Archiv für den Monat Juli 2011

Mobiler Lotse für Bus und Bahn

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Mediendienst der Fraunhofer-Gesellschaft vom Juli 2011

Eine echte Navigation für öffentliche Verkehrsmittel könnte viele Autofahrer zum Umstieg auf S-Bahn, Bus und Tram bewegen. Auch Touristen würden von einem solchen »persönlichen Reiseleiter« profitieren. Forscher entwickeln jetzt eine Applikation fürs Handy, die den Fahrgast durch den öffentlichen Nahverkehr dirigiert.

Autofahrer sind schon seit Langem nicht mehr auf Stadtpläne angewiesen – das Navigationsgerät führt sie ans gewünschte Ziel, wenn sie die Route nicht kennen. Nutzer des öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV) müssen auf diesen Komfort derzeit noch verzichten. Dabei wäre ein persönlicher Begleiter, der wie die etablierten Pkw-Navis den Weg weist und auf Staus und Störungen reagiert, äußerst hilfreich. Pendler und Einheimische könnten bei Verspätungen auf Alternativen ausweichen, Touristen auf kürzestem Weg zum Hotel oder zur Sehenswürdigkeit finden. Und die Nutzer des ÖPNV dürfen hoffen: Einen solchen persönlichen Begleiter, der mehr als nur Fahrplanverbindungen bietet, entwickeln derzeit die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI in Dresden gemeinsam mit acht Partnern aus Industrie und Forschung im Projekt »SMART-WAY«.

Bei dem mobilen Begleiter handelt es sich um eine Navigationsapplikation für Handys und Smartphones, die ab 2012 in europäischen Städten durch das Verkehrslabyrinth von Bahn, Bus und Tram führen soll. »Der Nutzer muss lediglich unsere SMART-WAY-App auf dem Handy starten und die gewünschte Zieladresse eingeben. Daraufhin navigiert SMART-WAY den Fahrgast zur nächsten Haltestelle und informiert ihn, ob und wo er umsteigen muss und mit welchem Verkehrsmittel er ans Ziel gelangt«, erläutert Andreas Küster, Projektkoordinator und Wissenschaftler am IVI. Dabei bietet die Anwendung mehrere optionale Verbindungen an. Die berechneten Routen werden inklusive aller Haltestellen, Umsteigepunkte, Verkehrsmittel, Richtungen, Abfahr- und Ankunftszeiten in einer Kartenansicht eingeblendet. Der Nutzer kann die Fahrt jederzeit unterbrechen, das Verkehrsmittel wechseln oder das Reiseziel ändern. SMART-WAY erkennt stets die aktuelle Position des Fahrgasts, reagiert in Echtzeit und berechnet sofort eine neue Route. Dies gilt auch für Staus, Verfrühungen oder Verspätungen – bei Störungen auf der Strecke schlägt die App alternative Strecken vor. Praktisch: Ein Vibrationssignal kündigt das Ziel ebenso an wie verpasste Stationen.

Doch wie kann die SMART-WAY-App die aktuelle Position des Fahrgasts erkennen und in Echtzeit reagieren? »Unser Navigationssystem unterstützt nicht nur die Satellitennavigation per GPS und zukünftig Galileo, sondern auch die Ortungsmöglichkeiten der Verkehrsbetriebe, die die Fahrzeuglokalisierung gewährleisten. Ergänzt wird die Ortung durch Inertialsensorik: Die Sensoren registrieren, ob ein Fahrzeug beschleunigt oder bremst. So lassen sich Rückschlüsse ziehen, ob es fährt oder an einer Haltestelle steht. Sämtliche Verbindungsinformationen, Fahrplanauskünfte und Störungsmeldungen werden von den Verkehrsbetrieben in Echtzeit