. Viel zu oft greifen wir dabei nach wie vor auf fossile Energieträger wie Erdöl, Erdgas und Kohle zurück. Doch die Energie der Zukunft muss grün sein. Der Ausbau der erneuerbaren Energieinfrastruktur läuft denn auch auf Hochtouren. Im Jahr 2022 wurden gut 20 Prozent des deutschen Endenergieverbrauchs aus erneuerbaren Energien gedeckt (Quelle: Umweltbundesamt).
Damit Deutschland seine Klimaziele erreicht, brauchen wir in den kommenden Jahren allerdings deutlich mehr erneuerbare Energien. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung investiert daher mehrere Milliarden Euro für die Forschung und Entwicklung zur breiten Nutzung erneuerbarer Energien. Zwei Zukunftsenergien sind dabei besonders vielversprechend, da ihre Rohstoffquellen quasi unendlich zur Verfügung stehen: Grüner Wasserstoff und Fusionsenergie.
Innovationen für nachhaltige und klimaschonende Verkehrsangebote
Mehr Sicherheit für das medizinische Personal
Organische Solarfolien sind besonders nachhaltig
Organische Solarzellen erschließen Einsatzgebiete, die Siliziumzellen nicht nutzen können
PeTRA schafft Zeit für gute Pflege und fördert die Mobilität der Patientinnen und Patienten
PeTRA steht für Personen-Transfer Roboter-Assistent. Er soll Pflegeteams mehr Zeit für Pflegeaufgaben geben und die Selbstständigkeit von Patienten fördern.
Technische und wissenschaftliche Arbeitsziele
Transportaufgaben kosten Zeit für eigentliche Pflege
PeTRA macht die Pflege besser
Automatisierter Verkehr – Chance für mehr Nachhaltigkeit
Das „Notfallset gegen den Klimawandel“
Ein Ziel und viele Wege dahin
Forschung – der Schlüssel zur nachhaltigen Zukunft
Klimafreundlich Umsteigen, ganz nach Bedarf
Licht ins Dunkel der Artenvielfalt
Manchmal muss man flexibel sein
Moderne Mobilität – mehr als das Auto
Sicher unterwegs mit dem Fahrrad
Unendlich klimafreundlich: Fusionsenergie
Unendlich klimafreundlich: Grüner Wasserstoff
Unendlich klimafreundlich: Zukunftsenergien
Verkehrsteilnahme für alle
Zukunftsenergie Grüner Wasserstoff
Busse, die eng getaktet fahren oder „on Demand“ – also auf Anforderung – flexibel zur Verfügung stehen, machen das Umsteigen vom eigenen Autos auf „die Öffentlichen“ attraktiver.
Den ÖPNV attraktiver machen und Ridepooling in den Verkehrsmix integrieren will das Projekt in2Lübeck – Nutzer:innenzentrierte Integration von On-Demand-Ridepooling in den ÖPNV. Mit der Ausweitung des On-Demand-Angebots in Lübeck und Travemünde soll möglichst vielen Bürgerinnen und Bürgern der Umstieg vom MIV (motorisierter Individualverkehr) auf den ÖPNV (öffentlicher Personennahverkehr) attraktiver gemacht werden. Gleichzeitig soll im Rahmen des Projekts auch diskutiert werden, ob schwach ausgelasteter Linienverkehr von einem On-Demand-Angebot abgelöst werden kann. Durch den Einsatz von kleineren Elektro-/Hybrid-Fahrzeugen könnten zum einen Luftschadstoff- und Lärmemissionen in den Quartieren verringert werden und zum anderen den Fahrgästen eine auf sie zugeschnittene und flexible Mobilitätsdienstleistung angeboten werden.
Das Exponat veranschaulicht das Saugen von Kohlendioxid aus der Luft „wie mit einem großen Staubsauger“.
Die „vernetzte Kartoffel“ steht symbolisch für den Ansatz des Smart Farming, über Systemgrenzen hinweg zu denken.
Ein barrierefreier Zugang zu Verkehrsmitteln, Verkehrslotsen, mehrsprachige Informationen und ausreichend Sitzgelegenheiten sind Beispiele für Angebote zu mehr Mobilitätsgerechtigkeit.
Inklusion trifft Mobilität: Das Projekt GlaMoBi – Gladbecker Mobilität für alle will benachteiligten Zielgruppen den Zugang zu gesunden und nachhaltigen Verkehrsangeboten ermöglichen. Denn Menschen mit Flucht- und Migrationshintergrund, Seniorinnen und Senioren sowie Kinder und Jugendliche sehen sich im Straßenverkehr teils beträchtlichen Hürden gegenüber. Dagegen kann eine intensive, auf die jeweilige Problematik zugeschnittene Betreuung helfen. Doch auch bei der Planung und Nutzung des Straßenraumes muss angesetzt werden. Das kommt dann auch der sozialen Teilhabe zugute. Denn einfache, inklusive, barrierefreie und gerechte Mobilitätsoptionen führen zu mehr Eigenverantwortlichkeit, zu mehr individueller Bewegung und damit zu mehr Sichtbarkeit im alltäglichen Verkehr.
Eine Mobilitätsstation vernetzt individuelle und öffentliche Verkehrsmittel, zum Beispiel durch Leihfahrräder, Carsharing-Fahrzeuge, Bus und Bahn.
Das Projekt Raum für neue Mobilität – Mobilitätsstationen und mehr in der Region FrankfurtRheinMain (RaMo) beschäftigt sich mit Mobilitätsstationen. Diese bündeln an einem Ort viele unterschiedliche Mobilitätsangebote, wie ÖPNV, Car- und Bike-Sharing. So decken sie unterschiedliche Mobilitätsbedürfnisse ab. Als Bindeglied zwischen individuellem und öffentlichem Verkehr sind sie ein wichtiger Schlüssel zu einer nachhaltigeren Mobilität. RaMo sucht nach geeigneten Standorten für Mobilstationen im Einzugsgebiet, setzt diese um und erprobt sie. Ergänzend soll ein Netz von intermodalen und multimodalen Angeboten etabliert werden. Auch eine digitale Mobilitätsplattform zur direkten Buchung und Nutzung der Mobilitätsdienstleistungen gehört zum Vorgaben.
Eine ausgeglichene Waage mit Hochhaus und Bauernhaus auf den Waagschalen steht für das angestrebte Gleichgewicht der Lebensverhältnisse in Stadt und Land.
Eine genetische Bibliothek erlaubt wertvolle Rückschlüsse für den Erhalt der Biodiversität.
Heute noch Zukunftsmusik, aber bald vielleicht schon die Lösung für eine nachhaltige Mobilität in der Stadt: teil- und vollautomatisierte Fahrzeuge.
NaMAV – Nachhaltige Mobilität und städtebauliche Qualitäten durch Automatisierung im Verkehr richtet den Blick in die etwas weiter entfernte Zukunft. Ausgangspunkt ist die Hypothese, dass automatisierte Fahrzeuge auch in urbanen Räumen eingesetzt werden. Gemeinsam mit der Stadt Leipzig entwickelt das Projekt Einsatzszenarien für hoch- und vollautomatisierte Fahrzeuge am Beispiel der Stadt Leipzig. Ziel ist es, sich frühzeitig auf die Chancen und Risiken vorzubereiten und den Prozess aktiv zu gestalten. Es gilt, die wirtschaftlich-gesellschaftliche Entwicklung mit den sozialen Interessen und der Umwelt in Einklang zu bringen, um so eine ganzheitliche Nachhaltigkeit zu ermöglichen.
In Reallaboren soll eine Art „Notfallset zur Klimaresilienz“ für Städte und Regionen entwickelt werden.
Zu einem sicheren Radverkehrsnetz zählen zum Beispiel durchgängige Radwege, Kreuzungen mit Fahrradampeln oder ausreichend Fahrradständer.
Das Projekt NUDAFA – Das Reallabor als Methode der interkommunalen Radverkehrsförderung untersucht, wie im Einzugsgebiet mehrerer Gemeinden ein durchgehendes, sicheres und attraktives Radverkehrsnetz entstehen kann. Es gilt, aktuelle Mängel wie Lücken im Wegenetz, schlechte Oberflächenqualität, unsichere Kreuzungspunkte und fehlende Radabstellanlagen zu beseitigen. Dazu braucht es aber nicht nur finanzielle Mittel und personelle Ressourcen, sondern auch eine enge Abstimmung der Verantwortlichen in den Gemeinden. NUDAFA erforscht, inwieweit eine Webplattform als datengestützte, konsensfördernde Arbeitsgrundlage dienen kann. Angestrebt ist dabei, dass die beteiligten Akteure ein ähnliches Verständnis der Problemlagen entwickeln, sich auf Handlungsoptionen einigen und gemeinsam Projekte umsetzen. Gleichzeitig soll mit Modellprojekten und Realexperimenten der notwendige Transformationsprozess in den Kommunen angeregt und beschleunigt werden.
Carbon Dioxide Removal, kurz CDR, ist der Fachausdruck für die Entnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Dieser Weg wird als Möglichkeit erforscht, dem Ausstoß an Treibhausgasen aktiv etwas entgegenzusetzen. Das Projekt CDRterra untersucht unterschiedliche Methoden dazu an Land. Ein Beispiel ist die direkte Abscheidung von CO₂ aus der Atmosphäre mit anschließender Speicherung des Kohlenstoffs. Große Filteranlagen saugen das CO₂ aus der Luft und trennen es chemisch ab. Anschließend wird es eingelagert, zum Beispiel verpresst unter dem Meeresboden oder nach chemischer Umwandlung als fester Stoff in Baumaterial.
Gebiete und Orte, für die Nutzerinnen und Nutzer Warnmeldungen erhalten möchten, können in der App gezielt ausgewählt werden. Landkreise, Gemeinden oder Umkreise von neun bis einen Quadratkilometer um einen frei wählbaren Ort sind möglich. Auf Wunsch warnt NINA auch für den jeweils aktuellen Standort. Dabei werden keinerlei Standortdaten erfasst.
Grüner Wasserstoff wird mit grünem Strom erzeugt und ist deshalb eine klimafreundliche Energiequelle. In der Energieversorgung, der Industrie und im Verkehrswesen soll er klimaschädliche fossile Energiequellen wie Erdöl und Erdgas ersetzen.
Von grünem Strom zu grünem Wasserstoff
Wasserstoff kann durch Elektrolyse von Wasser hergestellt werden. Dabei wird das Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Es fallen keine klimaschädlichen Emissionen an. „Grün“ wird der Wasserstoff, wenn der Strom für die Elektrolyse „grün“ ist – also aus erneuerbaren Energiequellen wie Windkraft oder Solarenergie stammt. Auch diese verursachen keine klimaschädlichen Emissionen.
Gut zu speichern und zu transportieren
Wasserstoff ist in seiner Reinform bei Zimmertemperatur ein farb- und geruchloses Gas. Er kann über bestehende Pipelines transportiert werden. Verflüssigt eignet sich Wasserstoff für den Transport in Tankschiffen bzw. -wagen oder -zügen. So können Abnehmer auch unabhängig von einer Pipeline versorgt werden. In flüssiger Form lässt sich Wasserstoff zudem gut speichern.
Geeignet für klimafreundliche Energieversorgung
Gasförmiger grüner Wasserstoff kann das fossile Erdgas in unserer Energieversorgung ablösen, zum Beispiel in Gas- und Dampf-Kraftwerken, die Strom und Wärme produzieren. Außerdem können Brennstoffzellen den Wasserstoff wieder in Strom umwandeln, also rückverstromen.
Potenzial für klimafreundliche Industrie
Viele Industriebranchen haben einen sehr hohen Energiebedarf oder nutzen fossile Rohstoffe. Das macht die Industrie nach der Energiewirtschaft aktuell zum zweitgrößten Verursacher von klimaschädlichen Emissionen. Grüner Wasserstoff bietet hier beste Chancen, die Produktion klimafreundlicher zu machen. In der Glas-, Zement- und Stahlindustrie könnte Wasserstoff außerdem die Brennöfen beheizen, in der Stahlindustrie die Kohle als Reduktionsmittel ersetzen und in der Chemieindustrie das Erdöl als Rohstoff.
Vielversprechend für saubere Mobilität
Es gibt viele Konzepte, wie sich Wasserstoff zum klimafreundlichen Antrieb von Verkehrsmitteln nutzen lässt: Über eine Brennstoffzelle, die aus dem Wasserstoff Strom herstellt, mit dem dann ein Elektromotor angetrieben wird. Durch direkte Verbrennung in einem Triebwerk oder Verbrennungsmotor. Oder in Verbindung mit anderen Substanzen als synthetischer Kraftstoff. Brennstoffzellenautos fahren schon auf unseren Straßen. Aus technologischer Sicht könnte man auch den Flug-, Schwerlast- oder Schiffsverkehr auf der Basis von Wasserstofftechnologien bewältigen. Hinsichtlich der Effizienz und Praktikabilität dieser Lösung besteht aber noch Forschungsbedarf.
Hitze, Starkregen, Sturm: Der Klimawandel hat enorme Auswirkungen auf Städte und Regionen. Im Projekt „Klimaresilienz durch Handeln in Stadt und Region" wird erforscht, wie Städte und Regionen widerstandsfähiger gegenüber Klimaveränderungen – das heißt klimaresilienter – gemacht werden können. In sogenannten Reallaboren, also vor Ort und gemeinsam mit den betroffenen Akteuren, werden innovative Instrumente und Handlungsoptionen entwickelt, wie man zum Beispiel im Sommer die Hitze minimieren kann oder bei Starkregen das Wasser schneller versickert.
Kaum zu glauben, aber nicht alle Tier- und Pflanzenarten in Deutschland sind vollständig genetisch erfasst und dokumentiert. Das Projekt German Barcode of Life (GBOL) arbeitet daher derzeit an der Erfassung jeder Tier-, Pflanzen- und Pilzart in Deutschland anhand einer spezifischen DNA-Barcode-Sequenz. In einer DNA-Barcode-Referenzdatenbank werden genetischer Fingerabdruck, Gewebeprobe und Belegexemplar hinterlegt und öffentlich verfügbar gemacht. Das ist eine wichtige Voraussetzung für den Erhalt der Biodiversität, denn nur für eindeutig bestimmte Arten lassen sich Rückschlüsse auf ihre Rolle im Ökosystem und eine mögliche Gefährdung ziehen.
Klassische Solarzellen kennt jeder. Sie bestehen aus Silizium und sind zu mehreren in Solarmodulen verbaut. Diese Module sind leistungsfähig, aber auch relativ schwer und starr. Das schränkt ihr Anwendungsspektrum an Gebäuden ein. Für Gebäudeflächen – ganz gleich ob Dächer oder Fassaden – die aufgrund von Gewichts- oder Untergrundbegrenzungen mit konventionellen Solarmodulen nicht genutzt werden können, gibt es jetzt eine Alternative: Organische Solarfolien sind millimeterdünn, wiegen weniger als zwei Kilogramm pro Quadratmeter und lassen sich bis zu einem Radius von fünfzig Zentimetern biegen. Damit erschließen sie der Gewinnung von Solarstrom an Gebäuden neue Potenziale. Man kann sie auf Leichtbaukonstruktionen, ausgefallen geformten Flächen oder Materialien, in denen keine Verankerungen befestigt werden dürfen, anbringen. So eignen sie sich sowohl für die Nachrüstung an Bestandsgebäuden als auch für den Einsatz in der modernen Architektur.
Mobilität spielt in unserem Leben eine große Rolle. Wie wir zur Arbeit oder Schule kommen, wie wir unsere Freizeit verbringen, wie wir unsere Besorgungen erledigen ist fast immer damit verknüpft, wie wir Entfernungen bewältigen. Viel zu sehr steht dabei aktuell noch das Auto im Vordergrund. Doch das soll sich ändern, denn moderne Mobilität ist mehr als Autofahren. Die Forschung arbeitet deshalb an innovativen Projekten, die uns Menschen und dem Klima zugutekommen. In unserer Mobilitätsstadt in der Ausstellung haben wir die Lösungen von morgen schon vorweg genommen. Sie stammen aus Forschungsprojekten der Fördermaßnahmen MobilitätsWerkStadt 2025 und MobilitätsZukunftsLabor 2050.
Solarstrom an sich ist schon eine der am saubersten gewonnenen Energieformen. Noch nachhaltiger geht das mit organischen Solarfolien, denn diese sind ein wirklich „grünes Produkt“. Das liegt am geringen Materialeinsatz, dem Verzicht auf begrenzte Rohstoffe und toxische Schwermetalle wie Cadmium oder Blei aber auch an der effizienten Produktion: Die organischen Solarfolien werden in einem weltweit einzigartigen Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt, bei dem bis zu 1,3 Meter breite und mehr als 2 Kilometer lange Rollen verarbeitet werden. In einem Vakuum-Verdampfungsverfahren werden hauchdünne Schichten organischer Halbleitermaterialien auf eine Trägerfolie aufgedampft und anschließend verkapselt. Das Ergebnis ist eine Lebensdauer von 20 Jahren und mehr.
Wasser und Böden sind die Basis unseres Lebens. Gerade die Landwirtschaft hängt unmittelbar davon ab, und beeinflusst umgekehrt, wie intakt diese Ressourcen bleiben. Die Art der Bewirtschaftung hat außerdem Auswirkungen auf den Klimawandel: Werden durch extensive Tierhaltung und zu viel Düngung klimaschädliche Emissionen freigesetzt? Oder aber durch Aufforstung, Humusbildung und Wiedervernässung von Mooren der Treibhausgasausstoß gesenkt? Die Agrarsysteme der Zukunft denken Produktion daher neu und vernetzen Wissen über Systemgrenzen hinweg. Zukunftstechnologien und Digitalisierung sind dabei wichtige Treiber. Ein Beispiel ist das Smart Farming: Komplexe Vorgänge werden mittels Informations-, Daten- und Kommunikationstechnologie optimiert. Zum Beispiel werden Daten gesammelt, anhand derer man die optimale Menge an Saatgut, Düngemittel und den Bewässerungsbedarf ermitteln kann.
Wir tragen Verantwortung für die Generationen, die nach uns kommen. Nachhaltigkeit ist daher ein zentrales Thema – heute schon und in Zukunft. Die Herausforderungen, vor denen wir stehen, sind groß: Klimawandel, Bewahrung der Natur und Ressourcen, Chancengleichheit in unserer Gesellschaft. Deshalb brauchen wir Forschung, denn Wissen ist der Schlüssel zu einer nachhaltigen Zukunft. Mit seiner Strategie Forschung für Nachhaltigkeit – FONA fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung deshalb Projekte zum Schutz des Klimas und für mehr Nachhaltigkeit.
Drei Hauptziele für mehr Nachhaltigkeit
Die FONA-Strategie formuliert drei strategische Ziele, zu denen Forschung einen entscheidenden Beitrag leisten kann:
1. Klimaziele erreichen
2. Lebensräume und natürliche Ressourcen erforschen, schützen, nutzen
3. Gesellschaft und Wirtschaft weiterentwickeln – gut leben im ganzen Land
Jedes Ziel wird mit Handlungsfeldern konkretisiert, die eine Vielzahl an Aktionen umfassen.
Klimaziele erreichen
Um Deutschlands Klimaziele zu erreichen, gibt es grundsätzlich zwei Wege: Mitigation – also das Vermeiden und Mindern von Treibhausgasen – und Adaption – also die Anpassung an und Risikovorsorge gegen die Auswirkungen des Klimawandels. Hinzu kommt noch der Aufbau von Wissen als Grundlage für wirksame Klimapolitik.
Lebensräume und natürliche Ressourcen schützen
Biologische Vielfalt, gesunde Ökosysteme und natürliche Ressourcen sind Grundlage allen Lebens. Aufgrund des rasanten Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstums sowie der Folgen des Klimawandels sind diese stark gefährdet. Der Erhalt der Artenvielfalt und Lebensräume sowie natürlicher Ressourcen sind daher zentrale Handlungsfelder der FONA.
Gesellschaft und Wirtschaft weiterentwickeln
Nicht alle Regionen in Deutschland sind gleich innovativ oder wirtschaftlich leistungsfähig. Starken Wirtschaftsräumen stehen Gebiete mit geringeren Einkommens- und Beschäftigungsmöglichkeiten gegenüber. Die FONA-Strategie fördert daher einen innovationsbasierten, ressourcenschonenden und klimafreundlichen Strukturwandel in den Regionen. So will sie ungleichen Entwicklungen innerhalb der Gesellschaft, zwischen Stadt und Land oder zwischen strukturstarken und -schwachen Regionen entgegenwirken.
Zwischen Städten, städtischem Umland und ländlichen Räumen bestehen enge Wechselbeziehungen – dennoch wächst die Kluft zwischen den jeweiligen Lebenswelten. Für eine nachhaltige Entwicklung müssen diese gemeinsam betrachtet werden. In der Fördermaßnahme „Stadt-Land-Plus" entwickeln und erproben 22 Verbundvorhaben im Schulterschluss von Wissenschaft und Praxis zwischen Ostsee und Bodensee seit 2018 innovative Ansätze für die Stärkung von nachhaltigen Stadt-Land-Beziehungen.
Das zu entwickelnde System besteht aus einer frei navigierenden Fahrzeugbasis und einem kollaborativem Roboterarm. Pflegewissenschaftliche Ziele sind die Identifikation und Analyse geeigneter Szenarien und Prozesse zur Integration eines PeTRA-Systems in den Pflegealltag. Aufkommende Fragen rechtlicher, ethischer, sozialer sowie ergonomischer, wirtschaftlicher und technischer Art werden wissenschaftlich analysiert, ausgewertet und zur Überführung in die Pflegepraxis aufbereitet.
Im Projekt PeTRA (Personen-Transfer Roboter-Assistent) soll ein mobiler Assistenzroboter entwickelt werden, der Pflegekräfte von Transportaufgaben entlasten und Patientinnen und Patienten beim Gehen unterstützen kann. Er soll vier Grundfunktionen bieten:
• Ankoppeln eines Rollstuhls
• Ankoppeln eines Bettes
• Ankoppeln eines Rollators
• Unterstützung beim Gehen – Patient hält sich am Roboterarm fest
Mehr als 6.000 Bettentransporte, 4.000 Rollstuhlfahrten, 3.500 Patientenbegleitungen und 4.000 sonstige Transporte fallen am Tag in deutschen Kliniken an. Zwar werden diese Transportaufgaben oft an Hilfskräfte delegiert. Oftmals fallen sie aber doch wieder auf examinierte Pflegekräfte zurück. Für den begleiteten Hin- und Rücktransfer einer Person sind bis zu vier Wege des Personals erforderlich (Hinbringen und zurück, Abholen und zurück), das in dieser Zeit dann nicht für die eigentlichen Pflegetätigkeiten zur Verfügung steht. Aus Zeitgründen werden zudem teilweise auch Personen per Rollstuhl oder Bett befördert, die durchaus begleitet gehen könnten. Dies geht zulasten ihrer Autonomie.
PeTRA wird zu 71 Prozent durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Koordinator des Forschungsverbundes ist die KUKA Deutschland GmbH, Augsburg. Als weitere Partner wirken mit:
• Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft
• Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
• Hochschule für angewandte Wissenschaften
Würzburg-Schweinfurt - IREM Nürnberg
• Universitätsklinikum Augsburg
• Barmherzige Brüder gemeinnützige Krankenhaus GmbH, München
• Martha-Maria Krankenhaus gGmbH, Nürnberg
Pflegekräfte im Krankenhaus und anderen medizinischen Einrichtungen leisten einen wichtigen Beitrag für unsere Gesellschaft. Allerdings stehen sie oft unter einem hohen Zeitdruck. Kommen dann noch der Transport der Patientinnen und Patienten dazu, bleibt noch weniger Zeit für die eigentliche Pflege am Menschen übrig, zumal in vielen Kliniken lange Wege zu bewältigen sind. PeTRA, der Personen-Transfer Roboter Assistent, soll diese Transportaufgaben übernehmen, damit mehr Zeit für „gute Pflege“ bleibt. Außerdem soll der Roboter Patientinnen und Patienten beim Gehen unterstützen und so ihre Autonomie verbessern.
Die FONA-Strategie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung
Fusion – die Energiequelle der Sonne
Fusion ist die Energiequelle der Sonne: Im Zentrum der Sonne herrschen sehr hohe Temperaturen von 15 Millionen Grad Celsius und ein unglaublich hoher Druck von 100 Milliarden Bar. Unter solch extremen Bedingungen verschmelzen die Atomkerne von zwei Wasserstoffatomen zu einem neuen Helium-Atomkern. Sie „fusionieren“. Bei diesem Prozess wird sehr viel Energie freigesetzt. Forschende arbeiten intensiv daran, „die Energie der Sonne auf die Erde zu holen“, indem sie versuchen, den Fusionsprozess in speziellen Reaktoren kontrolliert und kontinuierlich ablaufen zu lassen. Ihre Hoffnung ist es, eines Tages die Fusion als zuverlässige und klimaneutrale Energiequelle nutzen zu können.
Grüner Wasserstoff – das Universalgenie
Grüner Wasserstoff könnte in nahezu allen Bereichen herkömmliche Energiequellen ersetzen. Er eignet sich zum Einsatz in der Strom- und Wärmeversorgung, der Industrie sowie zum Antrieb von Verkehrsmitteln. Zudem können mittels Wasserstoff große Energiemengen verhältnismäßig einfach gespeichert und transportiert werden.
Bei der Herstellung von Grünem Wasserstoff fallen keine klimaschädlichen Emissionen an
Wasserstoff kann durch Elektrolyse von Wasser hergestellt werden. Dabei wird das Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Es fallen keine klimaschädlichen Emissionen an. „Grün“ wird der Wasserstoff, wenn der Strom für die Elektrolyse „grün“ ist – also aus erneuerbaren Energiequellen wie Windkraft oder Solarenergie stammt. Auch diese verursachen keine klimaschädlichen Emissionen. Damit ist Grüner Wasserstoff langfristig die ideale Lösung für eine klimaneutrale Energieversorgung, denn kein anderes Herstellungsverfahren reicht an die ökologischen Vorteile des Grünen Wasserstoffs heran.
Breit verfügbar, vielseitig nutzbar
Wasserstoff ist auf unserem Planeten weit verbreitet, denn Wasser ist nichts anderes als Wasserstoff in seiner Verbindung mit Sauerstoff. Gelingt es, Wasserstoff als Energiequelle für unsere Strom- und Wärmeversorgung, Verkehrsmittel und die Industrie zu nutzen, könnte man auf fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl oder Erdgas verzichten, die klimaschädliche Emissionen verursachen. Zudem können mittels Wasserstoff große Energiemengen gespeichert und transportiert werden. Die Forschung und Entwicklung arbeiten daher intensiv daran, ihn im großtechnischen Maßstab nutzbar zu machen, damit wir unsere Energieversorgung in Zukunft zu einem großen Teil mit Wasserstoff bestreiten können.
Wasserstoffstrategie der Bundesregierung
In Deutschland will die Bundesregierung bis 2030 eine Kapazität von mindestens zehn Gigawatt für die Gewinnung von Grünem Wasserstoff aufbauen. Damit lassen sich dann zwischen 20 und 30 Prozent des deutschen Wasserstoffbedarfs decken. Dennoch wird es auf lange Sicht in Deutschland zu wenig Strom aus erneuerbaren Energien geben, um Grünen Wasserstoff in der benötigten Menge herzustellen. Die Bundesregierung setzt deshalb auf strategische Partnerschaften etwa mit Süd- und Westafrika sowie mit Australien. In diesen Ländern herrschen besonders gute Bedingungen, um Wind- und Solarstrom für die Herstellung von Grünem Wasserstoff zu produzieren.
Hohe Sicherheit – kein Vergleich mit Kernkraft
Anders als bei Kernkraftwerken kann es in einem Fusionsreaktor nicht zu einem GAU kommen. Bei einer Störung würde das Plasma einfach erlöschen. Zwar entsteht in einem Fusionskraftwerk auch radioaktive Strahlung, aber viel weniger als bei der Kernspaltung. Weil sich die Radioaktivität auf die Reaktorinnenwand beschränkt, können die Materialien speziell daraufhin optimiert werden. Nach derzeitigem Entwicklungsstand wäre die Strahlung nach etwa 100 Jahren auf ein harmloses Maß abgeklungen. Somit wäre auch keine Endlagerung von hoch-radioaktivem Material erforderlich.
Nahezu unbegrenzt verfügbar
Fusionskraftwerke auf der Erde nutzen die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium als Brennstoffe. Diese lassen sich aus Meerwasser und Gestein gewinnen und stehen somit nahezu unbegrenzt zur Verfügung. Mit 400 Litern Meerwasser für das Deuterium und circa 280 Kilogramm Gestein für das Tritium könnte man den Energiebedarf eines Menschen lebenslang decken. Anders als zum Beispiel Photovoltaik- oder Windkraftanlagen könnte ein Fusionskraftwerk zudem kontinuierlicZwei unterschiedliche ForschungsansätzeZwei unterschiedliche Forschungsansätzeh Energie produzieren, es wäre „grundlastfähig“.
Zwei unterschiedliche Forschungsansätze
Zur Nutzung der Fusionsenergie auf der Erde verfolgt die Forschung zwei Ansätze: die Magnetfusion und die Trägheitsfusion. Derzeit ist noch offen, welcher der beiden Ansätze für eine stabile Gewinnung von Fusionsenergie erfolgreicher sein wird.
Bei der Magnetfusion werden die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium in großen Metallgefäßen zur Reaktion gebracht. Dies erfolgt bei geringem Druck, aber sehr hohen Temperaturen von 100 bis 150 Millionen Grad Celsius. Unter diesen Bedingungen entsteht ein Plasma. Das ist ein Materiezustand, bei dem die Atomkerne und die Elektronen voneinander getrennt vorliegen. In diesem Plasma kommt es zur Fusionsreaktion. Dabei wird es in der ringförmigen Reaktoranlage durch starke Magnetfelder in der Schwebe gehalten. Denn das heiße Plasma würde sofort erlöschen, falls es die Reaktorwand berührt.
Bei der Trägheitsfusion sind die beiden Wasserstoffisotope in einer kleinen Kapsel eingeschlossen. Die Kapsel wird beispielsweise mit sehr energiereichen Lasern auf Fusionstemperatur erhitzt, man spricht dann von der Laserfusion. Ein Magnetfeld ist dazu nicht erforderlich. Durch die Masseträgheit kann die Fusionsreaktion für die winzige Dauer einiger Milliardstel Sekunden stattfinden, bevor das Plasma unter dem großen Druck auseinanderfliegt und die Reaktion zum Stillstand kommt.
Augmented Reality (AR) wird bereits in vielen Bereichen angewendet. In der Aus- und Weiterbildung bieten AR-Anwendungen viele neue Möglichkeiten. So können bei der Montage von Maschinenteilen Schritt-für-Schritt-Anleitungen und zahlreiche vertiefende Informationen direkt über eine App auf Tablet oder Smartphone zur Verfügung gestellt werden.
Autos müssen stabil und robust sein, gleichzeitig aber „intelligent“ nachgeben, um bei Unfällen Bewegungsenergie zu absorbieren und die Insassen zu schützen. Zudem sollen sie so leicht wie möglich sein, um möglichst wenig Kraftstoff zu verbrauchen. Denn jedes Kilo, das bewegt werden muss, kostet Energie und Geld.
Bei Laboruntersuchungen denken viele zuerst an Reagenzgläser. Eine zeitgemäße Art von „Reagenzgläsern“ findet sich miniaturisiert auf der LabDisk. Mit ihr können Blutproben automatisch untersucht und Krankheitserreger präzise und in wenigen Stunden bestimmt werden.
Bei der Dämmung von Altbauten sollen Charme und Charakteristik des Gebäudes erhalten bleiben. Das ist mit herkömmlichen Materialien wie dicken Dämmplatten nicht zu bewerkstelligen. Ein Aerogelputz dagegen wird in einer dünnen Schicht auf die Fassade aufgetragen und kann auch aufwendige architektonische Formen nachbilden. Dabei dämmt er genauso gut wie herkömmliches Dämmmaterial.
Bei der Herstellung von Smartphones standen Umweltbewusstsein, Arbeitsbedingungen und Nachhaltigkeit bisher wenig im Fokus. Doch es tut sich etwas: 2015 brachte die SHIFT GmbH das fair produzierte SHIFTPHONE auf den Markt.
Bei der Versorgung mit Wärme steht uns die Sonne als unerschöpfliche Quelle zur Verfügung – wenn sie scheint. Beim Versuch, Sonnenwärme dauerhaft für dunkle Tageszeiten und kalte Jahreszeiten zu speichern, kann das Prinzip der „sorptiven Wärmespeicherung“ in luftigen Spezialschäumen einen neuen Weg aufzeigen.
Bei der additiven Fertigung werden durch schichtweises Auftragen von verschiedensten Werkstoffen einzigartige Bauteile hergestellt. Diese Bauteile können individuell auf ihren zukünftigen Einsatz zugeschnitten und hergestellt werden.
Bei einem Herzinfarkt sterben bis zu einer Milliarde Zellen ab. Das Gewebe vernarbt, das Herz ist nicht mehr leistungsfähig und muss langfristig ausgetauscht werden. Forscherinnen und Forscher wollen das verhindern, indem sie das Narbengewebe durch frisches Gewebe ersetzen. Dieses muss aber erst hergestellt und „fit“ gemacht werden. Ein spezieller Bioreaktor nährt, schützt und trainiert neues Herzgewebe.
Bei kathetergeführten Herzoperationen können leicht Partikel aus dem Blut in das Gehirn gelangen und dort lebensgefährliche Verletzungen oder sogar einen Schlaganfall hervorrufen. ProtEmbo ist ein implantierbares Filtersystem, das diese Partikel aus dem Blut herausfiltert und so das Risiko von Schlaganfällen und Ähnlichem senkt.
Beim Züchten von Zellen im Labor, der Zellkultur, kommen Bioreaktoren zum Einsatz. In diesen Behältnissen können Zellen in einer Nährlösung und unter kontrollierten Bedingungen wachsen und sich vermehren. Dabei muss auf absolute Sterilität geachtet werden.
Bereits jetzt gibt es zahlreiche Fahrassistenzsysteme, die uns dabei helfen, Autos sicher durch den Verkehr zu steuern. Viele Autohersteller, aber auch IT-Unternehmen, arbeiten an hochautomatisierten Fahrfunktionen, mit denen Autos komplett ohne das Eingreifen des Menschen fahren können.
Biokunststoffe sind nachhaltige Alternativen zu Kunststoffen auf Erdölbasis. Sie lassen sich vielfältig einsetzen und sind biologisch abbaubar.
Botnetze sind Schadprogramme („Bots“ für „Robots“), mit denen Kriminelle Tausende von Computern miteinander vernetzen, ohne dass deren Besitzerinnen und Besitzer davon etwas merken. Auch jedes andere mit dem Internet verbundene Gerät kann betroffen sein.
Brennstoffzellenautos nutzen Wasserstoff als Energieträger. Wasserstoff entsteht bei der Elektrolyse, also der Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Für die Elektrolyse wird Strom benötigt. Wasserstoff ist klimafreundlich und lässt sich flüssig oder gasförmig lagern und transportieren.
Computer und Computerchips werden immer kleiner und leistungsfähiger. Über 50 Jahre lang galt die Einschätzung von Gordon Moore (Chemiker, Physiker und Intel-Mitbegründer): Die Anzahl der Schaltkreiskomponenten auf einem integrierten Schaltkreis verdoppelt sich etwa alle 18 Monate bis zwei Jahre. Ein so langanhaltendes, exponentielles Wachstum der Leistungsfähigkeit sucht in der Technik ihresgleichen.
Dank erneuerbarer Energien steht uns manchmal überschüssige Energie zur Verfügung. Eine Möglichkeit, Energie zu speichern, ist ihre Umwandlung in Wasserstoff. Wasserstoff ist allerdings sehr leicht brennbar und im Gemisch mit Luft explosiv. Die Firma Hydrogenious Technologies speichert Wasserstoff im nicht brennbaren, flüssigen, organischen Trägermaterial LOHC.
Das Projekt „Sozial kooperative virtuelle Assistenten als Tagesbegleiter für Menschen mit Unterstützungsbedarf“ (KOMPASS) der Universität Bielefeld hat das virtuelle Assistenzsystem „Billie“ entwickelt. Dieses ist speziell auf ältere Menschen zugeschnitten und ermöglicht ihnen ein unabhängiges Leben – auch im hohen Alter.
Den Versuch, wichtige Botschaften zu verschlüsseln, sodass nur der richtige Empfänger sie entschlüsseln und lesen kann, gab es schon in der Antike. In der digitalen Welt ist in vielen Bereichen eine sichere Verschlüsselung sensibler Daten wichtiger denn je. Die Quantenmechanik bietet einen neuen Ansatzpunkt für die Kryptographie.
Die Computer der Zukunft sprengen unsere herkömmliche Vorstellung von Rechnern. Zumindest, wenn es um Quantencomputer geht. Denn diese funktionieren nach völlig anderen physikalischen Prinzipien als unsere siliziumbasierten, herkömmlichen Rechner. Quantencomputer könnten also die Spielregeln der Digitalisierung neu definieren.
Die Digitalisierung macht auch vor Autos nicht Halt. Moderne Autos stecken voller Elektronik und Assistenzsysteme. Sie warnen mit akustischen Signalen beim Einparken oder wenn man die Fahrbahnmarkierung überfährt. Die Entwicklerinnen und Entwickler arbeiten an Autos, die miteinander „sprechen“ und so zum Beispiel Informationen über Staus austauschen.
Die Welt der Technologien wird immer kleiner. Winzige Strukturen und Bauteile, Mikrochips und kleinste elektronische Schaltungen sind in vielen Geräten verbaut. Aber auch die Bausteine des Lebens sind winzig.
Die Welt der Technologien wird immer kleiner. Winzige Strukturen und Bauteile, Mikrochips und kleinste elektronische Schaltungen sind in vielen Geräten verbaut. Aber auch die Bausteine des Lebens sind winzig.
Die kompakten Drohnen von Quantum Systems können dank Schwenkrotoren wie ein Hubschrauber senkrecht starten und landen und sich in der Luft in ein Flugzeug verwandeln. Sie sind in der Landwirtschaft und Forschung, aber auch für Suchaktionen einsetzbar.
Digitalisierung ist nicht etwa eine Erfindung des 21. Jahrhunderts – ganz im Gegenteil: Ihre Anfänge lassen sich bereits über vier Jahrhunderte früher finden, mit der Geburtsstunde des Binärcodes.
Ein Blick ins Gehirn eines Patienten/einer Patientin – das ging bisher nur mit einem Computertomographen oder einem Magnetresonanztomographen. Der Akustocerebrograf (ACG) erlaubt genau diesen Blick mit Hilfe von nicht-invasiven Ultraschallwellen.
Ein Problem der Energiewende ist, dass sich Strom aus erneuerbaren Energien schwer speichern lässt. In einem neuen Verfahren kann jetzt elektrische Energie zu synthetischem Rohöl umgewandelt werden. Aus diesem lassen sich hochqualitative Kraftstoffe herstellen.
Ein speziell designter Zweiarm-Roboter ermöglicht eine reibungslose Zusammenarbeit. Intelligente Datenbanklösung steuert digitale Werkerführung.
Ein wichtiger Faktor für den Erfolg der Elektromobilität sind die Batterietechnologien. Aktuell gelangen vor allem Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz, die seit über 20 Jahren am Markt etabliert sind. Sie werden zunehmend verdichtet und der Anteil an inaktivem Material in der Batterie verringert. Ihre Leistungsfähigkeit und Lebensdauer sind aber nicht unbegrenzt steigerungsfähig.
Eine unglaubliche Fülle an Informationen wird zwischen Millionen von Anwendungen, sowie Milliarden von Benutzern und Geräten übertragen. Dabei werden immer größere Datenmengen angehäuft. Die Knotenpunkte stellen hierbei Rechenzentren dar, über die der Großteil des Datentransfers läuft. Der Datentransport zwischen den Rechenzentren wird über Glasfaserkabel gewährleistet. Die Information wird in Form schneller Lichtpulse statt langsamer Spannungspulse weitergeleitet. Das spart Zeit und Energie. Für die Umwandlung von elektrischen in optische Signale und umgekehrt werden sogenannte Transceiver (englisches Kunstwort: Transmitter + Receiver) verwendet.
Feuerwehrleute, Einsatz- und Rettungskräfte riskieren bei Einsätzen oft ihr Leben. Weltweit kommen jährlich rund 200 Feuerwehrleute bei der Bekämpfung von etwa 15.000 Bränden katastrophalen Ausmaßes ums Leben. Ein Grund dafür: Die Orientierung in verrauchten oder verwinkelten Gebäuden ist schwierig. Gerät eine Rettungskraft selbst in Not, kann sie kaum gefunden werden.
Für das autonome Fahren müssen große Datenmengen über die Fahrzeugumgebung in kurzen Zeitabständen gewonnen werden. Hier kommt die LiDAR-Technologie zum Einsatz.
Gedruckte Schaltungen aus Kunststoff eröffnen völlig neue Anwendungsfelder. Mit druckbaren organischen Schaltkreisen aus elektrisch leitfähigen Polymeren lassen sich intelligente Sensor-Etiketten herstellen. Diese können zum Beispiel auf Medikamentenschachteln Daten über die Lagerbedingungen sammeln und online einspeisen.
Glaswände, Hochhausfassaden oder Industriegebäude bieten riesige Flächen, die zur Gewinnung von Sonnenenergie genutzt werden könnten. Aus ästhetischen, finanziellen und praktischen Gründen haben Architektinnen und Architekten bisher aber davon abgesehen. Mit hauchdünnen transparenten Solarfolien, die in das Fensterglas integriert oder auf die Betonfassaden aufgebracht werden, könnte sich das ändern.
Graphen ist ein zweidimensionaler Kohlenstoff, mit dem sich völlig neue und miniaturisierte Sensoren herstellen lassen. Sie verfügen über eine sehr hohe Empfindlichkeit und können zum Beispiel Sprengstoffe schon dann anzeigen, wenn nur ein Molekül an das Graphen andockt.
Hacker wollen verstehen, wie ein System funktioniert und wo seine Schwachstellen liegen, ohne dessen Daten zu verändern. Cracker dagegen verändern die Systeme, die sie „hacken“, böswillig. Scriptkiddies nutzen fertige Schadprogramme, um willkürlich in Systeme einzudringen. Der Schaden dabei kann hoch sein.
Heutige Implantate gegen Schwerhörigkeit stimulieren den Hörnerv durch elektrische Signale. Damit lässt sich jedoch kein natürlicher Höreindruck erzielen. Ein neuer, vielversprechender Ansatz ist daher die Stimulation des Hörnervs durch Licht. Da mit Licht bedeutend mehr Abschnitte des Hörnervs präzise angesteuert werden können, käme das Ergebnis unter Umständen dem natürlichen Hören sehr nahe.
Identitäten lassen sich im Internet schnell klauen. Datenlecks in Unternehmen, Phishing-Mails, Schadsoftware oder unsichere Netzwerke und Verbindungen sind ein Einfallstor für den Diebstahl einer Identität.
In Europa werden jedes Jahr 65.000 Herzklappen ersetzt, um Herzfehler zu behandeln. Das Problem: Biologische Implantate werden oft vom Körper abgestoßen, weil das Immunsystem die fremden Zellen angreift. Es gibt aber ein Verfahren, um von den Spenderherzklappen alle diejenigen Zellen zu entfernen, die der Körper angreifen könnte – sogenannte dezellularisierte Spenderherzklappen.
In Gefahrensituationen zählt oft jede Minute: Bei Großbrand, Sturm oder Kampfmittelfund müssen die betroffenen Menschen so schnell wie möglich informiert werden, damit sie sich und ihre Mitmenschen in Sicherheit bringen können. Auch ein medizinischer Notfall wie der Herz-Kreislauf-Stillstand ist ein Kampf gegen die Zeit. Neu entwickelte Apps unterstützen im Ernstfall Bevölkerung und Rettungskräfte. Zum Beispiel die Smartphone-App „KATRETTER“.
KATRETTER – Hilfe bevor die Rettungskräfte eintreffen
Im Falle eines medizinischen Notfalls zählt jede Sekunde. Häufig sind es freiwillige Helferinnen und Helfer, die bereits vor dem Eintreffen der Rettungskräfte lebenserhaltene Maßnahmen durchführen. Um dieses Potenzial effektiver zu nutzen, wurde die KATRETTER-App entwickelt. Registrierte Helfende werden bei einem Notfall in ihrer Nähe über die App informiert. Bei Annahme des Einsatzes werden sie zur Unfallstelle navigiert.
In der Automatisierungstechnik bewegen sogenannte Handhabungsvorrichtungen die Werkstücke oder andere Elemente von einem zum anderen Ort. Empfindliche Elemente wie Glas oder Lebensmittel sind dabei besonders gefährdet, beschädigt zu werden. Der Robotergreifer von Festo erledigt dies so feinfühlig wie ein Mensch.
In naher Zukunft werden Autos wahrscheinlich von selbst fahren. Die technischen Systeme dazu gibt es bereits. Aber es sind noch viele Fragen offen.
Kostenlose App für iOS und Android
NINA steht für Notfall-Informations- und Nachrichten-App. Sie schickt wichtige Warnmeldungen des Bevölkerungsschutzes zum Beispiel zu einer Gefahrstoffausbreitung oder einem Großbrand, Wetterwarnungen des Deutschen Wetterdienstes und Hochwasserinformationen der zuständigen Stellen der Bundesländer direkt auf das Smartphone. Außerdem sind aktuelle Informationen zur Corona-Pandemie enthalten. Die App steht in den App-Stores kostenlos zum Download für iOS und Android zur Verfügung.
Lithium-Ionen-Batterien gibt es schon lange, doch durch die Energiewende werden immer größere und leistungsfähigere Batterien benötigt. Um diese wirtschaftlich in großen Massen anzufertigen, muss die automatisierte Produktionstechnik verbessert werden.
Mechanische Metamaterialien machen es möglich, Gegenstände wie Türklinken mit einem speziellen 3D-Druckverfahren herzustellen. Die Gebilde sind aus einem Guss, legen aber trotzdem mechanisches Verhalten an den Tag.
Mechanische Sonnenschutzsysteme wie Außenjalousien sind teuer, müssen gewartet werden und versperren nicht zuletzt den Blick nach draußen. Elektrochromes Glas – auch schaltbares Glas genannt – stellt nicht nur eine optisch ansprechende Alternative dar. Es kann dank seiner verschiedenen Einstellmöglichkeiten auch zur Wärmeregulierung genutzt werden, womit es die Gebäudeenergieeffizienz positiv beeinflusst.
Mikrochips sind in der heutigen Welt unverzichtbar. Mikroelektronik steckt (fast) überall drin – nicht nur in Smartphone, PC oder vielen Alltagsdingen. Sie ist wesentlich für alle Zukunftsaufgaben: für nachhaltige und effiziente Energieversorgung, Mobilität, Medizin und Gesundheit, das Smart Home, das Internet der Dinge und unzählige industrielle Anwendungen. Mikroelektronik ist innovativ und bietet Lösungen für die gesellschaftlichen Herausforderungen – und damit viele spannende Jobs, auch in Zukunft.
Mit der Einführung mechanischer Produktionsanlagen begann ab ca. 1750 die erste industrielle Revolution. Seitdem gab es zwei weitere einschneidende Umwälzungen: Ende des 19. Jahrhunderts durch die Elektrizität und das Fließband, ab den 1970er-Jahren durch den Computer. Jetzt stehen wir an der Schwelle zur vierten industriellen Revolution, auch Industrie 4.0 genannt, die von der Digitalisierung geprägt ist.
Mit der Kniegelenksprothese 3R31 Prosedo können oberschenkelamputierte Menschen, deren Mobilität stark eingeschränkt ist, wieder sicher stehen und kurze Strecken gehen. Eine spezielle Hydraulik erleichtert das Hinsetzen, indem das Gewicht gleichmäßig auf das gesunde und auf das amputierte Bein verteilt wird.
Mit über 100 Millionen verbauten Kubikmetern im Jahr ist Stahlbeton der wichtigste Baustoff in Deutschland – aber nicht der haltbarste. Gebäude aus Stahlbeton werden kaum älter als wir Menschen. Carbonbeton bietet eine neue Art des Bauens: Der Materialverbund aus Carbonfasern (also Kohlenstofffasern) und Hochleistungsbeton ist leichter als herkömmlicher Stahlbeton, umweltverträglicher und kann nicht rosten.
Mobbing gibt es nicht nur auf dem Schulhof oder auf Bürofluren, sondern auch im Internet. Beim Cybermobbing werden Menschen oder Unternehmen mit E-Mails, Nachrichten, Kommentaren oder in sozialen Medien mit Beleidigungen, aggressiven Botschaften, kompromittierenden Fotos oder Videos unter Druck gesetzt.
Neben den von alters her bekannten Modifikationen des Kohlenstoffs wie Graphit und Diamant sind in jüngerer Zeit exotischere Formen dieses Elements in den Blick gerückt: Fullerene (kugelförmige Kohlenstoffmoleküle), Kohlenstoffnanoröhren oder Graphen (einlagiger Kohlenstoff).
Neue Injektionstechnik erleichtert die Vorsorge
OLEDs aus Halbleitern auf Kunststoffbasis eröffnen neue Anwendungsmöglichkeiten.
Oft sind ungefragt zugesandte Mails einfach nur lästig und verstopfen als Spam das Postfach oder gehen als „Hoax“, also als eine Art Kettenbrief, auf die Nerven. Sie können aber auch richtig gefährlich sein, wenn sie als Phishing-Mail nach Passwörtern, Login- oder Bankzugangsdaten fragen.
Polymere Kunststoffe auf Erdölbasis sind schlecht für Umwelt und Klima. Celluloseacetat ist ein neuer flammgeschützter und schaumfähiger Biokunststoff. Dieser könnte zum Beispiel zur Gebäudedämmung verwendet werden.
Separatormaterialien sind ein wichtiger, aber auch sicherheitskritischer Bestandteil von Lithium-Ionen-Batterien. Der Separator bildet eine Barriere zwischen Anode und Kathode, lässt aber den Lithium-Ionen-Fluss zwischen den Elektroden zu. Neue Hochenergieakkus mit Hochspannungselektroden stellen das Separatormaterial vor neue Herausforderungen.
Steht eine komplizierte Operation bevor, planen und üben Chirurginnen und Chirurgen ihre Eingriffe an Modellen. Da jedes Organ einzigartig ist, können diese Einheitsmodelle aber nur eine Annäherung bieten. Seit kurzer Zeit gibt es die Möglichkeit, individuelle Patientenorgane im 3D-Druckverfahren nachzubilden und so die Behandlungssicherheit der Ärztinnen und Ärzte zu erhöhen.
Unsere Sonne ist ein riesiger Ball aus heißem Plasma. Es gibt aber auch kaltes Plasma, das man mit elektrischen Wechselfeldern erzeugen kann. Seine keimtötende Wirkung eignet sich für medizinische Zwecke.
Was früher einmal „Viren“, „Würmer“ und „Trojaner“ waren, ist heute meist so komplex, dass Fachleute nur noch von „Schadprogrammen“ sprechen.
Wasserstoff gilt als einer der Energieträger der Zukunft, ist aber leicht entzündlich und bildet explosive Gasgemische mit Luft. Das Projekt NANOGAS hat auf Basis der Nanotechnologie einen speziellen Gassensor für Wasserstoff entwickelt.
Wir können selbst einiges dazu beitragen, unseren gefiederten Freunden das Leben leichter zu machen. Aber was man schützen will, muss man erst einmal kennen. Was für Kundige kein Problem ist, bedeutet für Ungeübte oft eine Herausforderung. Und genau hier setzt BirdNET an.
Flexible Mensch-Maschine-Kollaboration für die Smart Industry
INVENT a CHIP: der Ideenwettbewerb für Nachwuchs-Innovatoren
KI macht’s möglich – welcher Vogel zwitschert da?
OLED-Mikrodisplay: Wenn Kunststoff plötzlich leuchtet
WILLKOMMEN
IM INNOTRUCK
Hier können Sie durch die Ausstellung gehen und
sich umsehen.
Berühren Sie die Symbole und gehen Sie zu den Themenbereichen, die
Sie interessieren.
Erfahren Sie mehr zu den Exponaten, indem Sie die Markierungen berühren.
Additive Fertigung: Produktion mit Potenzial
Aerogelputz: Nanoporen-Putz für bessere Fassadendämmung
Akustocerebrograf: sichere Hirnscans mit Ultraschall
Assistenzsoftware „Billie“: der virtuelle Mitbewohner
Auf dem Weg in die automobile Zukunft
Augmented Reality in der Aus- und Weiterbildung
Autonomes Fahren: eine Technik kurz vor dem Durchbruch
Bioreaktor: neue Zellen aus dem Reaktor
Biotechnologische Anwendungen
Seit mehr als 7.000 Jahren nutzt der Mensch die Fähigkeiten winziger Lebewesen und ihrer Inhaltsstoffe und betreibt somit Biotechnologie. Damals fing alles mit der Herstellung von Brot, Wein, Bier und Käse durch Gärprozesse an. Dass hier winzige Helden ihre Arbeit verrichten, wusste man natürlich nicht.
Botnetze: Spinnennetz im Hintergrund
Brennstoffzelle: Wasserstoff als Energieträger
Carbonbeton: Verbundmaterial der Superlative
Cochlea-Implantat: mit Licht besser hören
Cybermobbing: Mobbing im Internet
Das Wissenschaftsjahr 2020/2021 – Bioökonomie
Viele neue Technologien und Verfahren können uns dabei helfen, Rohstoffe und Produkte in Zukunft anders zu erzeugen, zu verarbeiten und zu verbrauchen: Bau- und Dämmstoffe aus Pflanzenfasern, Mikroorganismen, die Schadstoffe abbauen, Kerosinersatz aus Algen und Kunststoffe, die sich selbst zersetzen. Es gibt viel zu entdecken – denn Bioökonomie ist nachhaltig spannend.
Das „Wundermaterial“ Graphen
Die Wurzeln der Digitalisierung: Wie es anfing
Elektro-Photonik für die Knotenpunkte unseres Datentransfers
Elektromobilität braucht Batterien
Elektronenmikroskop: Innovationen in winzigen Welten
Elektronenmikroskop: Innovationen in winzigen Welten
Elektronik schnell und preisgünstig aus dem Drucker
Flammschutzschäume aus nachwachsenden Rohstoffen
Forschung für eine biobasierte Landwirtschaft
Eine wachsende Weltbevölkerung, der Klimawandel, der Rückgang nutzbarer Flächen und die Verknappung wichtiger Ressourcen stellen die heutige Landwirtschaft vor große Herausforderungen.
Hacker, Cracker, Scriptkiddies
Herzklappe: neue „Ventile“ für das Herz
Herzzellentrainer: „Hantelbank“ für neue Herzzellen
Identitätsdiebstahl: Datenklau für eigene Zwecke
Industrie 4.0: die Fabrik der Zukunft
KATRETTER-App: freiwillige Helfer per Handy mobilisieren
Kaltes Plasma zur Hautbehandlung
Kniegelenksprothese: Mobilität zurückerlangen
LabDisk: schnelles Mini-Labor auf der Scheibe
Luftige Spezialschäume: die neuen Wärmespeicher
Materialien und Produkte aus der Bioökonomie
Bioökonomische Materialien und Produkte sind bereits heute vielfältig im alltäglichen Einsatz. Die Anwendungen reichen von Papier über Waschmittel bis zu Kosmetik und Biokunststoffen.
Mechanische Metamaterialien: Bauteile aus faszinierenden Gittern
Moore‘s Law: immer kleiner, immer leistungsfähiger, immer weiter?
NINA, die Warn-App des Bundes
Nanoröhrentransistor: Computerchips aus Kohlenstoff?
Optische Technologien für autonome Fahrzeuge
Optischer Wasserstoffsensor für mehr Sicherheit
Organe aus dem 3D-Druck: Jeder Mensch ist anders
Power-to-Liquid: flüssiger Treibstoff aus Wasser und Kohlendioxid
Produkte aus Biokunststoffen: vielseitig und umweltfreundlich
Projekt HiPoLiT: Separatormaterialien für sichere Akkus
ProtEmbo: ein Schutzfilter für das Hirn
Quantencomputer: Wenn das digitale Spiel neu gemischt wird
Quantum Systems: flexible Drohnen
Quiz zur Bioökonomie
In dieser Multimedia-Stele müssen zehn knifflige Fragen beantwortet werden.
Robotergreifer mit Gefühl: sanftes Zupacken dank Biegesensoren
SHIFTPHONE: Deutschlands erstes faires Smartphone
Schadprogramme: bis zum Systemabsturz
Schaltbares Glas: Ersatz für schwere Jalousien
Sensortextil: schlaue Textilien für raue Einsätze
Sichere Kommunikation durch Quantenkryptographie
Solarfenster: Wenn das Fenster zur Solarzelle wird
Spam, Phishing & Co: unerwünschte Post
Vernetzung: mit Hilfsmitteln sicherer fahren
Was ist Bioökonomie?
Unter Bioökonomie (biobasierte Wirtschaft) versteht man die Erzeugung, Erschließung und Nutzung biologischer Ressourcen, Prozesse und Systeme, um Produkte, Verfahren und Dienstleistungen in allen wirtschaftlichen Sektoren im Rahmen eines zukunftsfähigen Wirtschaftssystems bereitzustellen.
Wasserstoffspeicherung mit LOHC: sicher und kompakt
Vogelstimmen können mit der Smartphone-App BirdNET erkannt werden.
© FLAD & FLAD Communication GmbH
Bedrohung und Aussterben von Tier- und Pflanzenarten sind eines der drängendsten Umweltprobleme. Zwar hat die Evolution im Laufe der Geschichte des Lebens auf der Erde immer wieder neue Arten hervorgebracht, während andere Arten ausgestorben sind. Doch heute hat sich die Geschwindigkeit des Artensterbens dramatisch erhöht.
Bedrohung der heimischen Vogelwelt
Auch viele unserer heimischen Vogelarten sind mittlerweile wegen schwindender Lebensräume und geringerem Nahrungsangebot mehr oder weniger stark vom Aussterben bedroht. Von den 248 Arten, die in Deutschland brüten, sind mehr als die Hälfte gefährdet. 13 Arten sind sogar schon ausgestorben.
Artenschutz im Garten
Die kostenlos verfügbare App ermöglicht es, unbekannte Vogelstimmen mit dem Smartphone aufzunehmen und auf dem Server von BirdNET identifizieren zu lassen. Die Analyse erfolgt durch einen Algorithmus auf Basis Künstlicher Intelligenz. Kann die Stimme mit ausreichend hoher Sicherheit zugeordnet werden, erfährt der Nutzer, welche Art da gerade zwitschert.
Erfassung der Vielfalt
Weil mit jeder Tonaufnahme auch der Standort des jeweiligen Vogels erfasst wird, können genaue geographische Informationen über die Verbreitung einer Vogelart gewonnen werden. Für Wissenschaftler sind diese Daten sehr wertvoll und können zukünftig vielleicht dazu beitragen, gefährdete Arten besser und gezielter zu schützen.
Anhand eines Modellaufbaus mit einem Planetenradsatz wird die AR-Funktion der Tec2SKILL-Anwendung im InnoTruck veranschaulicht.
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Augmented Reality (AR), also „erweiterte Realität“, ist die computergestützte Erweiterung der optisch wahrgenommenen Wirklichkeit. Meistens versteht man darunter die visuelle Darstellung von Zusatzinformationen, also Videos, Fotos, Animationen oder Ähnliches. Diese werden entweder in die Realdarstellung eingeblendet oder mit dieser überlagert.
tec2SKILL® - der digitale Lernassistent
Bei der im InnoTruck gezeigten App handelt es sich um den digitalen Lernassistenten tec2SKILL.
Er kann auf Smartphones und Tablets verwendet werden und ist auf die Lerninhalte der Ausbildung in Metallberufen abgestimmt. Bei dem gezeigten Bauteil und den darauf abgestimmten AR-Inhalten handelt es sich um den Radträger, eine Baugruppe aus einem Planetengetriebe.
Batterien mit längerer Lebensdauer und höherer Leistung sind für die Elektromobilität sehr wichtig.
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Bei der Weiterentwicklung und Neuentwicklung von Batterietechnologien geht es vor allem um:
• Erhöhung der Energiedichte zur Steigerung der Reichweite
• Ladedauer
• Temperaturverhalten (in einem Bereich von -20 bis +40 Grad Celsius)
• Kosten
• Sicherheit
• Umweltverträglichkeit
Alternative Batteriemodelle
Wissenschaftler forschen an Alternativen zur Lithium-Ionen-Batterie, den sogenannten Post-Lithium-Ionen-Technologien. Vielversprechende Kandidaten sind die Lithium-Schwefel- und die Lithium-Sauerstoff-Technologie, bei der Sauerstoff aus der Luft als Oxidationsmittel dient.
Vervielfachung der Reichweite
• Die meisten Elektroautos kommen mit einem geladenen Lithium-Ionen-Akku etwa 500 Kilometer weit (Stand 2021).
• Forscherinnen und Forscher hoffen, dass Lithium-Schwefel- und Lithium-Sauerstoff-Technologien die Reichweite weiter steigern.
• Die Lithium-Sauerstoff-Technologie wird erst nach 2030 im großen Maßstab verfügbar sein.
Lithium-Schwefel-Batterie
• Lithium-Schwefel-Batterien haben ein besseres Verhältnis von Energie zu Gewicht als Lithium-Ionen-Batterien, sind also bei vergleichbarer Energieleistung leichter.
• Zudem steht Schwefel als Abfallprodukt der Ölindustrie in großen Mengen zur Verfügung. Er ist günstiger und weniger giftig als das bisherige Kathodenmaterial.
• Beim Vergleich Energie zu Volumen schneidet allerdings aktuell die Lithium-Ionen-Batterie am besten ab. Sie nimmt am wenigsten Raum ein.
• Lithium-Sauerstoff-Batterien dagegen nehmen sehr viel Raum ein und ihre Leistung ist bislang noch nicht ausreichend.
Lithium-Luft-Batterien noch am Anfang der Entwicklung
• Die Lithium-Luft-Batterie besteht aus sehr vielen Komponenten, was sie sehr schwer macht. Außerdem verliert sie pro Ladezyklus über zehn Prozent Energie, sodass sie keine lange Lebensdauer hat.
• Platzbedarf, Gewicht und geringe Lebensdauer machen sie momentan für den Einsatz in Elektroautos ungeeignet.
Beim Cybermobbing werden Menschen oder Unternehmen unter Druck gesetzt.
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Cybermobbing ist das gezielte Belästigen, Beleidigen, Bloßstellen oder Bedrohen von Menschen über E-Mail, auf Webseiten, in sozialen Netzwerken oder über Messaging-Dienste. Die Täterinnen und Täter, die auch „Bully“ genannt werden, suchen sich vor allem schwächere Opfer, die sich nicht gut wehren können.
Strafbarkeit
Cybermobbing selbst ist nicht strafbar, allerdings können verschiedene andere Straftatbestände mit Cybermobbing erfüllt werden. Das reicht von Beleidigung über Nachstellen bis zu Nötigung und Bedrohung oder einer Verletzung des Rechtes am eigenen Bild.
Vor allem bei Jugendlichen ein Problem
Von Cybermobbing sind vor allem Jugendliche betroffen. Das liegt zum einen daran, dass Jugendliche wesentlich aktiver im Netz unterwegs sind als ältere Bevölkerungsgruppen. Zum anderen aber auch daran, dass vielen Kindern und Jugendlichen vielleicht gar nicht bewusst ist, was sie mit Cybermobbing anrichten können und dass es strafbar sein kann. Das Mobbing bei Kindern und Jugendlichen greift in der virtuellen und in der realen Welt oft ineinander. Das Opfer wird vormittags auf dem Schulhof verfolgt und nachmittags im Internet.
Kein Rückzugsraum möglich
Das Schwierige bei Cybermobbing-Attacken ist, dass sie rund um die Uhr geschehen und dass das eigene Zuhause dem Opfer keinen Schutz bietet. Inhalte verbreiten sich online unkontrolliert und in alle Richtungen. Das Mobbing findet vor den Augen eines unüberschaubar großen Publikums statt. Täterinnen und Täter können im Internet anonym handeln, was die Hemmschwelle senkt. Gleichzeitig sehen die Täterinnen und Täter und deren Mitläuferinnen und Mitläufer nicht, wie sehr ihr Handeln das Opfer verletzt.
Verändertes Kommunikationsverhalten
• Ein Grund für das Entstehen von Cybermobbing ist, dass wir heute ganz anders als vor zehn, zwanzig oder mehr Jahren kommunizieren.
• Schneller, rastloser, spontaner, unbedachter: Seit das Smartphone seinen Siegeszug angetreten hat, sind wir überall online.
• Wir teilen unseren Alltag, unsere Emotionen und private Details unbesorgt auf sozialen Medien. Dort haben wir zum Teil Hunderte „Freunde“, die wir nicht in tatsächliche Freunde und zufällige Bekannte unterscheiden.
Gegenwehr
• Ein wichtiges Gegenmittel ist das offene Ansprechen von Cybermobbing. Im Bereich von Schulen und Vereinen sollten Vertrauenslehrerinnen und -lehrer, Trainerinnen und Trainer und andere vertrauenswürdige Personen informiert werden.
• Ist Cybermobbing mit Identitätsklau verbunden, sollte unbedingt der Betreiber/die Betreiberin der jeweiligen Webseite informiert und die betroffenen sozialen Kanäle gesperrt werden.
• Zivilrechtlich sind informelle Aufforderungen zur Unterlassung, Abmahnungen oder Unterlassungsklagen möglich.
• Bei strafrechtlich relevanten Vergehen wie Nötigung oder Bedrohung kann man auch die Polizei einschalten und Anzeige erstatten.
Verhaltensregeln
Einige Verhaltensregeln können dabei helfen, Cybermobbing einzugrenzen:
• Als Opfer Angriffe ins Leere laufen lassen.
• Fake-Profile oder Hass-Gruppen melden, wenn man auf sie aufmerksam wird.
• Nicht zum Mitläufer/zur Mitläuferin werden.
• Nur Bilder von und Inhalte über sich im Internet oder in sozialen Netzwerken verbreiten, die nicht kompromittierend und für eine breite Öffentlichkeit geeignet sind.
• Passwörter und Zugänge schützen.
• Mit den eigenen Daten vorsichtig und zurückhaltend umgehen.
Biokunststoffe sind biologisch abbaubar, biobasiert oder beides.
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Kunststoffe auf Erdölbasis stellen ein zunehmendes ökologisches Problem dar. Nicht nur, weil der Rohstoff knapper wird. Herkömmliche Kunststoffe sind meist nicht biologisch abbaubar und ihre Entsorgung durch Verbrennung führt zu Kohlendioxidemissionen. Biokunststoffe stellen eine nachhaltige Alternative dar, lassen sich vielfältig einsetzen und sind biologisch abbaubar.
Biologisch abbaubare Kunststoffe
Biokunststoffe sind biologisch abbaubar, biobasiert oder beides. Ist ein Kunststoff biobasiert, wurde er aus Biomasse (zum Beispiel Mais oder Cellulose) hergestellt. Das heißt, dass bei seiner Entsorgung nur so viel Kohlendioxid frei wird, wie die Biomasse bei ihrer Bildung aus der Atmosphäre entzogen hatte. Ist ein Kunststoff biologisch abbaubar, kann er durch in der Umwelt vorhandene Mikroorganismen zu Kompost und schließlich zu Wasser und Kohlendioxid umgewandelt werden.
Biobasiert – aber auch biologisch abbaubar?
Bei Kunststoffen unterscheidet man vier Gruppen:
1. der Kunststoff aus Biomasse, der biologisch abbaubar ist. Dieser ist unser nachhaltiges Ideal.
2. der herkömmliche petrochemische Kunststoff – also auf Erdölbasis –, der biologisch nicht abbaubar ist.
3. der Kunststoff aus fossilen Rohstoffen wie Erdöl, der biologisch abbaubar ist,
4. der Kunststoff aus Biomasse, der nicht biologisch abbaubar ist.
Bioreaktoren bieten ein hohes Maß an Sterilität.
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Skalierbare Einweg-Bioreaktoren bieten größtmögliche Sterilität. Die Anschlüsse für die Zugabe der Nährlösung oder das Umfüllen in ein größeres Gefäß sind so angebracht, dass keine Verunreinigung in den Bioreaktor gelangen kann. Eine Kontamination, wie sie selbst noch nach der Sterilisierung von Glas- oder Edelstahlgefäßen vorkommen kann, wird dadurch verhindert.
Der „Bierreaktor“ ist auch ein Bioreaktor
Der Begriff „Bioreaktor“ steht für viele verschiedene Variationen dieser Vorrichtung. Er beschreibt ein Behältnis, in dem menschliche, tierische sowie pflanzliche Zellen oder Mikroorganismen vermehrt, werden. Auch in anderen Bereichen kommt der Bioreaktor zum Einsatz: In der Pharmaindustrie werden darin Medikamente wie Insulin in großen Mengen hergestellt. In Biogasanlagen helfen Bioreaktoren, Biomasse in Gas zu verwandeln. Auch in Kläranlagen können Bioreaktoren einen biologischen Prozessschritt darstellen. Und nicht zuletzt ist auch der Bierbraukessel der wahrscheinlich älteste Bioreaktor überhaupt (oder in diesem Fall ein „Bierreaktor“). In ihm wird durch die Aktivität von Hefezellen der Zucker aus der Maische in Alkohol umgewandelt.
Biotechnologie – wichtige Facette der biobasierten Wirtschaft.
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Dank enormer Fortschritte in den Lebenswissenschaften kennen wir sie heute jedoch ganz genau: Proteine und Mikroorganismen, wie Bakterien oder Algen. Unsere Möglichkeiten, ihre biochemischen Leistungen zu nutzen oder gezielt anzupassen, haben sich innerhalb weniger Jahrzehnte enorm vervielfacht. Daneben ist ein ganzer Werkzeugkasten aus Methoden und Hightechgeräten entstanden, mit denen man die Bausteine und kleinsten Einheiten des Lebendigen untersuchen, vermehren und gezielt verändern kann. Davon profitiert auch die moderne Land- und Ernährungswirtschaft sowie viele Industrien, die biologische Ressourcen nutzen.
Definition der Biotechnologie
In der wissenschaftlichen Literatur existierten lange verschiedene Definitionen der Biotechnologie. Um hier Klarheit zu schaffen, hat die Organisation für Wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (Organisation for Economic Co-operation and Development, OECD) im Dezember 2004 eine Harmonisierung herbeigeführt:
„Biotechnologie ist die Anwendung von Wissenschaft und Technik auf lebende Organismen, Teile von ihnen, ihre Produkte oder Modelle von ihnen zwecks Veränderung von lebender oder nichtlebender Materie zur Erweiterung des Wissensstandes, zur Herstellung von Gütern und zur Bereitstellung von Dienstleistungen.“
Wir können sie mit bloßem Auge nicht sehen und doch sind sie für viele Hightechprodukte verantwortlich, von denen wir heute profitieren: Mikroorganismen und ihre Inhaltsstoffe sind Grundlage für hochwirksame Medikamente ebenso wie Vitamine und Aromen oder Bausteine für Biokunststoffe. Nicht zu vergessen ist ihre wertvolle Eigenschaft, in unseren Kläranlagen Abfallstoffe abzubauen. Hier stellen sich die kleinen Helden kurz vor:
Enzyme: die Power-Proteine
Enzyme sind eine Klasse von Proteinen (veraltet: Eiweißstoffe), die als Biokatalysatoren wirken. Sie sind imstande, biochemische Reaktionen zu beschleunigen oder überhaupt erst in Gang zu setzen. Beispielsweise spalten sie große Verbindungen in kleinere auf, verknüpfen Moleküle miteinander oder wandeln sie gezielt in andere chemische Verbindungen um. Ohne Enzyme gäbe es keine Lebewesen, denn sie sind für den Stoffwechsel jedes bekannten Organismus verantwortlich. Zahlreiche Industriebranchen haben inzwischen technische Anwendungen von Enzymen in ihren Herstellungsverfahren fest etabliert. Dazu zählen die Herstellung und Verarbeitung von Papier, Textilien, Leder, von Nahrungsmitteln oder Kosmetika.
Bakterien: die Mega-Mikroben
Bakterien gehören zusammen mit den Hefen, Schimmelpilzen und Mikroalgen zur großen Gruppe der Mikroorganismen. Ihre Zellen sind einfacher gebaut als die der höheren Lebewesen mit echtem Zellkern (Eukaryonten), aber das tut ihrer Vielseitigkeit nicht den geringsten Abbruch. Zahlreiche hochwirksame Arzneimittelwirkstoffe werden heute gentechnisch aus dem Bakterium Escherichia coli gewonnen. Milchsäurebakterien spielen in der Lebensmittelindustrie eine wichtige Rolle. Darüber hinaus gibt es aber enorm viele Bakterienarten, deren Leistungen für den industriellen Einsatz erst noch erschlossen werden wollen. Dazu gehören beispielsweise die Archaea, die an extremen Standorten wie unterseeischen Vulkanschloten vorkommen.
Algen: die grünen Allrounder
Algen sind im Wasser lebende, ein- oder mehrzellige Organismen, die wie die Pflanzen durch Photosynthese die Energie des Sonnenlichts in chemische Energie umwandeln können. Diese grünen, aber auch blaugrünen oder braunen Lebewesen finden sich nicht nur in den Ozeanen und Süßgewässern, sondern auch auf feuchten Oberflächen, wie Baumstämmen und Blättern, Felswänden oder dem Waldboden. Biotechnologische Kulturverfahren erlauben die vollautomatisch regulierte Anzucht und Vermehrung industriell bedeutsamer Algenarten. Mikro- und Makroalgen bilden heute die Grundlage für Nahrungsergänzungsmittel, Tierfuttermittelzusätze und Kosmetika. Daneben eignen sie sich auch für exotischere Anwendungen wie die Produktion von Wasserstoff und Biosprit oder die Entgiftung von Abwässern mit hohem Salzgehalt.
Bioökonomie ist das Thema des Wissenschaftsjahres 2020 / 2021
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Zur Bioökonomie zählen alle Bereiche von Industrie und Wirtschaft, die solche erneuerbaren („nachwachsenden“) biologischen Ressourcen herstellen, verarbeiten oder zum Beispiel für Dienstleistungen nutzen.
Dazu zählen insbesondere Branchen wie:
• Land- und Forstwirtschaft
• Energiewirtschaft
• Fischerei- und Aquakultur
• Chemie und Pharmazie
• Nahrungsmittelindustrie
• die industrielle („weiße“) Biotechnologie
• Kosmetik-, Papier- und Textilindustrie
• Umwelttechnologie
Was versteht man unter „nachhaltig“?
Der Begriff Nachhaltigkeit wird in den letzten Jahren immer häufiger genutzt. Wir streben danach, uns nachhaltig fortzubewegen, Produkte nachhaltig zu nutzen und sie anschließend nachhaltig zu entsorgen. Spezielle Siegel und Zertifikate helfen uns, nachhaltige Produkte im Alltag zu erkennen. Obwohl der Begriff in aller Munde ist, bleibt die Bedeutung oft unklar. Es lohnt sich also, der Herkunft und der Definition von Nachhaltigkeit auf den Grund zu gehen.
Es gibt verschiedene Definitionen des Begriffs Nachhaltigkeit. Eine der am häufigsten verwendeten geht auf den Brundtland-Bericht der Vereinten Nationen aus dem Jahr 1987 zurück. Dort steht (frei übersetzt):
„Nachhaltige Entwicklung ist eine Entwicklung, die gewährt, dass künftige Generationen nicht schlechter gestellt sind, ihre Bedürfnisse zu befriedigen, als gegenwärtig lebende.“
Darüber hinaus benennen alle bestehenden Definitionsansätze als die „drei Säulen der Nachhaltigkeit“ die Aspekte:
• Ökonomie
• Ökologie
• Soziales
Neben einer nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen bilden eine langfristig orientierte, tragfähige Wirtschaftsweise ebenso wie eine stabile und gerechte Gesellschaft die drei zentralen Aspekte der nachhaltigen Entwicklung.
Lösungen für unsere Zukunft: Bioökonomie
Zur Erreichung des Ziels eines nachhaltigen Umgangs mit natürlichen Ressourcen und zum Schutz des Klimas kann die Bioökonomie vielfältige Beiträge leisten:
• Umstellung auf nachwachsende Rohstoffe
• effiziente Nutzung von Rohstoffen
• Nahrung für Milliarden
Botnetze arbeiten im Hintergrund und sind vom Laien nur schwer zu erkennen.
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Die Botmaster können so auf die Netzwerkanbindung, die lokalen Ressourcen und Daten der befallenen Rechner zugreifen und diese für ihre Zwecke nutzen. Die beteiligten Computer sind damit nicht nur „Opfer“, sondern auch „Täter“.
Einfallstor Internet
Die Bots nutzen das Internet und können Rechner nur angreifen und in ihr Spinnennetz einbeziehen, wenn diese eingeschaltet und mit dem Internet verbunden sind. Betroffene Computer, die im Hintergrund ferngesteuert nach dem Willen des Botmasters arbeiten, nennt man auch „Zombie-Rechner“.
Ist mein Computer betroffen?
Botnetze arbeiten im Hintergrund und sind vom Laien nur schwer zu erkennen. Ein Warnsignal kann sein, wenn die Internetverbindung auffällig langsam geworden ist, ohne dass technische Gründe dafür vorliegen oder das eigene Nutzungsverhalten sich geändert hat. Warnungen des Virenscanners sollte man immer ernst nehmen. Auch ein Blick in den Task-Manager und das Autostart-Menü kann helfen, wenn dort neue, unbekannte Prozesse auftauchen.
Wozu dienen Botnetze?
Nicht immer sind Botnetze kriminell. Es gibt auch harmlose Botnetze, bei denen Rechner zusammengeschlossen werden, um beispielsweise Forschungsprojekte zu ermöglichen. Dann muss die Beteiligung aber vom Besitzer/von der Besitzerin des Rechners aus erfolgen. Kriminelle Botnetze hingegen fragen nicht nach einer Erlaubnis. Über sie werden zum Beispiel Spam-Mails versendet, Nutzerdaten ausgespäht und weiterverkauft, Speicherplatz für illegales Filesharing genutzt, Botschaften in sozialen Medien verbreitet oder Verbindungswege im Internet verschleiert.
Botnetzen vorbeugen
• Jeder Rechner, der mit dem Internet verbunden ist, sollte eine aktuelle Virenschutzsoftware und eine Firewall haben.
• Diese sollten sich, genauso wie die genutzten Computerprogramme, automatisch aktualisieren, um Sicherheitslücken zu schließen. Das gilt auch für Browser.
• Die Virenschutzsoftware sollte auch einen Browser- und Mailschutz umfassen.
• Unbekannte und unaufgefordert zugesandte Anhänge dürfen keinesfalls geöffnet werden. Das Gleiche gilt für obskure Links von Banken oder Shopping-Portalen.
• Mails mit zweifelhafter Rechtschreibung sollten sowieso misstrauisch machen.
Brennstoffzellenautos verursachen keine Abgase, sondern nur unbedenklichen Wasserdampf.
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Brennstoffzellen wandeln die chemische Energie des Wasserstoffs direkt in Strom um. Sie haben einen sehr hohen Wirkungsgrad von theoretisch 70 bis fast 100 Prozent. Bei Verbrennungsmotoren liegt der Wirkungsgrad bei etwa 40 Prozent, bei Elektromotoren bei circa 90 Prozent. In einem Brennstoffzellenauto wird der Strom für den Elektromotor des Fahrzeugs mit einer Brennstoffzelle erzeugt.
Schnell tanken und weit kommen – Vorteile von Brennstoffzellenautos
Brennstoffzellenautos verursachen keine Abgase, sondern nur unbedenklichen Wasserdampf. Ihre Reichweite ist zudem wesentlich höher als die von batteriebetriebenen Elektroautos: rund 500 Kilometer mit einer Tankfüllung gegenüber 200 bis 300 Kilometern. Der nötige Wasserstoff kann in wenigen Minuten nachgetankt werden. Das Laden eines Elektroautos dauert dagegen mindestens eine halbe Stunde.
Teuer und Tankstellen fehlen – Nachteile von Brennstoffzellenautos
Leider kosten Brennstoffzellenautos fast doppelt so viel wie vergleichbare Verbrennermodelle. Das liegt unter anderem daran, dass die Technik sehr aufwändig und in den Brennstoffzellen das teure Edelmetall Platin verbaut ist. Weiterer Nachteil: Auch die nötige Infrastruktur ist sehr teuer und deswegen kaum vorhanden. 2021 gab es in Deutschland rund 90 öffentliche Wasserstofftankstellen. Mindestens 1.000 wären nötig für ein flächendeckendes Netz.
So funktioniert eine Brennstoffzelle
• Die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff ist eine Redox-Reaktion: Wasserstoff wird oxidiert (gibt Elektronen ab), Sauerstoff wird reduziert (nimmt Elektronen auf), es wird Energie freigesetzt und es entsteht Wasser.
• In einer Brennstoffzelle werden diese beiden Teilreaktionen zum Beispiel durch eine Membran so getrennt, dass die Elektronen über einen äußeren Stromkreis fließen. Die nutzbare Energie wird also in Form von elektrischem Strom frei und kann einen Elektromotor antreiben.
• Das Prinzip, das der Brennstoffzelle zugrunde liegt, wurde bereits 1838 entdeckt. Erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden Brennstoffzellen auch in größerem Umfang technisch genutzt, wobei ihre Nutzung aber lange auf Nischenanwendungen beschränkt blieb, beispielsweise in der Raumfahrt oder im militärischen Bereich.
Wasserstoff – überall vorhanden, nur nicht in Reinform
• Wasserstoff ist das häufigste chemische Element im Universum. Auch auf der Erde ist es in größeren Mengen vorhanden, vor allem als Wasser, aber auch in nahezu allen organischen Verbindungen, zum Beispiel auch in Erdöl.
• Auf der Erde kommt Wasserstoff praktisch ausschließlich chemisch gebunden vor und muss unter Energieaufwand aus seinen Verbindungen freigesetzt werden – zum Beispiel durch die Elektrolyse von Wasser (H2O).
• Für die Elektrolyse wird Strom benötigt. Kommt dieser aus erneuerbaren Energien, ist Wasserstoff einer der umweltfreundlichsten Energieträger.
Brennstoffzellen in Autos
• Brennstoffzellenautos brauchen nicht nur die Brennstoffzelle zur Energieerzeugung, sondern auch einen Elektromotor und Wasserstofftanks.
• Die Brennstoffzelle im Auto ist eigentlich ein ganzer Brennstoffzellenstapel aus mehreren Hundert einzelnen Brennstoffzellen.
• Der Elektromotor wird für den Antrieb des Autos gebraucht.
• Die Hochdrucktanks im Heck des Fahrzeugs sind mit gasförmigem Wasserstoff gefüllt. Sie müssen besonders robust sein, da Wasserstoff leicht entzündlich und in Verbindung mit Luft explosiv ist. Deswegen bestehen sie aus mehreren Schichten und Verbundmaterialien.
Dank der LabDisk können Proben schneller und genauer analysiert werden.
© Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.
Die LabDisk ist ein kleines Labor auf der Fläche einer regulären Musik-CD. Auf der Plastikscheibe befindet sich ein Feld, in das die Blutprobe geträufelt wird. Alle Chemikalien, die für die Bestimmung eines Krankheitserregers erforderlich sind, befinden sich bereits auf der LabDisk. Diese wird dann in eine Art CD-Player eingelegt und die automatische Analyse beginnt.
Zentrifugale Mikrofluidik
Die LabDisk benötigt nur kleine Probenmengen für eine komplette Analyse. Nachdem diese aufgebracht und die Disk in den „CD-Player“ eingelegt wurde, läuft das Analyseprogramm automatisch ab. Zentrifugalkräfte schleusen die Probe durch verschiedene Kammern. Dort sorgen die vorhandenen Chemikalien und Aufwärm- bzw. Abkühlphasen dafür, dass das Erbgut des Krankheitserregers aufgereinigt und analysiert wird. Man nennt dieses Funktionsprinzip auch „zentrifugale Mikrofluidik“, weil mit kleinsten Flüssigkeitsmengen gearbeitet wird.
Zahlreiche Vorteile der LabDisk
Die LabDisk reduziert Zeit-, Personal- und Materialkosten, denn die Analyse erfolgt automatisch, sodass das Laborpersonal anderweitig eingesetzt werden kann. Selbst komplexe analytische Abläufe können durch minimal geschultes Personal durchgeführt werden. Die Identifizierung beispielsweise von Antibiotikaresistenzen kann schnell und patientennah erfolgen, was wiederum eine Analyse auch in weniger spezialisierten Einrichtungen ermöglicht. Zudem ist die LabDisk ein Einwegtestträger, was das Risiko von Querkontaminationen verringert. Außerdem wird durch das standardisierte Verfahren die Reproduzierbarkeit von Ergebnissen erhöht.
Dank des Gassensors des Projekts NANOGAS kann man nun Wasserstoff erkennen. © FLAD & FLAD Communication GmbH
Wird Wasserstoff aus erneuerbaren Energien gewonnen, verursacht seine Herstellung keine Emissionen. Außerdem lässt er sich besser speichern als Strom. Allerdings ist Wasserstoff leicht entzündlich, bildet explosive Gasgemische mit Luft und breitet sich in geschlossenen Räumen sehr leicht aus. Ihn zu bemerken ist sehr schwierig, denn er ist farb- und geruchslos.
Optische Erkennung für größere Sicherheit
Dank des Gassensors des Projekts NANOGAS kann man nun Wasserstoff erkennen. Die Sensoreinheit selbst enthält keinerlei elektronische Komponenten, sodass kein Funkenschlag auftreten kann. Durch das optische Messverfahren kann die Auswerteeinheit des Sensors, die die Elektronik enthält, mit Lichtleitern verbunden und räumlich vom Sensor getrennt untergebracht werden.
Sensor und Elektronik getrennt
Herzstück des Sensors sind winzige Plättchen aus dem Edelmetall Palladium. Wenn an diesen Plättchen Wasserstoff bindet, verändert sich das Reflexionsverhalten dieser „Nanoantennen“ geringfügig, es kommt zu Resonanzverschiebungen im optischen Spektrum. Durch die Veränderung eines eingestrahlten und wieder reflektierten Lichtstrahls ergibt sich so ein Maß für die gebundene Wasserstoffmenge.
Ansatz auch ausweitbar
Im Rahmen des Projekts wurde ein Demonstrator eines Wasserstoffsensors entwickelt, der industriellen Standards entspricht. Durch den Einsatz unterschiedlicher Strukturgeometrien und Materialsysteme ließe sich dieser Ansatz auch auf andere Gase und chemische Reaktionen ausweiten.
Das ACG-Gerät ermöglicht es, das Gehirn mit Hilfe von Ultraschall zu untersuchen.
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Das ACG-Gerät erlaubt es, mehrfach und dauerhaft die Zustände im Gehirn abzubilden – ohne, dass der Patient/die Patientin Schaden nimmt. Das ist vor allem bei Operationen von Vorteil, bei denen die Gefahr eines Schlaganfalls besteht. Gewebeanomalien, wie sie zum Beispiel bei einem Schlaganfall auftreten, werden als digitales Signal dargestellt und können sofort abgelesen werden.
Ultraschall für ultraeinfache Diagnostik
Vereinfacht formuliert ist unser Kopf ein geschlossenes Gefäß, das mit Gehirngewebe und pulsierender Flüssigkeit gefüllt ist. Bei einer Ultraschalluntersuchung wird Schall durch dieses Gewebe geleitet, das den Schall verlangsamt oder absorbiert. Je nachdem, wie das Gewebe beschaffen ist, bildet der ankommende Schall typische Muster und Messwerte. Verändern sich Gewebe und Flüssigkeit im Kopf, ändern sich auch die Muster und Messwerte. Das ACG-Gerät kann diese ablesen und in digitaler Form sichtbar machen. Auch Medizinerinnen und Mediziner ohne spezielle Ausbildung können die Daten eindeutig interpretieren. Die medizinischen Einsatzbereiche reichen von der Neurochirurgie über die Kardiologie bis zu Anwendungen in der Sportmedizin.
Vorteile des ACG-Verfahrens
Im Vergleich zu anderen bildgebenden Verfahren wie CT (Computertomographie) und MRT (Magnetresonanztomographie) bietet der ACG zahlreiche Vorteile: Der Körper wird nicht mit Strahlen belastet, da Ultraschall ungefährlich und nicht-invasiv ist. Auch häufige oder kontinuierliche Untersuchungen bleiben somit ohne Schäden für die Patientinnen und Patienten. Dies macht die Methode vor allem für die Untersuchung von Kindern und vorgeschädigten Patientinnen und Patienten ideal. Zusätzlich ist das ACG-Verfahren kostengünstiger und weniger aufwändig als CT- und MRT-Untersuchungen. Und es ist raumsparend und komfortabel, was es auch für den Einsatz im Operationssaal qualifiziert.
Das Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universität München hat die Produktion von Lithium-Ionen-Zellen wissenschaftlich untersucht.
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Deswegen wird nicht nur daran geforscht, die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien zu erhöhen, sondern auch daran, die Herstellungskosten zu senken. Effiziente Prozesse in der Produktion helfen dabei. Allerdings darf die Produktqualität nicht leiden
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Batteriezellenfertigung an der Universität
Die ausgestellte Lithium-Ionen-Zelle wurde im Forschungsprojekt „Produktionstechnik für Lithium-Ionen-Zellen“ ProLIZ entwickelt. Am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der Technischen Universität München wurde die Produktion von Lithium-Ionen-Zellen für Elektroautos wissenschaftlich untersucht. Dazu wurde am iwb eine Zellfertigungslinie zur Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen mit industrietauglicher Anlagentechnik aufgebaut, von der Elektrodenrolle bis zum Zelltest. Manuelle Montageschritte in der Batterieherstellung konnten so automatisiert werden.
Forschung für eine wirtschaftlichere Produktion
Eine Senkung der Produktionskosten ist wirtschaftlich nur sinnvoll, wenn die Qualität der produzierten Batteriezellen nicht leidet. Angesichts der Energiewende steigt der Bedarf an großformatigen Lithium-Ionen-Zellen deutlich an. Die Automatisierung einzelner Prozessschritte macht die Herstellung wirtschaftlicher. Das Forschungsprojekt konzentrierte sich deswegen auf die Entwicklung industrienaher Produktionstechnik für die Herstellung von Hochenergiespeicherzellen. Getestet wurden industriell einsetzbare Verfahren und Anlagen der Prozesskette: vom Fügen der Zellableiter über das Verpacken des Zellstapels im Gehäuse und dem Füllen der Zelle mit Elektrolyt bis zum anschließenden Abdichten des Gehäuses. Gleichzeitig wurden die mit der neuentwickelten Anlagentechnik hergestellten Zellen nach jedem Prozessschritt getestet, um Verbesserungsmaßnahmen abzuleiten.
Von der Forschungsfrage zur Produktionsstraße
Die Technologien sollen mittelfristig direkt in die Industrie übertragen werden können. Daher orientierte sich das Projekt an marktüblichen Materialien für Lithium-Ionen-Batterien. Zunächst wurde eine Demonstrationszelle für die Entwicklung der Produktionskette definiert und hergestellt. Die einzelnen Prozesse und Arbeitsschritte zur Herstellung wurden in Anlagenmodule und ein Linienkonzept für die Fertigung übertragen. Während der Produktion erfolgte eine engmaschige Qualitätskontrolle. Dadurch konnten nicht nur Verbesserungsmaßnahmen, sondern auch Methoden zur Fehlererkennung abgeleitet werden. Die Qualitätsprüfung nach jedem Prozessschritt erlaubte es, die Eigenschaften der Zellen auf einzelne Prozessparameter zurückzuführen, zum Beispiel auf Einstellungen der Montageanlagen oder der Laserschneid- und Fügeverfahren. So wurden wichtige Erkenntnisse für die Optimierung der Fertigungsverfahren und -anlagen gewonnen.
Das Projekt HiPoLit erforscht Separatormaterialien für Lithium-Ionen-Batterien.
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Die thermischen und mechanischen Eigenschaften des Separatormaterials sind wichtig für die Sicherheit von Batterien. Der Separator aus dem Projekt „High Power Lithium Technology“ (HiPoLiT) besteht aus ultradünnen, nicht miteinander verwobenen Polyesterfasern, die zusätzlich mit Keramik ummantelt werden. Dadurch ist das Separatormaterial flexibel und äußerst hitzebeständig.
Funktionsfähig und sicher trotz Beschädigung
Die Nagelprobe zeigt die außerordentliche Zuverlässigkeit des neuen Separatormaterials: Wird ein Nagel in einen herkömmlichen Lithium-Ionen-Akku gerammt, explodiert dieser sofort und brennt aus. Der Akku mit dem neuen Separator dagegen bleibt trotz der massiven Beschädigung funktionsfähig.
Neuartiges Verfahren
Eine dünne Lage nicht miteinander verwobener Polyesterfasern wird in einem nassgelegten Verfahren hergestellt. Die Mikrofasern werden sorgsam ausgewählt. In einem zweiten Schritt imprägniert man das Material mit anorganischen Keramikpartikeln. So entsteht ein einlagiger Keramikseparator, der gleichmäßig durchlässig ist.
Zahlreiche Vorteile
Das neuartige Separatormaterial ist flexibel, schrumpft nicht und schmilzt nicht. Es funktioniert sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen und ist sehr langlebig. Das Material kann für verschiedene Batterieformen und -varianten angewendet werden – ob zylindrisch oder flach, z-gefaltet oder gestapelt. Zusätzlich sinken die Produktionszeiten durch eine Verkürzung der Trocknungszeit und eine schnellere Elektrolytdurchdringung durch die hohe Benetzbarkeit des Materials.
Das ProtEmbo-Filtersystem kann das Schlaganfallrisiko lindern.
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Das ProtEmbo-Filtersystem wird vor dem Austausch der Herzklappe in den Aortenbogen eingesetzt. Eine Membran wird so platziert, dass sie die drei Gefäße abdeckt, die unter anderem den Kopf mit Blut versorgen. Nach dem Klappentausch wird die Membran wieder entfernt.
Minimalinvasiv und maximal geschützt
Bei der Herzklappenoperation TAVI (Transcatheter Aortic Valve Implantation) wird mit Hilfe eines Katheters eine Herzklappe ersetzt. Der minimalinvasive Eingriff ist vor allem für Patientinnen und Patienten geeignet, für die eine Operation am offenen Herzen zu belastend wäre. Dennoch sind diese OPs nicht ohne Risiko: Bei der Katheterbewegung können Emboliepartikel abgelöst werden, die durch die Blutbahnen ins Gehirn geschwemmt werden. Laut einer Studie kommt es dabei immer zu leichten Hirnläsionen, also Verletzungen. Bei bis zu sechs Prozent der Patientinnen und Patienten treten sogar schwere Schlaganfälle auf. Das führt zu erheblichen Beeinträchtigungen der Patientinnen und Patienten sowie zu hohen Weiterbehandlungskosten. Dank ProtEmbo können diese Risiken minimiert werden.
Das SHIFTPHONE ist ein faires Smartphone.
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Das Team von SHIFTPHONE macht vieles anders als die herkömmlichen Hersteller von Smartphones. Es achtet darauf, kein Konfliktmaterial wie Coltan zu verwenden, wählt nur Fabriken, die ihre Arbeiterinnen und Arbeiter gut behandeln und erlaubt ihren Kundinnen und Kunden, ihr SHIFTPHONE selbst zu reparieren.
Modularer Aufbau für längeres Leben
Eine Möglichkeit, die Nachhaltigkeit von Smartphones zu steigern, liegt in einem modularen Aufbau. Das SHIFTPHONE wurde so designt, dass es in seine Einzelteile zerlegt, repariert und aufgerüstet werden kann – mit etwas Geschicklichkeit sogar vom Benutzer/der Benutzerin selbst. Damit wird verhindert, dass das Smartphone zu früh gegen ein neues Modell ausgetauscht wird.
Smartphone ohne Konfliktmineral
Für die Herstellung eines Smartphones braucht man eine Vielzahl an Metallen und seltenen Erden, unter anderem auch Coltan. Coltan enthält Tantal, das für leistungsfähige Elektrolytkondensatoren benötigt wird. Ein Großteil des Coltans wird in Zentralafrika, vor allem in der Demokratischen Republik Kongo, abgebaut. Diese Region wird immer wieder von Bürgerkriegen erschüttert, was zu Raubbau führte. Umweltschädigende Abbauverfahren und unmenschliche Arbeitsbedingungen machen Coltan zusätzlich zu einem Konfliktmineral. Das SHIFTPHONE verzichtet gänzlich auf Coltan und verwendet stattdessen keramische Mikro-Kondensatoren.
Faire Produktion
Das SHIFTPHONE wird zwar in China hergestellt, aber unter fairen Arbeitsbedingungen: Produziert wird in kleinen Familienbetrieben, die ihren Arbeiterinnen und Arbeitern eine angemessene Bezahlung weit über dem ortsüblichen Durchschnitt bieten. Die Arbeitszeit beträgt weniger als 50 Wochenstunden (üblich sind 90 oder mehr). Außerdem darf es keine Kinderarbeit oder gesundheitsschädigende Arbeiten in der Fabrik geben. Den Arbeitskräften müssen zudem Kranken- und Rentenversicherung, Mutterschutz, gesundes Essen in der Kantine und mietfreie Unterkünfte zur Verfügung stehen.
Das Sensortextil schützt Feuerwehrleute, Rettungs- und Einsatzkräfte.
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Im Projekt „SensProCloth“ wurde deswegen intelligente Schutzkleidung entwickelt, die zahlreiche Funktionen erfüllt. Sie erfasst nicht nur die Vitalfunktionen der Rettungskräfte, sondern auch die Umgebungsbedingungen und Ereignisse wie einen Sturz. Gleichzeitig versendet die Kleidung Ortungssignale und Daten.
Mehrere Schichten Schutzkleidung
In der Schutzkleidung messen textile, flexible Sensoren die Körpertemperatur und textile Elektroden ermitteln die Vitalparameter. Weitere Sensoren überwachen die Atmung. Die Schutzjacke ist mit Leuchtdioden und Buzzern bestückt, die Signale abgeben. Sensoren messen die Außentemperatur, warnen vor Schadgasen und weiteren Gefahren und zeichnen jede Aktivität auf. Leuchtdioden an Schulter und Handgelenk signalisieren mit Ampelfarben Rückzugs- oder Warnsignale. Die Antenne zur Funkanbindung ist ebenfalls in die Jacke integriert.
Textilien voller Technik
Die leichte Elektronik ist in einer kleinen Tasche in der Schutzjacke untergebracht. Ein textiles Bussystem sorgt für eine sichere Datenverbindung. Das Datenfunksystem ermöglicht mit verbesserten Algorithmen und durch die Nutzung mehrerer Frequenzen auch dann eine sichere Kommunikation, wenn die Funkversorgung gestört ist. Gerät eine Einsatzkraft in Not, werden Helferinnen und Helfer gezielt zu ihr geleitet. Mit den gesammelten Daten ist nach dem Einsatz eine Nachverfolgung und Auswertung zur taktischen Verbesserung möglich.
Schutzbekleidung für Feuerwehr und Katastrophenschutz
Mit der Schutzkleidung wird der Gesundheitszustand der Einsatzkräfte ebenso überwacht wie die Umgebungsbedingungen. Die gesammelten Daten werden automatisch an die zentrale Leitstelle gesendet. So kann die Einsatzleitung die Lage besser beurteilen und Befehle und Rückzugsmaßnahmen schneller einleiten. Ein in die Kleidung integriertes Ortungssystem ermöglicht das schnelle Auffinden von in Not geratenen Einsatzkräften.
Der Flammschutzschaum besteht aus dem Biokunststoff Celluloseacetat.
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Biobasierte Kunststoffe sind eine Alternative zu erdölbasierten Kunststoffen. Geschäumt können sie Material, Gewicht und Kosten einsparen und so zum Beispiel als Dämmstoffe im Haus- oder Leichtbau eingesetzt werden. Ein Beispiel für einen Biokunststoff ist Celluloseacetat.
Geschäumte Biokunststoffe feuerfest machen
Allerdings ist Cellulose brennbar, weswegen der Biokunststoff für Anwendungen wie im Haus- oder Automobilbau mit einem Flammschutz versehen werden muss. Flammschutzmittel für geschäumte Kunststoffe sind schwierig zu finden, da die Porosität der Schäume das Brennverhalten verändern und Flammschutzmittel wiederum das Schaumverhalten beeinträchtigen. Forscherinnen und Forscher konnten nun aber ein Flammschutzsystem für den geschäumten Biokunststoff Celluloseacetat entwickeln.
Spart Energie und Material
Durch den Flammschutz lässt sich das schaumfähige Celluloseacetat zum Beispiel für Hochleistungs-Dämmplatten für Häuser verwenden. Diese sind atmungsaktiv und wasserdampfdurchlässig, sorgen also für ein besseres Raumklima und beugen der Schimmelbildung vor. Da der neue Werkstoff eine sehr gleichförmige Zellstruktur hat, wird außerdem weniger Material benötigt. Das macht geschäumtes Celluloseacetat auch für den Leichtbau interessant.
Leicht und doch stabil
• Geschäumtes Celluloseacetat hat eine höhere Steifigkeit als Polystyrol, weshalb es auch in größeren Bauteilen, zum Beispiel als Kernmaterial für Rotorblätter von Windkraftanlagen, verwendet werden könnte.
• Auch als Sandwichelement im Leichtbau könnte das Material Verwendung finden. Das würde Autos leichter machen und dadurch Energie sparen.
• Für all diese Anwendungen ist ein Flammschutz allerdings unumgänglich.
Der Herzzellentrainer ist wie eine Hantelbank für neue Herzzellen.
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Im Labor werden Körperzellen des Patienten/der Patientin umprogrammiert und in Herzmuskelzellen umgewandelt. Im Herzen müssen sie dann als Team zusammenarbeiten und die schwere Pumparbeit leisten. Also werden sie wie im Fitnessstudio trainiert: In einer Spezialvorrichtung wird das neue Muskelgewebe gedehnt und mit elektrischen Impulsen stimuliert, bis es fit und stark genug ist.
Von der Körperzelle zum Herzmuskel
Um Herzmuskelgewebe herzustellen, müssen mehrere Schritte unternommen werden: Zuerst werden die Körperzellen in einem speziellen Verfahren zu Stammzellen umprogrammiert. Das heißt, die Körperzellen werden in einen Zustand versetzt, von dem aus sie sich in verschiedene andere Zelltypen weiter entwickeln können.
Durch Zugabe von bestimmten Stoffen werden dann die Stammzellen angeregt, sich in Herzmuskelzellen zu entwickeln. Dabei entstehen nicht nur Herzmuskelzellen, sondern auch weitere Zelltypen, die mit Hilfe eines Antibiotikums entfernt werden.
Die Herzmuskelzellen werden nun mit Bindegewebszellen und dem Protein Kollagen gemischt. Anschließend wird das aus der Verbindung der Zellen entstandene Herzmuskelgewebe 21 Tage lang trainiert. Der neue Muskel wird regelmäßig gedehnt und mit elektrischen Impulsen stimuliert, damit alle Zellen ihre Position im Muskel finden. So entsteht ein neuer, kräftiger Herzmuskel.
Der Materialverbund aus Carbonfasern und Beton ist leichter, umweltfreundlicher und rostfrei.
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Für Bauten aus Beton werden große Mengen an Zement, Sand, Kies und Wasser benötigt. Die Produktion von einer Tonne Zement verursacht über eine halbe Tonne Kohlendioxidemissionen. Für Carbonbeton muss weit weniger Beton verwendet werden, so dass der Kohlendioxidausstoß bei der Erstellung und Instandsetzung von Bauwerken um knapp 50 Prozent reduziert werden kann.
Carbon und Beton – eine gute Partnerschaft
Beton und Stahl werden im Stahlbeton zu einer Art Partnerschaft verbunden: Der Stahl sorgt für eine höhere Stabilität des ansonsten bruchgefährdeten Betons, rostet aber leicht. Dicke Schichten von Beton verlangsamen das Rosten des Stahls, machen Gebäude und Brücken aber schwer und teuer. Carbonbeton kann nicht rosten, was bereits zu weniger Betonverbrauch führt. Zudem können die Carbonfasern so ausgerichtet werden, dass sie den Kräfteverhältnissen in Gebäuden und Brücken entsprechen und die gesamte Konstruktion optimal verstärken.
Carbon ersetzt Stahl
Bis zu 50.000 Kohlenstofffasern werden zu einem Garn zusammengefasst. Die Garne werden meist mit einer speziellen Textiltechnik zu einem sogenannten Gelege verarbeitet und mit einer Beschichtung stabilisiert. Eine andere Möglichkeit ist die Verarbeitung zu Stäben. Gelege oder Stäbe werden wie gewohnt in den Beton eingearbeitet. Das Ergebnis ist leichter und dünner als gewöhnlicher Stahlbeton.
Ein Haus aus Carbonbeton
Carbonbeton soll zunächst zur Verstärkung und Instandsetzung bestehender Bauwerke dienen, aber auch die Tür zu neuartigen Konstruktionen von Brücken, Hochhäusern und Industriebauten öffnen. Ein erstes Beispiel soll der „Cube“ in Dresden werden, ein vollständig aus Carbonbeton errichtetes Bürogebäude. Der Cube soll nicht nur ein Musterbeispiel für filigranes Bauen werden, sondern auch Langzeitbeobachtungen hinsichtlich Haltbarkeit und Langlebigkeit ermöglichen.
Der Zweiarm-Roboter YuMi arbeitet mit dem Menschen zusammen.
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Der Zweiarm-Roboter YuMi (Fantasiewort für „You and Me“) wurde für die Kleinteilmontage und Inspektionsarbeiten entwickelt: Mit seinen millimetergenau arbeitenden Greifhänden kann er Kleinteile selbständig zusammenstecken und mit einem menschlichen Kollegen/einer menschlichen Kollegin am selben Montageelement zusammenarbeiten. Mit seiner eingebauten Kamera kann er Freigabesignale per Licht verarbeiten.
Höchste Sicherheit für gute Zusammenarbeit
Für die Zusammenarbeit mit dem Menschen wurde auf höchste Sicherheit geachtet: Die gepolsterten Arme stoppen innerhalb Millisekunden bei Berührung mit einem Hindernis, zum Beispiel einem menschlichen Arm, die Gelenke sind ohne gefährliche Klemmstellen konstruiert und das Material verhindert eine statische Auf- und Entladung.
Intelligente Werkerführung
Komplexe Montage-, Prüf- oder Logistikvorgänge können von allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern auf einem hohen Qualitätslevel ausgeführt werden. Die Anwenderin / der Anwender wird bei Bedarf mit Text-, Bild- oder Videomaterial sicher durch die einzelnen Arbeitsschritte geführt. Bei Bedarf ist auch die audiovisuelle Unterstützung durch eine Datenbrille mit Augmented-Reality-Applikation möglich.
Der moderne Arbeitsplatz von morgen
Digitale Zugangskontrollen zum Arbeitsplatz erkennen, welche Mitarbeiterin / welcher Mitarbeiter aktiv ist, und richten gespeicherte ergonomische Rahmenbedingungen wie Arbeitsplatzhöhe oder Beleuchtung automatisch für die individuellen Bedürfnisse ein. Eine Steuerungsmöglichkeit per Fernzugriff in Echtzeit macht flexible Arbeitszeitmodelle oder Homeoffice auch für Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus Produktion und Service möglich.
Die Assistenzsoftware „Billie“ hilft mit einem Avatar älteren Menschen beispielsweise bei der Strukturierung des Tagesablaufs.
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Assistenztechnologien können in einer alternden Gesellschaft den Menschen dabei helfen, länger selbständig im eigenen Zuhause leben zu können. Diese Technologien sollten mit den Benutzerinnen und Benutzern kooperativ und emotional kompetent interagieren können, um von ihnen akzeptiert zu werden.
Mit „Billie“ durch den Tag
Der virtuelle Mitbewohner „Billie“ unterstützt ältere und kognitiv eingeschränkte Menschen bei der Organisation ihres Alltags. Der Avatar läuft auf einem Smart-TV-Gerät und erinnert seinen Nutzerinnen und Nutzern an anstehende Termine oder daran, sich zu bewegen, Bekannte und Verwandte anzurufen und vermittelt Videotelefonie. „Billie“ spricht mit den Menschen direkt und kann sich auf die Bedürfnisse und Fähigkeiten seiner Nutzer einstellen.
Interdisziplinäres Projekt
Beteiligt bei der Entwicklung des Assistenten „Billie“ sind Informatik, Kommunikationswissenschaft und Interaktionslinguistik, Sozialpsychologie und Rechtswissenschaft. Berücksichtigt werden neben technischen Fragen auch rechtliche und ethische Probleme, zum Beispiel bei der Datenaufzeichnung, Filmaufnahmen etc. Das Projekt „Billie“ benötigt also Expertinnen und Experten aus verschiedenen Bereichen, damit es erfolgreich wird.
Die Autos der Zukunft sind miteinander vernetzt und können so Informationen austauschen.
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Mittlerweile werden Konzepte entwickelt, die alle Verkehrsteilnehmerinnen und Verkehrsteilnehmer miteinander vernetzen und zusätzlich Umgebungsdaten mit einbeziehen. Die Vernetzung geschieht über Fahrzeuge, Smartphones und Smartwatches. Ein cloudbasierter Algorithmus sieht Gefahren anhand der Bewegungsprofile und unübersichtlicher Straßenabschnitte vorher und warnt die Verkehrsteilnehmerinnen und Verkehrsteilnehmer. Bei autonom fahrenden Autos könnte auch eine automatische Reaktion des Autos, zum Beispiel mit einem Ausweichmanöver, erfolgen.
Intelligent unterwegs sein
• Apps und Smartphones ermöglichen durch die Vernetzung der Verkehrsteilnehmerinnen und Verkehrsteilnehmer nicht nur mehr Sicherheit, sondern auch eine clevere Verkehrsplanung.
• Car- und Bikesharing sind nur der Anfang. Am Ende könnte die Vernetzung zu einem Gesamtsystem stehen, das für jede/n Verkehrsteilnehmer/in die optimale Route und die besten Verkehrsmittel berechnet, Tickets automatisch bucht, Plätze in Bus und Bahn reserviert und in Echtzeit kommuniziert, wie viele Personen mitfahren werden.
• Da dabei auch Bewegungsprofile erfasst werden, müssen parallel auch Fragen der Datensicherheit und des Datenschutzes gelöst werden.
Schon heute aktiv
• Intelligente Verkehrsleitsysteme gibt es auch schon heute. Sensoren und Kameras beobachten auf Autobahnen oder an viel befahrenen Straßen den Verkehrsfluss.
• Droht ein Stau, leuchten an Schilderbrücken zum Beispiel Tempolimits auf, um den Verkehr zu verlangsamen. Bei einem Unfall können Umleitungen aktiviert werden.
• Die Kameras können sogar die Sichtweite messen und bei Nebel eine Tempobegrenzung auslösen.
Schwachstelle Mensch
• Die neuen Systeme und die zunehmende Vernetzung im Verkehr müssen kritisch auf Gefahren und Risiken geprüft werden. Der größte Unsicherheitsfaktor auf der Straße ist bislang allerdings der Mensch.
• Fahrassistenzsysteme, autonomes Fahren und die Vernetzung von Verkehrsteilnehmerinnen und Verkehrsteilnehmern haben alle ein Ziel: den immer dichter werdenden Verkehr für alle sicherer zu machen.
• Die meisten Unfälle gehen nämlich auf den „Faktor Mensch“ zurück. Technisches Versagen spielt nur in den wenigsten Fällen eine Rolle. Oft sind Menschen abgelenkt, übermüdet oder fahruntüchtig, fahren zu schnell, halten zu wenig Abstand oder übersehen eine/n andere/n Verkehrsteilnehmer/in.
Die Forschergruppe NEOTHERM untersucht verschiedene Trägerstoffen und stellt Demonstratoren her.
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Forschungsgruppe NEOTHERM
Die Forschungsnachwuchsgruppe NEOTHERM (Neuartige Komposit-Werkstoffe für die thermochemische Energiespeicherung) untersucht, welche Materialien sich am besten für die sorptive Wärmespeicherung eignen und wie ein möglichst großer Temperaturbereich abgedeckt werden kann. NEOTHERM forscht an idealen Trägerstoffen und stellt erste Demonstratoren her.
Langfristige Energiespeicherung
Mit zunehmender Nutzung erneuerbarer Energien wird unser Energiesystem immer umweltfreundlicher. Gleichzeitig ergeben sich aber neue Herausforderungen, u. a. durch die Volatilität insbesondere der Wind- und der Sonnenenergie: Ihre Verfügbarkeit ist starken Schwankungen unterworfen. Neue, leistungsfähige Materialien, die Wärmeenergie über längere Zeiträume speichern, sind ein Ansatz, um z. B. überschüssige Solarwärme für Zeiten vorzuhalten, in denen viel Energie gebraucht wird, beispielsweise am Morgen. Auch können diese Materialien genutzt werden, um Abwärme in industriellen Prozessen aufzunehmen und so weit wie möglich wieder zu verwenden.
Die KATRETTER-App leitet Helfer effizient zum Einsatzort.
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Helfer-App auf wissenschaftlicher Basis
KATRETTER basiert auf den Ergebnissen des dreijährigen Forschungsprojekts ENSURE, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wurde. Dabei wurde die Frage untersucht, ob und wie das große Potenzial freiwilliger Hilfe aus der Bevölkerung genutzt werden kann, um Hand in Hand mit professionellen Einsatzkräften zu agieren. Die Ergebnisse flossen in einen App-Prototyp ein, der in verschiedenen Tests weiter erprobt wurde. Nach dem Projektende wurde schließlich das KATRETTER-System ins Leben gerufen, das mittlerweile in vielen Landkreisen und Städten eingesetzt wird oder in Kürze eingesetzt werden soll. Mit bereits über 16.000 Alarmierungen liegt der Fokus zunächst auf medizinischen Notfällen.
Jeder kann mithelfen
In Zukunft kann KATRETTER sogar noch mehr: Dann können sich neben den „Ersthelfenden“ (für Erste Hilfe) auch „Mithelfende“ (für allgemeine Unterstützung) registrieren. Die Voraussetzungen für eine (natürlich kostenlose) Anmeldung erfährt man in der App. Die Teilnahme an Einsätzen ist aber stets freiwillig.
Die Zahlen sprechen für sich
Jedes Jahr erleben rund 70.000 Menschen einen Herz-Kreislauf-Stillstand und in etwa 34 Prozent der Einsätze leisten bereits freiwillige Ersthelferinnen und Ersthelfer durch Reanimationen lebensrettende Hilfe. Mit der KATRETTER-App kann diese Zahl noch gesteigert werden. Darum setzen Rettungsorganisationen in immer mehr Städten und Landkreisen auf die Unterstützung von KATRETTER und immer mehr Bürgerinnen und Bürger melden sich als freiwillige Helfende an.
Die Software im autonom fahrenden Auto wertet Daten aus und leitet daraus nötige Fahrmanöver ab.
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Autonom fahrende Autos würden nicht nur eine größere Mobilität – zum Beispiel auch für ältere oder kranke Menschen – ermöglichen, sondern auch einen besseren Verkehrsfluss, niedrigere Unfallzahlen und eine höhere Energieeffizienz. Daran wird intensiv geforscht. Ebenso wie an der Sicherheit ungeschützter Verkehrsteilnehmerinnen und Verkehrsteilnehmer (wie Fußgängerinnen und Fußgänger und Radfahrerinnen und Radfahrer) oder an der Abwehr von Hacker-Angriffen auf Fahrsysteme.
Viel Soft- und Hardware benötigt
Laserscanner, Radarsysteme, Kameras und GPS „beobachten“ die Umgebung. Gleichzeitig nutzen autonom fahrende Autos detailliertes Kartenmaterial. Die „Wahrnehmung“ der Systeme wird mit den Umgebungskarten permanent abgeglichen. Alle Informationen laufen im Bordcomputer zusammen. Die Software verknüpft die Informationen und leitet daraus die nötigen Fahrmanöver ab.
Fahrende Elektronikpakete
• 80 Prozent aller wichtigen Innovationen an Fahrzeugen basieren mittlerweile auf neuen elektronischen Systemen und Anwendungen.
• Aus Kfz-Mechanikerinnen und -Mechanikern sind schon lange Kfz-Mechatronikerinnen und -Mechatroniker geworden, die auch die elektronischen Komponenten im Auto warten und reparieren können.
• Die elektronischen Systeme werden permanent weiterentwickelt – in Umfang und Funktion, aber auch in ihrer Zuverlässigkeit, Sicherheit und Widerstandsfähigkeit. Schließlich müssen sie auch bei extremen Temperaturen, schlechtem Wetter oder beim Auftreten elektrischer Störsignale funktionieren.
Hohe Komplexität – auch für Tests
• Vollautomatisierte fahrerlose Fahrzeuge brauchen eine komplexe Elektrik, Elektronik und Sensorik.
• Fahrassistenzsysteme für die Autobahn wird es bald geben. Allerdings muss der Mensch hier immer noch bereit sein, in kritischen Situationen manuell einzugreifen.
• Automatisiertes Fahren im Stadtverkehr ist noch komplexer und stellt höchste Anforderungen an die Fahrzeugelektronik und Sensorik. Hierfür müssen auch neue Test- und Validierungsmethoden entwickelt werden.
Automatisierungsstufen
Der Verband der Automobilindustrie definiert fünf Automatisierungsstufen:
• Bei Stufe 0 ist kein eingreifendes Fahrzeugsystem aktiv.
• Bei Stufe 1 übernimmt der Fahrer/die Fahrerin entweder die Quer- oder die Längsführung und das System jeweils die andere.
• Bei Stufe 2 übernimmt das System die Quer- und Längsführung in einem spezifischen Anwendungsfall (zum Beispiel Einparken), der Fahrer/die Fahrerin überwacht permanent das System.
• Bei Stufe 3 erkennt das System im spezifischen Anwendungsfall seine eigenen Grenzen und fordert den Fahrer/die Fahrerin aktiv zur Übernahme auf.
• Bei Stufe 4 kann das System den spezifischen Anwendungsfall ohne Mithilfe des Fahrers/der Fahrerin lösen.
• Bei Stufe 5 kann das System alle Verkehrssituationen alleine bewältigen.
Die Spezialschäume könnten zukünftig als Wärmespeicher fungieren.
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In den Poren der Spezialschäume sind Wassermoleküle angelagert. Erwärmt man die Schäume, verdunsten die Wassermoleküle. Die für diesen Vorgang benötigte Wärmeenergie ist nun im trockenen Schaum gespeichert. Wird die Wärme wieder benötigt, führt man Wasser zu und Energie wird als Wärme wieder frei.
Die additive Fertigung ermöglicht eine wirtschaftliche Herstellung von individuellen Einzelbauteilen.
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Seit der Erfindung des 3D-Druckers 1983 wird der additiven Fertigung zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt, denn sie ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung von einzelnen Bauteilen, die perfekt auf den Kunden zugeschnitten sind.
Grenzenlose Möglichkeiten
Mit der additiven Fertigung ist eine sehr wirtschaftliche Herstellung von individuellen Einzelbauteilen ohne spezielle Werkzeuge möglich. Die Produktionszeiten sind dadurch verhältnismäßig gering und die Kosten halten sich in Grenzen. Dem Design sind dabei keine Grenzen gesetzt, weshalb die Ergebnisse von gedruckten Flugzeugturbinen über Zahnimplantate bis hin zu Satellitenkomponenten reichen.
Vom Design zum fertigen Bauteil
Ein Bauteil aus der additiven Fertigung entsteht am Computer, die Daten dafür werden an das entsprechende Druckgerät übertragen. Die Druckmaterialien wie Metall und Kunststoff liegen in verschiedensten Formen, von Pulver bis Draht, vor. Beim Druck wird eine dünne Schicht Druckmaterial durch eine Düse auf eine Trägerplatte aufgetragen. Ein Laserstrahl schmilzt das Material und härtet es aus. Danach erfolgt der nächste Schichtauftrag, bis das Bauteil vollständig ist. Durch dieses Verfahren können Bauteile mit komplexen Strukturen entstehen, die mit normalen Werkzeugen nicht aus einem Guss hergestellt werden können. Trotzdem sind diese Bauteile aufgrund ihrer Machart extrem belastbar oder leicht.
Durch Scherzellen können im 3D-Druckverfahren bewegliche Gebilde aus einem Guss erstellt werden.
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Eine Türklinke ohne Federn, Bolzen oder Schrauben? Mechanische Metamaterialien machen es möglich. Mit einem speziellen 3D-Druckverfahren können Gebilde aus einem Guss gedruckt werden, die trotzdem mechanisches Verhalten an den Tag legen. So lässt sich die Türklinke drücken, und der Riegel weicht aus dem Türrahmen zurück – ohne dass Federn oder Bolzen nötig wären.
Scherzellen mit außergewöhnlichen Eigenschaften
Die Funktionalität der 3D-Druckerzeugnisse wird über spezielle Scherzellen erreicht. Unter mechanischer Beanspruchung wie Druck, Ziehen oder Schieben knicken diese Zellen zur Seite weg oder falten sich zusammen, je nachdem, welche Eigenschaft ihnen verliehen wurde. Entfällt diese Beanspruchung, kehren die Scherzellen zu ihrer ursprünglichen Form zurück. Die Eigenschaften der Scherzellen werden ihnen in einem eigens dafür konfigurierten 3D-Druckereditor zugewiesen.
Durch die Polarisation von Licht können sensible Daten verschlüsselt werden.
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Die Quantenkryptographie nutzt die Polarisation des Lichts, also seine Schwingung in der Ebene senkrecht zu seiner Ausbreitung. Für die Quantenkryptographie werden die Photonen horizontal, vertikal, linksschräg oder rechtsschräg polarisiert.
Verständigung über die Polarisationsrichtung
Sender/in und Empfänger/in definieren die Abfolge der Basen, also der Polarisation, in denen die Photonen verschickt und empfangen werden. Nur wenn der Empfänger/die Empfängerin das Lichtteilchen in der vom Sender/von der Senderin gewählten Polarisation misst, erhalten beide aus der Messung eine Information.
Begrenzte Reichweite
Quantenkryptographische Verfahren lassen sich nur über eine begrenzte Entfernung anwenden. Die bisherigen Höchstweiten lagen bei 40 und 144 Kilometern. Die Übertragung über Glasfaserkabel oder durch die Luft stören die Lichtquanten. Eine Verstärkung der Signale wiederum würde die in den Teilchen codierte Information verändern. Forscherinnen und Forscher arbeiten daran, auf Satelliten auszuweichen, um die Quanten im störungsfreien Vakuum zu versenden. Aber auch eine Übertragung auf Kurzstrecken wäre für sicherheitsrelevante Anwendungen bei Behörden, Ministerien, Institutionen oder Unternehmen interessant.
Lauscher verändern die Botschaft
Aufgrund der Quantenmechanik ist jede Messung immer auch ein Eingriff in das System, das es verändert. Die Messung mit einer horizontalen/vertikalen Basis kodiert das Teilchen also entsprechend. Ungebetene „Zuhörer“ lassen sich deswegen leicht bemerken. Wenn jemand die polarisierten Lichtteilchen bei der Übertragung abfängt und misst, verändert er ihre Polarisation, wenn er eine „falsche“ Basis verwendet. Das bemerken Sender/in und Empfänger/in, wenn sie vorher Testsequenzen verschicken. Allerdings bietet auch die Quantenkryptographie keine vollständige Sicherheit. Denn die Geräte von Empfänger/in und Sender/in bilden einen Angriffspunkt.
Durch die Solarfolie wird das Fenster zur Solarzelle.
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Im Gegensatz zu normalen Photovoltaik-Anlagen sind Solarfolien weniger als einen Millimeter dick und können von transparent bis opak (also lichtundurchlässig) hergestellt werden. Sie eignen sich sogar für gebogene Glasflächen, denn sie sind bis zu einem Radius von zehn Zentimetern biegsam.
Organische Photovoltaik
Hauchdünne Solarmodule als Fensterbeklebung – die organische Photovoltaik macht‘s möglich. Die Solarfolien setzen sich zusammen aus ultradünnen Schichten organischer Halbleitermoleküle, die in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren bei niedrigen Temperaturen und Drücken auf eine flexible PET-Folie aufgedampft werden. Mit einem Gewicht von weniger als einem Kilogramm pro Quadratmeter eignet sie sich auch perfekt für Leichtbaustrukturen. Der Wirkungsgrad der Solarfolien liegt aktuell bei 13,2 Prozent. Ihre Lebensdauer beträgt mehr als 25 Jahre.
Durch die spezielle Kniegelenksprothese können amputierte Patientinnen und Patienten wieder normal laufen.
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Die Kniegelenksprothese lässt sich in drei verschiedenen Aktivitätsmodi an ihre/n Träger/in und dessen/deren Beweglichkeit anpassen. Dadurch kann sie unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden und auch bei der Rehabilitation oberschenkelamputierter Menschen eingesetzt werden. Eine individuell einstellbare Hydraulik in der Kniegelenksprothese sorgt für eine bessere Balance beim Hinsetzen und Aufstehen. Das Gewicht kann durch diese Hinsetzunterstützung der Prothese gleichmäßiger auf das gesunde und das künstliche Bein verteilt werden, wodurch die erhaltene Körperseite entlastet wird.
Wieder sicher unterwegs – mit Nachhaltigkeit
Der Stoßdämpfer der Prothese ist mit einem Biohydrauliköl von Danico befüllt. Dieses ist nicht nur umweltfreundlicher als herkömmliches Öl, sondern bietet zusätzlich noch höhere Langzeitstabilität als silikonbasierte Hydrauliköle. Außerdem ist es durch das Biohydrauliköl wesentlich leichter, die später zu beklebenden Stellen am Dämpfer zu entfetten. Das ressourcenschonende Öl lässt sich nach Ablauf der Nutzungsdauer einfacher entsorgen und bietet eine höhere Arbeitssicherheit.
Ein Auto sollte zwar so leicht wie möglich sein, aber dennoch alle Insassen ausreichend schützen.
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Autos werden hauptsächlich aus Stahlblech gefertigt, das stabil, aber schwer ist. Mit Leichtbaumaterialien, Verbundwerkstoffen und neuen Konstruktionen wollen Forscherinnen und Forscher die Autos der Zukunft sicher und leicht machen.
Carbon für leichtere Autos
Ein Beispiel dafür sind Carbonfasern, die schon sehr lange zur Konstruktion von Rennautos verwendet werden. Carbonfasern sind ultraleicht und dennoch fast unzerstörbar. Eine automatische Fertigung von Carbonteilen ist momentan allerdings noch nicht möglich, weswegen sie in der Massenproduktion nicht eingesetzt werden können und sehr teuer sind.
Alternativen zu teurem Carbon
Eine günstigere Alternative sind hochleistungsfaserverstärkte Verbundwerkstoffe oder Materialien wie Magnesium oder Aluminium. Aber auch die Weiterentwicklung von Stahl zu hoch- und höchstfesten Stählen oder Verbundbleche hat Zukunft.
Wie entstehen Verbundwerkstoffe?
• Mit Glas- oder Kohlefasern verstärkte Kunststoffe sind sogenannte Verbundwerkstoffe. Anders als Carbonfasern müssen sie nicht in aufwändiger Handarbeit verarbeitet werden.
• Die Form des Bauteils wird mit dem Gewebe der jeweiligen Fasern ausgekleidet. Flüssiger Klebstoff wie Epoxidharz verbindet die Fasern miteinander. Gewebe und Klebstoff werden in mehreren Lagen in die Form geschichtet, bis die gewünschte Dicke erreicht ist.
• Anschließend wird das Ganze in einem Spezialofen gehärtet.
Anders bauen
• Auch neue Bauweisen sparen Gewicht.
• Bei Bauteilen, die nach wie vor aus Metall gefertigt sein müssen, um hohe Belastungen aushalten zu können, folgen Forscherinnen und Forscher dem Vorbild von Bienen: Die sechseckige Wabenstruktur ist leicht und stabil zugleich und damit ein Beispiel für natürlichen Leichtbau.
• Aber auch Denkansätze wie Klebeverbindungen anstelle einer Metallbefestigung oder neue Materialien für Dämmmatten können Gewicht einsparen.
Ein Modell des Mooreschen Gesetzes im InnoTruck.
© FLAD & FLAD Communication GmbH
Beim Mooreschen Gesetz handelt es sich um eine Faustregel, die auf Moores eigenen (empirischen) Beobachtungen beruhte und die er nur wenige Jahre nach Erfindung des integrierten Schaltkreises Ende der 1950er-Jahre aufstellte. Diese wirkte zum Teil auch als sich selbst erfüllende Prophezeiung, weil sie die Chiphersteller anspornte. Mittlerweile beträgt der Innovationszyklus von Computerchips zweieinhalb Jahre. Denn inzwischen sind die einzelnen Elemente der Prozessoren unglaublich klein.
Bei wenigen Nanometern ist Schluss
Mehrere Milliarden Transistoren sind auf wenigen Quadratmillimetern untergebracht. Die Leiterbahnen sind Millionstel Millimeter klein. Heutige Silizium-Chips arbeiten mit Strukturen in der Größe von sieben Nanometern. Einige Herstellerinnen und Hersteller sind dabei, noch kleinere Strukturen zu entwickeln. Das ist allerdings aufwändig und teuer. Eine weitere Miniaturisierung stößt irgendwann an physikalische Grenzen.
Wie geht es weiter?
Die Materialentwicklung für künftige Chips konzentriert sich weniger auf eine weitere Miniaturisierung als auf höhere Schaltgeschwindigkeiten. Beispiele sind Germanium, III-V-Halbleiter-Verbindungen oder neue Kohlenstoffmaterialien wie Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren. Diskutiert wird auch eine komplette Änderung der Chiparchitektur.
Elektronenmikroskope können selbst die winzigsten Strukturen sichtbar machen.
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Elektronenmikroskope sind aus der heutigen Forschung und Entwicklung nicht wegzudenken. Mit ihnen lassen sich winzige Strukturen erkennen. Bei leicht bedienbaren Desktop-Geräten ist bereits eine 20.000- bis 60.000-fache Vergrößerung möglich. Mit noch aufwändigeren Elektronenmikroskopen sind sogar einzelne Atome erkennbar. Mit Elektronenmikroskopen werden zum Beispiel Bauteile in der Halbleitertechnik kontrolliert oder kleinste Materialreste in der Kriminalistik untersucht.
Viren und Fehlern auf der Spur
Mit Elektronenmikroskopen lassen sich winzige biologische Strukturen, zum Beispiel Krankheitserreger untersuchen. Desktop-Rasterelektronenmikroskope werden aber auch in der Qualitätskontrolle eingesetzt, um zum Beispiel Lackierungen zu prüfen.
Elektronen schlagen Licht
Sich bewegende Elektronen haben eine kürzere Wellenlänge als Licht. Außerdem sind Elektronen Teil jedes Atoms. Elektronenmikroskope nutzen diese Eigenschaften: In einem Vakuum wird ein Elektronenstrahl erzeugt, der durch magnetische Linsen gesteuert wird. Bei modernen Geräten wird der Strahl auf einem Detektor aufgefangen und in ein digitales Bild umgesetzt.
„Abtasten“ mit Elektronen
Bei Rasterelektronenmikroskopen tastet der Elektronenstrahl die Oberfläche eines Objektes ab. Da dieses ähnlich wie bei früheren Fernsehgeräten zeilenweise erfolgt, spricht man auch von „Abrastern“. Rasterelektronenmikroskope können detaillierte und dreidimensionale Aufnahmen liefern.
Desktop-Rasterelektronenmikroskop
Das hier gezeigte Desktop-Rasterelektronenmikroskop kommt mit geringeren elektrischen Spannungen aus als frühere Elektronenmikroskope. Auch herrscht in der Probenkammer kein extremes Hochvakuum. Dadurch lassen sich biologische Proben, die noch etwas Feuchtigkeit enthalten, direkt untersuchen und müssen nicht aufwändig entwässert und fixiert werden.
Wie funktioniert ein Elektronenmikroskop?
In einem Vakuum wird ein Elektronenstrahl erzeugt, der durch magnetische Linsen gesteuert wird. Bei modernen Geräten wird der Strahl auf einem Detektor aufgefangen und in ein digitales Bild umgesetzt. Bei Transmissionselektronenmikroskopen durchleuchtet der Elektronenstrahl die Probe. Bei Rasterelektronenmikroskopen tastet der Elektronenstrahl die Oberfläche eines Objektes ab und die Elektronen werden von der Oberfläche reflektiert. Oft ist vor der Untersuchung unter dem Elektronenmikroskop eine aufwändige Probenvorbereitung nötig. Die Objekte sollten dünnschichtig, fixiert und kontrastreich sein.
Elektronenmikroskope können selbst die winzigsten Strukturen sichtbar machen.
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Elektronenmikroskope sind aus der heutigen Forschung und Entwicklung nicht wegzudenken. Mit ihnen lassen sich winzige Strukturen erkennen. Bei leicht bedienbaren Desktop-Geräten ist bereits eine 20.000- bis 60.000-fache Vergrößerung möglich. Mit noch aufwändigeren Elektronenmikroskopen sind sogar einzelne Atome erkennbar. Mit Elektronenmikroskopen werden zum Beispiel Bauteile in der Halbleitertechnik kontrolliert oder kleinste Materialreste in der Kriminalistik untersucht.
Viren und Fehlern auf der Spur
Mit Elektronenmikroskopen lassen sich winzige biologische Strukturen, zum Beispiel Krankheitserreger untersuchen. Desktop-Rasterelektronenmikroskope werden aber auch in der Qualitätskontrolle eingesetzt, um zum Beispiel Lackierungen zu prüfen.
Elektronen schlagen Licht
Sich bewegende Elektronen haben eine kürzere Wellenlänge als Licht. Außerdem sind Elektronen Teil jedes Atoms. Elektronenmikroskope nutzen diese Eigenschaften: In einem Vakuum wird ein Elektronenstrahl erzeugt, der durch magnetische Linsen gesteuert wird. Bei modernen Geräten wird der Strahl auf einem Detektor aufgefangen und in ein digitales Bild umgesetzt.
„Abtasten“ mit Elektronen
Bei Rasterelektronenmikroskopen tastet der Elektronenstrahl die Oberfläche eines Objektes ab. Da dieses ähnlich wie bei früheren Fernsehgeräten zeilenweise erfolgt, spricht man auch von „Abrastern“. Rasterelektronenmikroskope können detaillierte und dreidimensionale Aufnahmen liefern.
Desktop-Rasterelektronenmikroskop
Das hier gezeigte Desktop-Rasterelektronenmikroskop kommt mit geringeren elektrischen Spannungen aus als frühere Elektronenmikroskope. Auch herrscht in der Probenkammer kein extremes Hochvakuum. Dadurch lassen sich biologische Proben, die noch etwas Feuchtigkeit enthalten, direkt untersuchen und müssen nicht aufwändig entwässert und fixiert werden.
Wie funktioniert ein Elektronenmikroskop?
In einem Vakuum wird ein Elektronenstrahl erzeugt, der durch magnetische Linsen gesteuert wird. Bei modernen Geräten wird der Strahl auf einem Detektor aufgefangen und in ein digitales Bild umgesetzt. Bei Transmissionselektronenmikroskopen durchleuchtet der Elektronenstrahl die Probe. Bei Rasterelektronenmikroskopen tastet der Elektronenstrahl die Oberfläche eines Objektes ab und die Elektronen werden von der Oberfläche reflektiert. Oft ist vor der Untersuchung unter dem Elektronenmikroskop eine aufwändige Probenvorbereitung nötig. Die Objekte sollten dünnschichtig, fixiert und kontrastreich sein.
Es gibt viel mehr Schadprogramme als Viren oder Würmer.
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Schadprogramme oder „Malware“ führen ungewollte, schädliche Funktionen auf dem befallenen Rechner aus. Mittlerweile nutzen die meisten Schadprogramme das Internet als Einfallstor. Oft werden sie als Anhang per Mail verschickt oder lauern auf infizierten Websites. Manchmal werden auch seriöse Seiten „gecrackt“ und enthalten dann schädlichen Code.
Vorsicht vor USB-Geräten
Speichermedien wie USB-Sticks und über USB-Zugänge an den Rechner angeschlossene Geräte können ebenfalls Schadsoftware enthalten. Deswegen sollten Nutzerinnen und Nutzer bei allen gratis verteilten Sticks oder Gadgets vorsichtig sein. Manche könnten unliebsame Software im Gepäck haben. Misstrauen ist auch bei kostenlosen Programm-Downloads im Internet geboten.
Wie kann man sich schützen?
• Mit einer stets aktuellen Virenschutz-Software und einer Firewall. Die Virenschutz-Software sollte auch Mails und den Browser scannen.
• Automatische Aktualisierungen für das genutzte Betriebssystem, die verwendeten Programme und den Browser schließen Sicherheitslücken der Herstellerinnen und Hersteller.
• Unabdingbar: der gesunde Menschenverstand. Unbekannte und unaufgefordert zugesandte Anhänge oder Links keinesfalls öffnen. Mails mit zweifelhafter Rechtschreibung sollten misstrauisch machen. Nachrichten, bei denen Absender/in, Betreff und Mailtext nicht zusammenpassen, auch.
Welche Arten von Schadsoftware gibt es?
• „Viren“ verbreiten sich automatisch, indem sie sich selbst in Programmen, Dokumenten oder auf Datenträgern kopieren.
• „Würmer“ versuchen, über Netzwerke andere Computer zu infizieren.
• Ein „Trojanisches Pferd“ besteht aus einem harmlosen „Wirtsprogramm“ mit einem bösartigen Anteil.
• „Hintertüren“ schaffen Zugänge zu einem Rechner.
• „Spyware“ späht im Computer Daten und das Nutzerverhalten aus und sendet die Daten dann an Dritte.
• „Scareware“ soll Nutzerinnen und Nutzer verunsichern und dazu bringen, schädliche Software zu installieren.
• „Ransomware“ verschlüsselt Daten auf dem Rechner, um Lösegeld zu fordern.
Es gibt wichtige Unterschiede zwischen Hacker, Cracker und Scriptkiddies.
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Der Begriff „Hacker“ ist weitverbreitet. Und wird vor allem in den Medien für alle Personen, die Computersysteme angreifen, verwendet. Das sieht die Hacker-Community nicht gern, denn sie unterscheidet drei Arten von Hackern.
Gute Hacker
Die Fach-Community bezeichnet nur solche Hacker als Hacker, die sich an die Hacker-Ethik halten. „Richtige“ Hacker dringen aus Neugier und Wissensdurst in fremde Systeme ein, ohne deren Daten oder Funktionsweise zu verändern. Manchmal werden sie als „Penetration Tester“ auch dafür bezahlt, Sicherheitslücken zu finden. Hacker werden – in Anlehnung an die Cowboy-Charakterisierungen in Westernfilmen – auch als „White-Hats“ bezeichnet.
Zwischenstufe der „Grey-Hats“
Sogenannte „Grey-Hats“ sind Hacker, die sich in einem Graubereich bewegen. Wenn sie Sicherheitslücken in Systemen von Unternehmen oder Institutionen gefunden haben und diese darauf nicht reagieren, machen sie die Lücken öffentlich. Das wiederum kann strafbar sein und in den Bereich der Computerkriminalität gehören. Von vielen Hackern werden die „Grey-Hats“ aber als „gute“ Hacker angesehen.
Hacker sind eigentlich Cracker
Die landläufig als „Hacker“ bezeichneten Experten, die Computersysteme böswillig manipulieren oder zerstören, werden in der Fachwelt als „Cracker“ bezeichnet. In Anlehnung an die Western-Typologie werden sie auch „Black-Hats“ genannt, da die Bösewichte in diesen Filmen schwarze Cowboy-Hüte tragen. Cracker verstoßen sowohl gegen die Hacker-Ethik als auch gegen Gesetze und handeln damit illegal.
Keine richtigen Hacker – die Scriptkiddies
Für die „Scriptkiddies“ haben sowohl Hacker als auch Cracker nur ein Lächeln übrig. Die Scriptkiddies nutzen vorgefertigte Schadsoftware, Anleitungen und Versatzstücke, um Computersysteme anzugreifen oder Webseiten lahmzulegen. Oft gehen sie dabei ziemlich wahllos vor und richten großen Schaden an. Deswegen gehören sie zu den „Black-Hats“. Die Bezeichnung Scriptkiddies zielt darauf ab, dass diese Möchtegern-Hacker nicht selbst programmieren können und keine echten Hacker-Fähigkeiten haben.
Hacker-Ethik
Hacker spüren Sicherheitslücken auf, ohne diese für ihren Vorteil zu nutzen oder Schaden anzurichten. Freier Zugang zu Computern und zu Wissen gehören ebenso zur Hacker-Ethik wie ein grundsätzliches Misstrauen gegenüber Autoritäten und die Bevorzugung von Dezentralisierung. Hacker glauben daran, dass durch die Verbreitung von Technologien die Welt verbessert werden kann. Computer können Kunst und Schönheit erzeugen. Und Hacker sollten nur nach ihren Fähigkeiten und dem, was sie tun, beurteilt werden. Die Hacker-Ethik wird allerdings auch in Hacker-Kreisen immer wieder diskutiert.
Funktionselemente mit organischer Elektronik kommen heute bereits in Druck- oder Temperatursensoren zum Einsatz.
© Von oben nach unten/links nach rechts:Thinkstock/vchal, Thinkstock/Chesky, Thinkstock/sunstock, Thinkstock/Noel Hendrickson
Organische Elektronik – auch Plastikelektronik genannt – kann auf großen Flächen günstig hergestellt werden, ist überall verfügbar und flexibel einsetzbar. Außerdem ist sie umweltfreundlicher als normale Elektronik, da sie weniger Giftstoffe und seltene Elemente enthält. Der Druck im Dünnschichtverfahren ist material- und energiesparend.
„Mitdenkende“ Etiketten
Die Anwendungsmöglichkeiten der leichten und biegbaren Materialien sind vielfältig. Sie reichen von Sensor-Etiketten auf Lebensmittelpackungen, die die Frische der Produkte registrieren, bis zu eingespeicherten Produktinformationen, die hochwertige Waren fälschungssicher machen sollen. Intelligente Etiketten könnten dafür sorgen, dass die Lebensmittel und Waren, die wir einkaufen, uns künftig eine höhere Qualität bieten.
Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 – 1716) entwickelte zu Lebzeiten eine Rechenmaschine, um Multiplikationen mechanisch durchführen zu können.
© Hajotthu/Wikimedia.org
Eine der grundlegenden Voraussetzungen der Digitalisierung ist das binäre Zahlensystem. Im Dualsystem werden zur Darstellung von Zahlen nur 1 und 0 verwendet. Die Digitaltechnik basiert auf Binärcodes, also auf zwei gegensätzlichen Zuständen, um einfache Schaltungen zu bauen. Der Universalgelehrte Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 – 1716) entwickelte Ende des 17. Jahrhunderts ein binäres Zahlensystem. Vorläufer gab es allerdings auch schon in Indien und China.
Leibniz als Urahn des Computers
Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 – 1716) entwickelte zu Lebzeiten eine Rechenmaschine, um Multiplikationen mechanisch durchführen zu können. Außerdem erkannte er, dass sich Rechenprozesse mit Binärzahlen leichter bewerkstelligen lassen. Deswegen war er wegbereitend für die Entwicklung späterer Rechenmaschinen und Computer. Zu seinen Lebzeiten scheiterte die Umsetzung seiner Rechenmaschinen wahrscheinlich daran, dass die erforderliche Feinmechanik zu komplex für die damalige Zeit war.
Der erste Computer
Der Bauingenieur, Erfinder und Unternehmer Konrad Ernst Otto Zuse (1910 – 1995) entwickelte 1937 das „mechanische Gehirn“ Z1 für statische Berechnungen. 1941 entstand daraus Zuse Z3 und 1945 Zuse Z4. Die Rechenmaschine Z3 war der erste funktionstüchtige, vollautomatische, programmgesteuerte und frei programmierbare, in binärer Gleitkommarechnung arbeitende Rechner weltweit.
Einblicke in winzige Welten
Der Elektroingenieur Ernst August Friedrich Ruska (1906 – 1988) war ein weiterer Wegbereiter der Digitalisierung. Ruska machte sich die Tatsache zunutze, dass sich bewegende Elektronen eine kürzere Wellenlänge als Licht haben und sich aufgrund ihrer Ladung durch Magnetfelder bündeln, fokussieren und ablenken lassen wie Lichtstrahlen durch Linsen. Er erfand das Elektronenmikroskop, das eine wesentlich höhere Auflösung ermöglicht als herkömmliche Lichtmikroskope und unabdingbar für miniaturisierte Bauteile ist.
Der erste Digitalrechner
Die Z3 wurde von Konrad Zuse (1910 – 1995) zusammen mit Helmut Schreyer (1912 – 1984) gebaut und war der erste funktionierende Digitalrechner weltweit. Das Rechenwerk enthielt 600, das Speicherwerk 1.400 elektromagnetische Relais. Z3 hatte viel mit modernen Computern gemeinsam. Die Maschine arbeitete in binärer Gleitkommarechnung und hatte Ein- und Ausgabegeräte. Während des Rechenvorgangs konnte der Benutzer/die Benutzerin Eingaben machen und auch die gleichzeitige Ausführung von Operationen war möglich.
Graphen ist dünn und biegsam, transparent, extrem leicht und dennoch 125-mal zugfester als Stahl.
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Graphen ist eines der dünnsten Materialien der Welt: Es besteht aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen, die wabenförmig angeordnet sind. Aus der zweidimensionalen flachen Schicht lassen sich andere Formen wie Röhren oder Kugeln bilden. Seit seiner ersten Isolierung im Jahr 2004 werden die erstaunlichen Eigenschaften und möglichen Anwendungen von Graphen erforscht.
Spürnase für chemische Verbindungen
Da sich in Graphen jedes Atom an der Oberfläche befindet, treten die Ladungsträger in unmittelbare Wechselwirkung mit der chemischen Umgebung. So lassen sich mit Graphen-Nanobändern hochempfindliche (bio-)chemische Sensoren herstellen. Diese können zum Beispiel Explosivstoffe wie Trinitrotoluol (TNT) aufspüren. Bindet sich ein TNT-Molekül an ein Graphen-Nanoband, ändert sich dessen elektrischer Widerstand messbar. Sogar ein einziges TNT-Molekül ließe sich so nachweisen. Mit dem neuartigen Sensor könnte man zum Beispiel Seeminen in den Weltmeeren aufspüren.
Was ist das Besondere an Graphen?
Graphen ist dünn und biegsam, transparent, extrem leicht und dennoch 125-mal zugfester als Stahl. Das liegt an der starken Verbindung der Kohlenstoffatome untereinander. Strom wird in Graphen nahezu widerstandsfrei transportiert, weswegen es als eines der Zukunftsmaterialien für Computertransistoren gilt. Mit Transistoren aus Graphen wären Prozessor-Taktraten von 500 bis 1.000 Gigahertz möglich. Zum Vergleich: Herkömmliche Siliziumtransistoren schaffen Taktraten von rund 5 Gigahertz. Denkbar ist auch die Verwendung im Bereich der Energiespeicherung für Elektroden. So wären mehr Lade- und Entladezyklen oder eine schnellere Ladezeit möglich. Auch für flexible, transparente Displays lässt sich Graphen verwenden.
Problem: die Herstellung
Das extrem dünne Graphen lässt sich nur schwer handhaben und im industriellen Maßstab noch nicht lohnend herstellen. Die hohe Leitfähigkeit des Materials hat zudem einen Nachteil: In Graphen wandern immerzu Elektronen durch das Material, weswegen sich Schaltelemente aus Graphen nie ganz ausschalten lassen. Um die Eigenschaften eines Halbleiters zu erhalten, müsste das Graphen modifiziert und mit anderen Elementen dotiert werden. Das wiederum würde seine Leitfähigkeit beeinträchtigen.
Identitäten lassen sich im Internet schnell klauen.
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Für die Kriminellen sind vor allem Zugangsdaten für Kommunikationsdienste wie E-Mail, Video-Chats oder soziale Medien interessant, aber auch Zugänge zu Banken, Onlineshops und Auktionsportalen. Oft sammeln auch Apps für Smartphones jede Menge Daten ein und versenden diese unverschlüsselt an Dritte. Vorsicht ist außerdem bei externen Zusatzanwendungen für soziale Medien geboten.
Mobbing nach Identitätsklau
Manchmal werden geklaute Identitäten auch dazu genutzt, jemanden gezielt zu mobben, indem über sein Profil oder in seinem Namen peinliche Fotos oder kompromittierende Inhalte verbreitet werden. Das gehört dann in den Bereich des Cyber-Mobbings.
Wie kann man sich schützen?
• Vor allem über sichere Passwörter aus Buchstaben- und Zahlenkombinationen. Passwörter nicht mehrmals verwenden!
• Manche Portale bieten eine Zwei-Wege-Authentifizierung an, also das Einloggen im Portal und das zusätzliche Verschicken eines Codes per Mail oder auf das Handy.
• Alle Geräte und Systeme sollten immer auf dem neuesten Stand sein, Updates regelmäßig aufgespielt werden.
• Bei Apps sollte man immer prüfen, auf welche Funktionen sie zugreifen und welche Daten sie nutzen.
Wie kann man sich schützen?
• Vorsicht bei offenen und öffentlichen WLAN-Netzwerken! Hier werden Daten meist unverschlüsselt gesendet.
• Online-Banking sollte nur in gesicherten Netzwerken und nicht über das Handy betrieben werden.
• Freundschaftsanfragen von Unbekannten in sozialen Netzwerken am besten ignorieren.
• Nur HTTPS-Seiten aufrufen und für den Mailversand verschlüsselte Verbindungen nutzen.
• Am wichtigsten: Mit den eigenen Daten vorsichtig haushalten! Nur das herausgeben, was unbedingt nötig ist.
Gegenmaßnahmen
Wenn die eigene Identität bereits missbraucht wird, kann man folgendes tun:
• Falsche Profile bei sozialen Netzwerken melden.
• Bekannte informieren, dass das eigene Profil gekapert wurde.
• Tritt jemand im Internet unter dem eigenen Namen auf, unbedingt die Betreiberinnen und Betreiber der jeweiligen Webseite informieren.
• Die Polizei einschalten, wenn Betrugsvorwürfe erhoben werden.
• Den eigenen Rechner auf Schadsoftware überprüfen.
• Alle Passwörter ändern und alle Nutzerdaten prüfen, ob zum Beispiel neue Mailadressen eingefügt wurden.
• Bankauszüge kontrollieren und eine Auskunft bei der Schufa einholen.
• Gegen falsche Bonitätseinträge und Zahlungsforderungen vorgehen.
• Eventuell anwaltlichen Rat einholen
Im Obergeschoss des InnoTrucks können die Besucherinnen und Besucher ein Bioökonomie-Quiz machen.
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Im Trägermaterial kann der Wasserstoff sicher gespeichert werden.
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Als LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier) wird Dibenzyltoluol verwendet, welches sich in einer chemischen Reaktion mit Wasserstoff verbindet. Das so mit Wasserstoff „beladene“ LOHC (Perhydrodibenzyltoluol) kann gefahrlos in normalen Tanks transportiert werden. Beim Empfänger angekommen, wird das LOHC dehydriert, und der Konsument – zum Beispiel eine Tankstelle für Elektrofahrzeuge – kann den Wasserstoff weiterverwenden. Der Prozess des Be- und Entladens verläuft dank neuartiger Katalysatoren besonders effizient.
Langfristige Speichermöglichkeit
Soll Wasserstoff im größeren Stil genutzt werden, wie zum Beispiel in Stromerzeugern, kann ein stationäres und skalierbares LOHC-Wasserstoff-System installiert werden. Bei Bedarf kann dann mit Hilfe von Strom aus erneuerbaren Quellen zunächst durch Wasserelektrolyse Wasserstoff hergestellt werden. Mit diesem Wasserstoff wird das LOHC beladen. Dieses kann beliebig lange gespeichert werden, bis der Wasserstoff wieder freigesetzt und „rückverstromt“ wird.
Vorteile der Wasserstoffspeicherung mit LOHC
Neben der Gefahrlosigkeit des geladenen LOHCs gibt es weitere Vorteile, die diese Speichermöglichkeit so attraktiv machen: Erstens kann das beladene LOHC mit einem normalen Tankwagen transportiert werden. Die Transportmittel und -infrastruktur müssen also nicht geändert werden. Zweitens steigt durch LOHC die Transportkapazität auf bis zu 1.800 Kilogramm Wasserstoff pro 40-Tonnen-Lkw. Bisher waren nur circa 400 Kilogramm möglich. Und drittens kann nun Wasserstoff besser als zuvor als Speicher von erneuerbaren Energien genutzt werden, was wiederum die Umsetzung der Energiewende unterstützt.
Im Vergleich zu anderen Dämmputzen ist der Aerogelputz dünner und zugleich sowohl wasserdampfdurchlässig als auch wasserabweisend.
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Aerogele stammen aus der Raumfahrt – mit ihnen werden Raumanzüge isoliert. Ihre Struktur besteht aus winzigen Nanoporen, in denen sich die Luftmoleküle kaum bewegen können. Das reduziert die Wärmeleitfähigkeit und verhindert, dass Räume zu schnell Wärme verlieren. Eine Schichtdicke von drei bis fünf Zentimetern reicht aus, um die Heizkosten um bis zu zwei Drittel zu senken.
Gibt Schimmel keine Chance
Mit dem Aerogelputz können die typischen Probleme bei der Gebäudedämmung verhindert werden: Der Aerogelputz ist sowohl wasserdampfdurchlässig als auch wasserabweisend. Er lässt Feuchtigkeit aus Räumen nach außen gelangen, ohne selbst nass zu werden. Dadurch kann sich kein Schimmel bilden. Außerdem ist der Aerogelputz aufgrund seiner mineralischen Komponenten resistent gegen Befall durch Algen, Pilze und Ungeziefer. Die mineralischen Bindemittel sorgen dafür, dass der Aerogelputz nicht brennbar ist und auf umweltgefährdende Flammschutzmittel verzichtet werden kann.
In Zukunft werden Autos von selbst fahren.
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Selbstfahrende Autos sind ein Menschheitstraum, der bald Wirklichkeit werden könnte. Forschung und Politik versprechen sich von autonomen Fahrzeugen mehr Mobilität für den Einzelnen, mehr Sicherheit für den Straßenverkehr und mehr Energieeffizienz für die Umwelt. Ein besserer Verkehrsfluss, niedrigere Unfallzahlen und weniger Abgase sollen so möglich sein.
Brückenlösungen
Bis Autos vollständig autonom fahren, wird es Zwischenlösungen geben, wie die Interaktion zwischen Fahrer/in und Fahrzeug: Kameras im Innenraum erfassen den Zustand des Fahrenden und übernehmen das Steuern des Fahrzeugs, wenn dieser müde oder unaufmerksam wird. Auch das Anlegen von Nutzerprofilen wäre so möglich. Das Fahrzeug könnte sich auf die unterschiedlichen Fahrweisen verschiedener Fahrerinnen und Fahrer einstellen.
Mensch weiterhin erforderlich
Fahrassistenzsysteme für die Autobahn wird es bald geben. Automatisiertes Fahren im Stadtverkehr ist noch komplexer und stellt höchste Anforderungen an Elektronik und Sensorik. Allerdings muss der Mensch in kritischen Situationen immer noch eingreifen können und daher auf „Stand-by“ bleiben.
Hohe Komplexität – auch für Tests
Das Testen unausgereifter „Beta-Versionen“ im echten Straßenverkehr wäre zu gefährlich. Deswegen müssen nicht nur die technischen Systeme erforscht und weiterentwickelt werden, sondern auch neue Test- und Validierungsmethoden geschaffen werden.
Welche Technik steckt in autonomen Autos?
Für die räumliche Wahrnehmung sitzen an der Windschutzscheibe zwei Stereokameras, die die Straße nach vorne absuchen und Entfernungen berechnen. An der Seite und am Heck des Fahrzeuges beobachten Kameras in Fischaugenoptik den Verkehr und erkennen Ampeln und Verkehrszeichen. Lagesensoren prüfen die Lage des Autos, Drehratensensoren die Bewegungen der Räder. Radarsysteme erfassen Objekte in bis zu 200 Metern Entfernung – bei Tag und Nacht. Sensoren prüfen die aktuellen Wetterverhältnisse. Ultraschallsensoren helfen im Nahbereich beim Einparken. Lasersensoren bilden Konturen ab. Für die Orientierung braucht ein autonomes Fahrzeug sehr detailliertes Kartenmaterial und eine hochpräzise GPS-Ortung.
Noch viele Fragen offen
Woran die Forscherinnen und Forscher und Entwicklerinnen und Entwickler noch arbeiten, ist die Lernfähigkeit der Systeme. Gerade im Stadtverkehr können schnell komplexe Situationen entstehen, die schwierig zu bewältigen sind. Die wahrgenommenen Objekte und die aufgenommenen Daten müssen von den Systemen auch verarbeitet und logisch miteinander verknüpft werden können. Der Mensch löst das intuitiv auf Basis seines erworbenen Hintergrundwissens. Für Maschinen ist die logische Einordnung von Situationen und Geschehnissen jedoch eine hochkomplexe Aufgabe. Noch gänzlich unbeantwortet sind ethische und juristische Fragen, zu denen das autonome Fahren führen könnte. Zum Beispiel, wenn es bei Ausweichmanövern zu Kollisionen kommt. Hier müssen sowohl Fachleute als auch die Gesellschaft als Ganzes Antworten finden.
In dem OLED-Mikrodisplay werden nur jene Pixel angesteuert, die Licht emittieren sollen, was einen sehr hohen Kontrast und einen niedrigen Energieverbrauch bedeutet.
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Datenbrillen und Wearables können in zahlreichen Bereichen eingesetzt werden: Im Sport- und Freizeitsektor überwachen sie als Fitnesstracker Vitalparameter. In die Kleidung integriert dienen sie als Navigationssysteme. Im industriellen Einsatz können sie Konstruktionsarbeiten durch ergänzend eingeblendete Informationen unterstützen, ohne dass die Hände vom Arbeitsbereich entfernt werden müssen.
Stromsparendes Display für vielfältige Anwendungen
In Datenbrillen werden heute winzige Mikrodisplays zur Darstellung von Videobildern eingesetzt. Dabei werden große Datenmengen verarbeitet, was die Akkulaufzeit verkürzt und viel Wärme produziert. Außerdem begrenzen die notwendige Elektronik inklusive der Akkus die Miniaturisierung des Gesamtsystems. Bei vielen Anwendungen sind jedoch eine hohe Akkulaufzeit und ein kompaktes Gesamtsystem entscheidend, aber nicht so sehr die Wiedergabe von HD-Videos. Speziell für solche Anforderungen hat das Fraunhofer FEP ein neuartiges Mikrodisplaykonzept auf Basis Organischer Leuchtdioden (OLEDs) entwickelt. In diesen OLED-Mikrodisplays werden nur jene Pixel angesteuert, die Licht emittieren sollen, was einen sehr hohen Kontrast und einen niedrigen Energieverbrauch bedeutet.
Neuartige Bildübertragung für reduzierten Energieverbrauch
Das Mikrodisplaykonzept des Fraunhofer FEP bietet eine stark vereinfachte Ansteuerung bei extrem niedriger Stromaufnahme. Neben der reduzierten Pixelansteuerung wird der Energiebedarf weiter vermindert, indem die notwendige Datenübertragung reduziert und auf die sonst notwendige, regelmäßige Bildauffrischung verzichtet wird. Stattdessen werden gezielt nur die Bildbereiche aktualisiert, in denen sich der Inhalt ändert.
In der Fabrik der Zukunft ist jeder Produktionsschritt digitalisiert.
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In der Industrie 4.0 ist der gesamte Produktionsprozess digitalisiert. Sie ist hierfür wesentlich auf das „Internet der Dinge“ angewiesen. Menschen, Maschinen und Objekte sind mit einem zentralen System verbunden, in dem die Produktherstellung gemanagt wird. Der Produktionsprozess bestimmt nicht mehr das Produkt, sondern das Produkt bestimmt den Prozess. Das steigert die Vielfalt und verkürzt den Zeitraum von der Entwicklung bis zur Herstellung.
Smart Factory – die Fabrik der Zukunft
In der Smart Factory sind alle Komponenten intelligent verknüpft und können miteinander kommunizieren. Das Produkt managt sich sozusagen selbst. Das hat viele Vorteile: Erstens nimmt die Produktvielfalt zu, weil Produkte nicht mehr identisch in großen Margen hergestellt werden müssen. Stattdessen sind individuelle Variationen dank kleiner standardisierter Prozessschritte problemlos und kostenneutral möglich. Außerdem werden die Ressourcen besser genutzt, weil Lager selbständig und erst dann nachbestellen können, wenn Nachschub tatsächlich benötigt wird. Zu guter Letzt können Unternehmen schneller auf Entwicklungen am Markt oder in der Wissenschaft sowie auf Vorlieben ihrer Kundschaft reagieren, weil der modulare und intelligente Aufbau der Smart Factory einen schnellen Umbau der Produktion erlaubt.
Smart Working – arbeiten in der Fabrik der Zukunft
In der Smart Factory ändern sich nicht nur Produktionsabläufe, sondern auch die Art der Arbeit: Durch den Einsatz oder die Unterstützung von Robotern entfallen körperlich schwere oder eintönige Arbeiten und komplizierte Arbeiten können dank digitaler Assistenzsysteme leichter durchgeführt werden. Auch die Berufe selbst ändern sich: Neue Berufe entstehen mit dem Fokus auf Entwicklung und Steuerung der Roboter und Assistenzsysteme sowie der Gestaltung der Zusammenarbeit. Außerdem werden alternative Jobmodelle möglich, weil die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter nicht mehr zwingend ständig vor Ort sein müssen, wenn sie die Prozesse auch über das vernetzte System steuern können. So kann durch den Einsatz digitaler Planungstools auch stärker auf persönliche Vorlieben bei Arbeits- und Auszeiten eingegangen werden.
Individuelle Organmodelle aus dem 3D-Drucker erleichtern die Vorbereitung komplizierter Operationen.
© HumanX GmbH
Für die individuellen Organmodelle werden Daten aus der medizinischen Bildgebung verwendet. Eine Software errechnet daraus ein digitales 3D-Modell, das in eine Druckdatei überführt wird. Das Modell entsteht schließlich im Industriedrucker. Im fertigen Modell können sogar weiche und knöcherne Strukturen realisiert werden, die eine noch genauere OP-Planung ermöglichen.
Mehr Klarheit für Arzt/Ärztin, Patient/in und Team
Aufnahmen aus dem Computer- oder Magnetresonanztomographen lassen uns in das Innere eines Menschen blicken. Doch wenn es darum geht, eine Operation zu planen, will der Chirurg/die Chirurgin auch wissen, wie sich das Organ unter Instrumenteneinsatz verhält. Das ist mit einem individuellen Modellorgan möglich. Die Ärztinnen und Ärzte können so ihre Vorgehensweise besser mit dem Patienten/der Patientin besprechen und ihre Operation genauer mit ihrem Team planen. Während der OP ist es den Ärztinnen und Ärzten dadurch dann möglich, klarer mit dem Team zu kommunizieren.
Große Bandbreite an Modellen und Einsatzmöglichkeiten
Mit einem 3D-Drucker werden nicht nur Organe kopiert. Auch Knochen, Gelenke und sogar menschliche Schädel lassen sich nachbilden. Das öffnet eine ganze Bandbreite an Einsatzmöglichkeiten: Zum einen können Ärztinnen und Ärzte besser ausgebildet und vorbereitet werden, wenn sie besonders komplexe Fälle trainieren können. Spezialprozeduren für komplizierte Operationen können leichter entwickelt und validiert werden. Außerdem können Implantate besser ausgewählt und konfektioniert werden und genauere Instrumente für spezielle Einsätze entwickelt werden.
Kohlenstoff für mehr Rechenpower
© FLAD & FLAD Communication GmbH
Die 1991 zufällig unter dem Elektronenmikroskop entdeckten Kohlenstoffnanoröhren wurden vielfach ausgezeichnet. Für die erstmalige Herstellung des Graphens im Jahr 2004 gab es 2010 sogar den Nobelpreis. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erhoffen sich von diesen Materialien große Innovationssprünge für viele Anwendungen – vor allem in der Halbleiterindustrie.
Schnell durch wenig Widerstand
Kohlenstoffnanoröhren (CNTs, Carbon Nanotubes) und Graphen besitzen besondere physikalische Eigenschaften. In ihnen können vergleichsweise hohe Ströme schnell und nahezu widerstandsfrei fließen. Zukünftige Computerchips, die Transistoren auf Basis dieser Materialien verwenden, könnten Taktraten bis zu 1000 GHz erreichen, was etwa dem 200-fachen heute verfügbarer siliziumbasierter Chips entspricht.
Vielfältige Eigenschaften
Formal kann man sich Kohlenstoffnanoröhren wie durch das „Aufrollen“ einzelner Graphenlagen entstanden vorstellen. Je nachdem, mit welchem „Versatz“ diese Wicklung erfolgt, ergeben sich unterschiedliche elektronische Eigenschaften der CNTs. Gelingt es, CNTs mit Halbleitereigenschaften exakt und reproduzierbar herzustellen, so könnten sie als Herzstück extrem leistungsfähiger Transistoren in zukünftigen Prozessoren dienen.
Leicht, stabil, leitfähig
Auch die mechanischen Eigenschaften neuer Kohlenstoffmaterialien sind außergewöhnlich. So haben Kohlenstoffnanoröhren nur etwa ein Fünftel der Dichte von Stahl, sind aber gleichzeitig um ein Vielfaches zugfester. Die elektrische Leitfähigkeit von CNTs kann bis zu tausendfach höher sein als die von Kupfer, dem zweitbesten metallischen Leiter nach Silber. Und die Wärmeleitfähigkeit ist etwa zweieinhalbmal so groß wie die von Diamant, dem besten natürlichen Wärmeleiter.
Nicht nur für Computer ein Zukunftsmaterial
Kohlenstoffnanoröhren ließen sich nicht nur für Computer einsetzen, sondern überall da, wo leichtes, materialsparendes und zugleich stabiles Material gebraucht wird. Sie ermöglichen neue Verbundmaterialien, die extrem leicht und stabil und gleichzeitig elektrisch leitfähig sind – wichtig beispielsweise im Flugzeugbau.
Kraftstoffe wie Benzin, Diesel oder Kerosin lassen sich nur aus Erdölen herstellen. Power-to-Liquid speichert Strom aus erneuerbaren Energien.
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Die reversible Hochtemperatur-Elektrolyse von Sunfire nutzt Strom aus erneuerbaren Energien zur Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Der Wasserstoff kann zusammen mit Kohlendioxid zu synthetischem Rohöl umgesetzt werden. Aus diesem lassen sich hochreine, alternative Kraftstoffe wie Benzin, Diesel oder Kerosin herstellen – ohne Rückgriff auf Erdöl.
Neuer Kraftstoff für ein bestehendes System
Der synthetische Diesel ist besonders klimaschonend, aber genauso leistungsstark wie herkömmlicher Diesel. Er könnte über die bisherige Infrastruktur wie Pipelines zum Einsatz gelangen. Bislang werden synthetische Kraftstoffe noch nicht in großem Stil erzeugt. Wieder anziehende Rohölpreise oder auch regulatorische Anreize könnten dies ändern.
Zwei Funktionsweisen für ein neues Energiesystem
Die Hochtemperatur-Elektrolyse ist reversibel, das heißt sie lässt sich auch in umgekehrter Richtung anwenden: Bei einem hohen Strombedarf schaltet sie innerhalb weniger Minuten um und erzeugt als Brennstoffzelle Strom, der sich ins Stromnetz einspeisen lässt. So fließt der Wind- und Solarstrom immer dorthin, wo er gerade benötigt wird. Das verringert den Kohlendioxidausstoß und stabilisiert das Stromnetz.
Mit bionischen Greiffingern können Roboter Objekte behutsamer umfassen.
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Der Robotergreifer hat drei bionische Greiffinger, deren Technik auf dem „Fin Ray® Effekt“ von Fischflossen basiert: Bei seitlicher Druckeinwirkung knickt die Fischflosse nicht weg, sondern wölbt sich dem Druckgeber entgegen. Sie umschließt das zu greifende Objekt. Dieses Prinzip lässt sich auch bei den bionischen Spielzeugen von bionicToys wiederfinden.
Sanft zupacken
Um festzustellen, was gegriffen wird und wie groß das Objekt ist, werden die Finger mit einer flexiblen Sensorfolie ausgestattet. Die Sensorfolie befindet sich nur rückseitig auf dem Greifer und enthält Biegesensoren. Diese überwachen die Bewegungen und geben entsprechende Signale an ein Computerprogramm, mit dem die Greifvorgänge überwacht werden. Damit können zum Beispiel Äpfel von Bäumen geholt werden und gleich die Größe bestimmt werden.
Einsatzgebiete
In der industriellen Anwendung werden die Fin Ray®-Greiffinger an einem Greifer oder Roboterarm angebracht und führen die unterschiedlichen Greifaufgaben aus.
Mit dem im InnoTruck ausgestellten Gerät lässt sich ein kaltes Plasma zur besseren Wundheilung erzeugen.
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Materie kann in den Aggregatzuständen fest, flüssig und gasförmig sowie als Plasma vorkommen. Plasma ist ein Gas, dessen Atome oder Moleküle ganz oder teilweise in ihre negativ und positiv geladenen Bestandteile aufgespalten sind. Beispiele für heißes Plasma sind Blitze oder Kerzenflammen. Es gibt aber auch kaltes Plasma.
Vielfältige Wirkung
Mit diesem beschäftigt sich die Hochschule für angewandte Wissenschaften und Kunst in Göttingen. Ein Forschungsergebnis ist das im InnoTruck gezeigte Gerät. Es erzeugt Plasma mit einer Temperatur um nur 37 Grad Celsius, das sich zur Behandlung der Haut bei verschiedenen Erkrankungen eignet. Insbesondere bei der Behandlung von infizierter Haut und von Wunden ist das kalte Plasma wegen seiner lokal begrenzten, keimtötenden Wirkung gut geeignet. Zusätzlich wird durch ein elektromagnetisches Wechselfeld die Durchblutung stimuliert, so dass Wunden intensiver mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt werden und somit besser heilen.
Einsatzfelder von kaltem Plasma
Bei vielen Erkrankungen kommt es zu lang anhaltenden oder sogar dauerhaften Wundheilungsstörungen. Dazu zählen die Krankheitsbilder des diabetischen Fußsyndroms, chronische Hautwunden (Dekubitalgeschwüre) oder auch schlecht heilende Operationswunden. Sie bilden offene Eintrittsstellen für Keime, die zu Infektionen führen oder die Wundheilung beeinträchtigen. Die Behandlung der Hautoberfläche mit kaltem Plasma tötet solche Keime auf der Hautoberfläche ab. Sogar problematische, multiresistente Keime wie der berüchtigte Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) werden dadurch zerstört.
Mehr Wissen über Plasma?
Der Begriff Plasma kommt aus dem Altgriechischen: πλάσμα (plásma) bedeutet „das Gebildete, Geformte“. Wissenschaftlich verwendet wurde er erstmals von dem amerikanischen Physiker und Chemiker Irving Langmuir (Nobelpreisträger für Chemie 1932). Plasma bezeichnet ein meist gasartiges Gemisch, in dem die Moleküle und/oder Atome teilweise oder vollständig ionisiert sind. Durch das Vorhandensein freier Ladungsträger (Elektronen und positive oder negative Ionen) ist ein Plasma elektrisch leitfähig.
Um diese Ladungstrennung zu erzielen, muss zunächst Energie zugeführt werden. Dies kann auf unterschiedliche Weise erfolgen: Beispielsweise durch chemische Reaktionen, durch Erhitzung, Bestrahlung oder die Einwirkung elektrostatischer oder elektromagnetischer Felder.
Plasmen treten in Flammen, Blitzen und der Ionosphäre (einem stark ionisierten Bereich der Hochatmosphäre) auf. Die sehr geringen Materiemengen, die im All zwischen Himmelskörpern vorkommen, befinden sich teilweise im Plasmazustand. Die Sonne und alle anderen Fixsterne bestehen ebenfalls aus Plasma. Man geht davon aus, dass mehr als 99 Prozent aller sichtbaren Materie im Universum aus Plasma besteht.
Mit der LiDAR-Technologie kann die Umgebung eines Fahrzeugs abgebildet werden. © FLAD & FLAD Communication GmbH
LiDAR steht für „Light Detection and Ranging“, also „Detektion und Abstandsmessung mit Licht“. Als Lichtquelle wird ein Laser verwendet. Üblicherweise wird für LiDAR-Systeme Licht mit Wellenlängen im nahen Infrarotbereich verwendet (905 oder 1550 Nanometer), da die hierfür benötigten Komponenten aus der Nachrichtentechnik verfügbar sind.
Millionenfache Messung pro Sekunde
Über einen beweglichen Spiegel innerhalb des Sensors wird der Laserstrahl abgelenkt, um sein Blickfeld auszuleuchten. Das ausgesandte Licht wird üblicherweise in einem sogenannten Kollimator gebündelt. An Objekten wird es dann – meist diffus – reflektiert und von einem integrierten Sensor detektiert. Der Sensor misst die Flugzeit zwischen Aussendung des Laserpulses und seiner Detektion und ermöglicht so eine sehr genaue Entfernungsbestimmung. Dieser Vorgang wird dabei bis zu eine Million Mal pro Sekunde wiederholt.
Aufwändige Datenauswertung
Im nächsten Schritt werden Abstand und Position einzelner Messpunkte ermittelt und die Ergebnisse in einer hochauflösenden 3D-Punktwolke zusammengefasst. Zuletzt werden die Daten gefiltert und zu einzelnen Objekten gruppiert, die sich dann klassifizieren lassen.
Ausgezeichnete Technologie
Die im InnoTruck vorgestellte LiDAR-Technologie wurde 2019 mit dem Deutschen Innovationspreis ausgezeichnet.
Mithilfe des Cochlea-Implantats können die Hörnerven sehen.
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Das Hören mit Licht baut auf dem Grundprinzip unseres Sehsinns auf: Beim Sehen werden bestimmte Eiweißstoffe – die Opsine – in den Sinneszellen der Netzhaut durch Licht dazu angeregt, über den Sehnerv einen elektrischen Impuls an das Gehirn zu übertragen.
Hörnerven „sehend“ machen
Doch wie macht man Hörnerven „sehend“? Hier kommt die noch junge Disziplin der Optogenetik ins Spiel: Mit Hilfe gentechnischer Methoden wird die Erbinformation eines besonders geeigneten Opsins in den Hörnerv eingebracht, sodass er nun ebenfalls dieses Opsin ausbildet und auf Licht anspricht. Als winzige Lichtquellen dienen Leuchtdioden (LEDs) auf der Elektrode des Implantats. Damit sich diese verletzungsfrei in die Hörschnecke einführen lässt, wurde eigens für die optogenetische Hörprothese ein flexibler Kunststoffträger entwickelt.
Neues Implantat könnte auch Eingewöhnung erleichtern
Licht lässt sich im Gegensatz zu elektrischen Signalen sehr stark bündeln – wichtig, denn bei der Entwicklung eines neuartigen Cochlea-Implantats geht es um Größenordnungen von Millionstel Metern (Mikrometern). In diesen Abmessungen ließen sich möglicherweise Hunderte verschiedene Abschnitte des Hörnervs gezielt ansteuern. Patientinnen und Patienten könnten auf diese Weise einen Höreindruck zurückerhalten, der wesentlich näher am natürlichen Hören liegt als mit bisherigen Implantaten. Dies würde auch die Dauer des bisher mitunter langwierigen Trainings deutlich verkürzen.
Weitere Forschung erforderlich
In Tierversuchen an Nagetieren haben sich die optogenetischen Cochlea-Implantate bewährt. Durch den Einsatz von 120 Mikro-LEDs konnten ebenso viele separate Kanäle angesteuert werden – ein deutlicher Fortschritt gegenüber der heutigen Standardtechnologie. Die inomed Medizintechnik GmbH aus Deutschland und MED-EL aus Österreich arbeiten daran, die eingesetzten Mikro-LEDs weiter zu optimieren. Diese sind sehr energieeffizient und langlebig, aber das in ihnen enthaltene Galliumnitrid ist giftig. Deshalb muss eine absolut zuverlässige Langzeitdichtigkeit der LEDs in der Hörschnecke sichergestellt werden.
Quantencomputer erweitern die Regeln der klassischen Informatik.
© D-Wave Systems Inc.
Quantencomputer sind die Superlative der Zukunft: Sie haben das Potenzial, so komplexe mathematische Probleme zu bewältigen, für die die Lebenszeit eines Menschen selbst mit einem Hochleistungscomputer nicht reichen würde. Dadurch könnten schwierigste Verschlüsselungen enträtselt, Simulationen berechnet oder Optimierungsprobleme mit vielen Faktoren gelöst werden.
Wie funktioniert ein Quantencomputer?
In herkömmlichen Computern funktionieren die normalen Bits wie eine Art Schalter, der entweder „an“ oder „aus“ signalisiert. Beim Rechnen werden diese Bits nach einem vorgegebenen Muster „umgelegt“. Quantenbits (Qubits) wiederum können nicht nur den Zustand „an“ oder „aus“ annehmen, sondern für eine kurze Zeitspanne auch einen Zwischen- oder Überlagerungszustand, die sogenannte Superposition. Allerdings fällt das Quantenbit bei jeder „Messung“, also jeder Interaktion von außen, wieder in einen eindeutigen Zustand zurück (Dekohärenz). Ob „an“ oder „aus“ lässt sich vorher nicht sagen. Forscherinnen und Forscher arbeiten daran, den Zustand der Quantenbits mit der Quantenmechanik kontrolliert verändern zu können.
Ändert sich ein Quantenbit, ändern sich alle benachbarten Quantenbits mit. Bei herkömmlichen Rechnern lässt sich immer nur ein Bit „an-“ oder „ausschalten“. Dass sich bei Quantenbits ganze Register auf einmal ändern lassen, würde Quantencomputer sehr schnell machen.
Schaltelemente aus Silizium (hier als Nanostruktur unter dem Raster-Elektronenmikroskop) können sowohl Lichtteilchen als auch Elektronen für die Informationsverarbeitung nutzen.
© Dr. Joerg Schilling, Zentrum für Innovationskompetenz (ZIK) "SiLi-nano", Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Das Projekt SPEED
Im Rahmen des Projekts Silicon Photonics Enabling Exascale Data Networks (SPEED) wurde der hier gezeigte Transceiver entwickelt, der Übertragungsraten von 400 Gigabit/Sekunde ermöglicht. Dazu wurde in der Entwicklung der elektro-photonischen integrierten Schaltkreise (ePICs) auf die Fertigungstechnologien der siliziumbasierten Chiptechnologie zurückgegriffen.
Transceiver als Übersetzer
Um elektrische Signale optisch übermitteln zu können, werden sie zunächst umgewandelt. Dies geschieht über Transceiver, welche als Übersetzer zwischen elektrischen und optischen Informationen fungieren. Lichtimpulse können in verschiedenen Amplituden, Phasen und Wellenlängen erzeugt werden. So können noch mehr Daten in der gleichen Zeit über eine einzelne Faser übertragen werden. Durch den Einsatz von optisch-elektrischen Modulen auf Siliziumbasis wird diese Umwandlung auf kleinstem Raum möglich. Silizium fungiert bei dieser Technologie sowohl als Basis der Nanoelektronik, als auch als Leiter optischer Signale, denn Silizium ist im Infrarotbereich, wo die optische Nachrichtentechnik arbeitet, transparent.
Zwei Arten von Transceivern
Im Rahmen von SPEED sollen zwei verschiedene 400 Gigabit-Transceiver-Typen als integrierte Schaltkreise auf Siliziumbasis realisiert werden: einer für die Verwendung innerhalb eines Rechenzentrums und ein weiterer für die Kommunikation zwischen verschiedenen Rechenzentren.
Der erste Transceiver verfügt über vier unterschiedliche Wellenlängen im Bereich um etwa 1300 Nanometer und ermöglicht die direkte Detektion der einzelnen Wellenlängen. Er ist für die passive Verbindung innerhalb eines Rechenzentrums konzipiert und auf eine Reichweite von bis zu zwei Kilometern ausgelegt.
Der zweite Transceiver kann die Wellenlängen aufeinander abstimmen und bei der Detektion auch die Phase des optischen Signals bestimmen. Zusätzlich werden die Impulse optisch verstärkt und können somit Reichweiten von 80 Kilometern und mehr erreichen. Daher eignet sich dieser Transceiver zur Verbindung zwischen verschiedenen Rechenzentren.
Sobald Strom fließt, wird das milchige Fenster durchsichtig.
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Schaltbares Glas besteht aus zwei Glasscheiben, die wie in einem Sandwich eine dünne nanostrukturierte Beschichtung umschließen. Wird elektrische Spannung angelegt, färbt sich die Beschichtung blau und verdunkelt die Scheibe. Die Verdunkelung kann stufenlos je nach Sonneneinstrahlung geregelt werden.
Töneffekt im ausgestellten Modell
Ein genau umgekehrter Effekt wird bei dem Fenstermodell angewandt, das im InnoTruck ausgestellt ist. Hier klärt sich die milchige Scheibe, sobald Strom fließt. Diese Technik ist ideal, um Türen und Trennwände zum Beispiel in Büros, Banken, Umkleidekabinen oder sogar in Kühlschränken transparent oder blickdicht zu gestalten.
Optimales Gebäudeklima
Die Verbindung von Glas und Elektronik ermöglicht ein optimales Gebäudeenergiemanagement. Der elektrochrome Effekt entsteht durch eine dünne nanostrukturierte Scheibenbeschichtung, die Ionen aufnehmen kann. Wird die Schicht unter elektrische Spannung gesetzt, wird der Ionenaustausch aktiviert – die Scheibe verfärbt sich. Damit wird sie nicht nur licht-, sondern auch wärmeundurchlässig. Dieser Effekt kann stufenlos über die Gebäudetechnik geregelt werden und sorgt so für ein angenehmes Gebäudeklima.
Spam-Mails sind nicht nur lästig, sondern auch gefährlich.
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Spam-Mails kennen wir alle. Sie verstopfen mit ungefragter Werbung und mit seltsamen Betreffzeilen unser Postfach. Spam-Werbung ist für den Spammer billig. Deswegen wird mit Spam-Mails oft für Produkte geworben, für die sich jede andere Art von Werbung nicht lohnt. Weil sie wertlos, illegal oder offensichtlich obskur sind. Spam-Mails werden millionenfach verschickt – mit speziellen Programmen, die den Versand automatisch abwickeln. Die Mailadressen erhalten Spammer von Adresshändlerinnen und Adresshändlern. In Deutschland ist das unaufgeforderte Zusenden von Werbemails verboten.
Der Kettenbrief von heute: Hoaxes
Ein „Hoax“ ist im Grunde genommen ein schlechter Scherz und bezeichnet Falschmeldungen und Kettennachrichten, die sich über das Internet verbreiten. Verweise auf bekannte Unternehmen oder aktuelle Ereignisse sollen Seriosität, Aktualitätsbezüge wie „gerade“ oder „soeben“ Dringlichkeit vortäuschen. Unausweichlich ist der „Hoax“ immer mit der Aufforderung verknüpft, die Nachricht an möglichst viele weiterzuleiten. Meist sind „Hoaxes“ harmlos, sie können aber auch Anleitungen enthalten, mit denen Systemdateien vom Computer gelöscht werden.
Achtung, Datenklau: Phishing-Mails
Die genaue Zusammensetzung des Wortes „Phishing“ ist umstritten. Viele vermuten eine Kombination der Wörter „Password“ für Passwort und „Fishing“ für Fischen. Phishing-Mails werden verschickt, um Nutzer dazu zu verleiten, freiwillig vertrauliche Daten wie Nutzernamen und Passwörter, Bankzugangsdaten oder Kreditkartennummern herauszugeben. Dazu werden die Nutzer mit Mails auf gefälschte Webseiten mit Eingabe-Masken geleitet. Oft sind diese Seiten und auch die verschickten Mails täuschend echt nachgebaut und ähneln denen großer Unternehmen oder Banken.
Kleinvieh verursacht jede Menge Schaden
• Auch wenn der/die einzelne User/in nur einige Sekunden mit einzelnen Spam-, Hoax- und Phishing-Mails zubringt – sie verursachen insgesamt einen enormen wirtschaftlichen Schaden, selbst wenn mit ihnen keine sensiblen Daten erbeutet werden.
• Die Zeit zum Aussortieren dieser Mails fehlt für Arbeit und Freizeit. Durch den Versand dieser Mails entsteht ein hoher Datenverkehr im Internet, der Geld kostet und letztendlich von den Verbrauchern getragen wird.
• Beschädigte oder überlastete Server und Systeme müssen teuer repariert, Spam-Filter gekauft, installiert und aktualisiert werden. All das bindet Arbeitszeit und Ressourcen und führt zu erheblichen gesamtwirtschaftlichen Kosten. Eine Studie beziffert für das Jahr 2012 den weltweiten wirtschaftlichen Gesamtschaden auf rund 38 Millionen Euro.
Daran erkennt man Phishing-Mails und Phishing-Webseiten:
• unpersönliche Anrede in Mails
• vorgeschützte Dringlichkeit oder Drohungen
• Abfrage vertraulicher Daten wie PINs oder TANs
• Links oder Formulare in Mails, die vom Empfänger/von der Empfängerin geöffnet werden sollen.
• Nachrichten in schlechtem Deutsch, mit Zeichen aus anderen Alphabeten, mit falsch aufgelösten oder fehlenden Umlauten
• kein oder ein gefälschtes Kürzel „https“ in der Adresszeile von Webseiten
• ähnliche Adresszeilen wie von seriösen Unternehmen, aber mit unüblichem Zusatz
Startet wie ein Hubschrauber, fliegt wie ein Flugzeug: die Drohne von Quantum Systems.
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Zivile Drohnen sind mehr als nur Spielzeuge. Sie können für Forschungsaufgaben und zur Landvermessung ebenso eingesetzt werden wie für Filmaufnahmen, landwirtschaftliche Zwecke oder für Such- und Rettungsaktionen.
Wandelbare Drohne für besseres Flugverhalten
Die innovativen Drohnen von Quantum Systems können wie ein Hubschrauber senkrecht starten, fliegen aber wie ein Flugzeug. Dazu starten sie mit Hilfe von Rotoren senkrecht, klappen diese in der Luft um und verwandeln sich in Flugzeuge. Die Drohnen haben einen Elektromotor und sind sehr energieeffizient. Sie können mehrere Stunden in der Luft bleiben und über 100 Kilometer weit fliegen. Die Drohne Quantum TRINITY fliegt mit einer Geschwindigkeit von 65 Kilometern/Stunde. Sie hat eine Spannweite von 2,40 Metern, eine Länge von 1,47 Metern und wiegt 5 Kilogramm. Im InnoTruck ist ein verkleinertes Modell der Drohne zu sehen.
Funktionsweise von Drohnen
Korrekt heißen Drohnen „Unmanned Aerial Vehicle“ (UAV), was für „unbemanntes Luftfahrzeug“ steht. Drohnen sind relativ leicht zu fliegen, da sie sich selbst in der Luft ausbalancieren. Sensoren wie Ultraschallhöhenmesser, Beschleunigungsmesser oder Kreiselstabilisatoren übernehmen die Stabilisierung und Steuerung der Drohne. Drohnen haben meist Elektromotoren. GPS-Empfänger und ein Kompass sorgen für die richtige Orientierung. Für Foto- und Videoaufnahmen sind Kameras installiert.
Anwendungsfelder für zivile Drohnen
Drohnen eignen sich zur Erkundung von unzugänglichem Gelände ebenso wie für Vermessungsaufgaben oder Kameraaufnahmen. Unternehmen können schwierig zu untersuchende Objekte wie Türme, Schornsteine, Windräder oder Stromleitungen mit Drohnen gefahrlos inspizieren. In der Landwirtschaft lassen sich Dünger oder Schädlingsbekämpfungsmittel mit Drohnen gezielter ausbringen. Bei Naturkatastrophen oder in unzugänglichen Gebieten können Drohnen die Suche nach Vermissten unterstützen. Fotografinnen und Fotografen sowie Kameraleute nutzen Drohnen für Luftaufnahmen und Versandhändlerinnen und Versandhändler arbeiten bereits an der Paketzustellung per Drohne. Mittlerweile wird sogar an Ambulanz-Drohnen geforscht, die in kurzer Zeit bei Verletzten sein und medizinisches Gerät mitliefern könnten.
Darf man Drohnen fliegen lassen?
Die Rechtslage für den Betrieb ziviler Drohnen ist schwierig. In Deutschland ist das Fliegen in Sichtweite erlaubt, die Flughöhe darf 100 Meter nicht übersteigen. Für das Fliegen außer Sichtweite muss eine Aufstiegsgenehmigung eingeholt werden oder es ist ganz verboten. Mittlerweile müssen alle unbemannten Fluggeräte, die über 250 Gramm wiegen, mit einer Plakette gekennzeichnet werden. Für Geräte über zwei Kilogramm benötigt man einen Führerschein, für Drohnen über fünf Kilogramm sogar eine Erlaubnis der Luftfahrtbehörden. Gewerbliche Nutzer, etwa Kurierdienste, dürfen Drohnen künftig auch außerhalb der Sichtweite der Piloten fliegen lassen. An Einsatzorten von Polizei und Rettungsdiensten, an Industrieanlagen oder in der Nähe von Flughäfen dürfen Drohnen gar nicht mehr verwendet werden.
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Vordenken für die Agrarsysteme der Zukunft.
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Die Vereinten Nationen erwarten bis zum Jahr 2050 ein globales Bevölkerungswachstum auf fast zehn Milliarden Menschen. Damit auch dann ausreichend Nahrung produziert werden kann und die Agrarwirtschaft gleichzeitig nachhaltiger betrieben wird als heute, sind große Umwälzungen erforderlich.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert deshalb große Verbundforschungsprojekte zum Thema „Agrarsysteme der Zukunft“ mit neuen, nachhaltigen Denk- und Organisationsansätzen.
Der Zukunftsprozess „Agrarsysteme der Zukunft“
Wie kann die Agrarwirtschaft der Zukunft am besten an die bestehenden Herausforderungen angepasst werden? Wo muss hierzu schwerpunktmäßig geforscht werden, und wie kann die Forschungs- und Innovationspolitik der Bundesregierung hier unterstützen?
Um im Rahmen des Zukunftsprozesses „Agrarsysteme der Zukunft“ Antworten auf all diese Fragen zu finden, lud das BMBF bereits im Jahr 2014 eine Vielzahl von Akteurinnen und Akteuren zum gesellschaftlichen Austausch ein. Damit Wissen aus möglichst vielen verschiedenen Blickwinkeln in den Prozess einfließen konnte, wurden Vertreterinnen und Vertreter aus Wissenschaft und Forschung, Wirtschaft, Gesellschaft, Politik und Verbänden beteiligt.
Der Projektverbund „Agrarsysteme der Zukunft“
Aus den Ergebnissen des Zukunftsprozesses ging eine Förderrichtlinie des BMBF zu den Agrarsystemen der Zukunft hervor. Auf ihrer Grundlage stellte das Bundesforschungsministerium in einem mehrstufigen Auswahlverfahren in der Konzeptphase ca. 2,7 Millionen Euro und für die erste Umsetzungsphase ca. 43 Millionen Euro an Fördermitteln bereit.
Seit Januar 2019 werden vom BMBF acht große Verbünde gefördert. Diese bestehen aus einem Koordinierungskreis mit den Vertretern der acht geförderten Projektkonsortien, einer zentralen Koordinierungsstelle sowie einem begleitenden Gutachtergremium. Neben der optimalen Vernetzung der Projekte untereinander soll auch ein intensiver Ideenaustausch mit der Bevölkerung aktiv vorangetrieben werden.
Forschungsprojekte für „Agrarsysteme der Zukunft“
Die Forschung zu bioökonomischen Anwendungen in den „Agrarsystemen der Zukunft“ betrachtet die verschiedenen Aufgaben und Herausforderungen nach dem berühmten Motto von Aristoteles: „Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile“. Sie geht über herkömmliche Denkweisen hinaus, vernetzt Wissen grenzüberschreitend und bringt verschiedenste Akteurinnen und Akteure in interdisziplinären Teams zusammen.
Die Agrarsysteme der Zukunft nutzen neuartige, manchmal auch ungewöhnliche Handlungsalternativen. Dabei sollen moderne Schlüsseltechnologien (zum Beispiel Informations- und Kommunikationstechnologien, Sensorik und Robotik) eingesetzt werden, um zukunftsfähige Lösungen zu entwickeln. Allerdings stehen die Forschungsarbeiten auch im Spannungsfeld zwischen technischer Machbarkeit, ökologischer Tragfähigkeit und gesellschaftlicher Akzeptanz.
Die „Agrarsysteme der Zukunft“ sind flexibel an die jeweiligen Bedingungen an einem Standort oder in einer Region angepasst. Sie sind hoch widerstandsfähig gegenüber wechselnden Klima- und Umweltbedingungen. Darüber hinaus sind sie flexibel auf variable gesellschaftliche, ökonomische und ökologische Bedingungen ausgerichtet.
Welche Produkte liefert die Bioökonomie?
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Anwendungsbeispiel: Burger im Graspapier
Fast-Food-Restaurants werden von vielen Menschen kritisch gesehen – insbesondere aufgrund des hohen Ressourcenverbrauchs sowie wegen der großen Mengen an Verpackungsmüll. Eine bekannte Schnellrestaurantkette hat unlängst einen Feldversuch zur Eignung nachhaltiger Verpackungskonzepte zum Einsatz gebracht – u. a. mit Ketchup in der Waffelschale, Getränken im Mehrwegbecher und dem Burger im Papier aus Gras.
Insbesondere Letzteres stellt dabei eine besonders innovative Komponente dar: Die Herstellung von Fasern aus Gras ist nicht so energieaufwändig wie die Gewinnung von Zellstoff aus Holz, benötigt weniger Wasser und kommt ohne problematische Chemikalien aus. Entwickelt wurde dieses Papier von dem Start-Up Apomore aus Dettenhausen und besteht zu einem Drittel aus Gras von der Schwäbischen Alb. In dieser Form ist es bereits als schlichte Burger-Verpackung geeignet, doch die Schwaben haben noch mehr in petto: Mit einer dünnen Beschichtung aus Bienenwachs gewinnt dieses nachhaltige Papier auch hervorragende Frischhalteeigenschaften.
Diese gewachste Variante des Papiers – „Bee-Paper“ genannt – geht auf Arbeiten des oberfränkischen Schülers Hannes Stengel im Rahmen eines Jugend-Forscht-Projektes zurück. Seit Sommer 2019 kommt das Bee-Paper „Wax“ in den ersten Bioläden und Supermärkten zum Einsatz. Die genannte Schnellrestaurantkette will übrigens bis 2025 nur noch recyclingfähige Verpackungen aus erneuerbaren, recycelten oder zertifizierten Quellen nutzen – ein großer Markt für das Graspapier von der Schwäbischen Alb.
Ziel ist es, biologische Herzklappen zu züchten, die der natürlichen Herzklappe ebenbürtig sind.
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Weil Spenderherzen oft als Ganzes verpflanzt werden, sind menschliche Spenderherzklappen selten. Meist werden Herzklappen von Schweinen verwendet. Deshalb ist die Dezellularisierung der Spenderklappe noch dringlicher. Nachdem die Zellen entfernt wurden, implantiert der Chirurg/die Chirurgin nur das Gerüst aus Bindegewebe.
Die ideale Herzklappe
• Künstliche Herzklappen halten länger als ein Menschenleben, bieten aber nicht dasselbe Strömungsverhalten wie eine biologische Klappe. Deshalb muss der Patient/die Patientin ein Leben lang blutverdünnende Mittel einnehmen, um Thrombosen zu verhindern.
• Als biologische Spenderklappen werden gegenwärtig dezellularisierte Herzklappen von Schweinen eingesetzt. Bei diesem Ansatz müssen nur circa drei Monate lang Blutverdünner eingenommen werden. Allerdings halten biologische Klappen nur ungefähr zehn Jahre.
• Die dezellularisierte Herzklappe von menschlichen Spendern bietet in diesem Zusammenhang die meisten Vorteile. Da der Körper sie mit eigenen Zellen besiedelt, besteht sogar die Möglichkeit, dass die Klappe mitwächst, ein Leben lang hält und so weitere Operationen überflüssig werden.
• Ziel ist es, biologische Herzklappen zu züchten, die in ihren Eigenschaften der natürlichen Herzklappe vollkommen ebenbürtig sind.
Dass Impfungen wichtig sind, hat sich zu Corona-Zeiten wieder einmal gezeigt. Doch leider haben manche Menschen eine regelrechte Phobie vor Injektionsnadeln. Die moderne Medizin hilft: Mit einem Mikronadelpflaster werden die Wirkstoffe mittels winziger Nadeln mit einer Länge von nur 0,1 bis 1 Millimetern in die Haut eingebracht. Diese Mikronadeln verursachen keine Schmerzen, weil sie die Nervenenden nicht erreichen. Sie lösen sich in der Haut auf und geben dabei den Wirkstoff ab.
Diese ersten Schritte hin zu einer biobasierten Wirtschaftsweise machen wir im Wissenschaftsjahr greifbar und begeben uns auf den Weg, der die vielfältigen Aspekte der Bioökonomie anschaulich werden lässt, gemeinsam mit Ihnen! Wir vermitteln Wissen bunt, vielfältig und verständlich: in Filmen, Online-Formaten sowie in kritischen Diskussionen – und laden Sie zum Mitgestalten ein: in Mitmach-Projekten, Wettbewerben und Jugendaktionen.
Zahlreiche Institutionen, Bildungseinrichtungen, Hochschulen und Unternehmen werden sich beteiligen und auch Sie sind herzlich eingeladen, mitzumachen. Nutzen Sie die Chance, bringen Sie sich ein, diskutieren Sie mit Forschenden, Politikerinnen und Politikern, Prominenten und Fachleuten aus der Wissenschaftskommunikation über die nachhaltige Gestaltung unserer Zukunft und erfahren Sie mehr über die Bioökonomie.
Eine Injektion ohne herkömmliche Nadel ist nicht nur von Vorteil für Menschen, die Angst vor Spritzen haben: Das Hantieren mit Spritzen birgt immer auch für Arzt/Ärztin oder Pflegepersonal die Gefahr, sich mit der Nadel zu verletzen und sich so mit Krankheiten anzustecken.
Cybersicherheit ist unverzichtbar
Nahezu Jeder kann heute einen Rechner bedienen. Aber nur wenige wissen um die Gefahren, die in der digitalen Welt lauern. Diese reichen von Spam und Schadprogrammen über Botnetze und Hacker bis hin zu Cybermobbing und Identitätsdiebstahl. Dagegen helfen Maßnahmen wie Virenscanner, regelmäßige Updates, geschützte Netzwerke und ein verantwortungsvoller Umgang mit den eigenen Daten.
Botnetze, die kriminelle Übernahme Ihres Rechners
Wenn Roboterprogramme oder kurz „Bots“ von Kriminellen auf Ihren Rechner geschleust werden, können die Botmaster via Internet auf Netzwerkanbindung, lokale Ressourcen und Daten zugreifen und diese für kriminelle Zwecke nutzen. Infizierte Computer werden zu „Zombierechnern“. Jedes mit dem Internet verbundene Gerät kann davon betroffen sein.
Hacker fanden nach Sicherheitslücken
Personen, die Computersysteme angreifen, nennt man „Hacker“. Doch die sind nicht immer schlecht. „Gute“ Hacker decken Sicherheitslücken auf und machen die Besitzer darauf aufmerksam. Sie werden in Anlehnung an eine Western-Symbolik „White-Hats“ genannt. Dem entsprechend sind „Black-Hats“ die „Bösen“, auch „Cracker“ genannt. Eine Zwischenrolle spielen die „Grey-Hats“. Sie wollen keine Schäden anrichten und auf Sicherheitslücken hinweisen. Allerdings drohen sie mit der Veröffentlichung der Probleme, wenn diese nicht behoben werden. Und das kann strafbar sein.
Schadprogramme, die dunkle Seite der Software
Schadprogramme, auch „Malware“ genannt, führen ungewollte, schädliche Funktionen auf dem befallenen Rechner aus. Die meisten von ihnen kommen über das Internet. Sie werden als Anhang per Mail verschickt oder lauern auf infizierten Webseiten. Manchmal werden auch seriöse Seiten „gecrackt“ und enthalten dann einen schädlichen Code.
Spam stiehlt Zeit und Geld
Egal ob Spam-, Hoax- oder Phishing-Mails – niemand hat solche Nachrichten gern in seinem Postfach. Sie sorgen für Ärger, Aufregung und können unter Umständen teuer werden. Doch selbst wenn keine sensiblen Daten erbeutet werden, richten sie großen wirtschaftlichen Schaden an. Die Empfänger vergeuden Zeit und der überhöhte Datenverkehr verursacht Kosten, die letztlich alle Betroffenen tragen.
Identitätsdiebstahl, der Doppelgänger im Netz
Mit geklauten Identitäten agieren Cyberkriminelle unter fremdem Namen und können dabei viel Schaden anrichten. Ihre Identität ist im Internet leichter gestohlen als Sie denken. Oft reichen den Kriminellen schon Geburtsdatum, Name und Adresse, um aktiv zu werden. Besonders gesucht sind Daten für E-Mail-Konten, Videochats oder soziale Medien, aber auch Zugänge zu Banken, Onlineshops und Auktionsportalen.
Cybermobbing – virtuelle Angriffe, die reales Leid verursachen
Mobbing in der Schule oder am Arbeitsplatz ist schlimm genug. Aber im Internet nimmt es eine neue Dimension an. In sozialen Medien wird oft unüberlegt und anonym gepostet, die Reichweite ist unendlich und wenn ein Post einmal im Netz ist, wird es meist schwierig, ihn löschen zu lassen. Wenn Deeskalationsstrategien nicht helfen, bleibt nur der Rechtsweg.
Klimafreundlich, komfortabel und sicher
Das Auto von morgen nutzt erneuerbare Energien. Es ist vernetzt, mit anderen Fahrzeugen und mit Verkehrsleitsystemen. So kann es den Fahrer immer mehr entlasten, bis hin zum autonomen Fahren. Zur Nachhaltigkeit gehören neben klimafreundlichen Antrieben auch innovative Materialien, die es immer leichter und damit spritsparender machen, ohne dass die Sicherheit darunter leidet.
Welcher Stoff bringt E-Autos weiter?
E-Auto werden entweder mit Strom aus dem Stromnetz betrieben, der in einer Batterie gespeichert wird, oder mit einer Brennstoffzelle und Wasserstoff. Entscheidend für die Reichweite und Ladegeschwindigkeit von batteriebetriebenen E-Autos ist das Material der Batterie. Beim Brennstoffzellenauto liegt die Herausforderung derzeit vor allem im Ausbau des Tankstellennetzes.
Bessere Verkehrslösungen durch Vernetzung
Die intelligente Vernetzung von Verkehrsmitteln, -teilnehmern und -leitsystemen kann Unfälle und Staus vermeiden. Sie ist außerdem die Voraussetzung für autonomes Fahren, bei dem das Auto alle Funktionen selbst steuert.
Mit Leichtigkeit Sprit sparen
Einfluss auf die Klimafreundlichkeit eines Autos hat auch sein Gewicht, denn jedes Gramm kostet Antriebsenergie. Dass heutige Auto deutlich weniger Treibstoff benötigen als vor Jahrzehnten, hat viel mit innovativen Materialien und Konstruktionsverfahren zu tun.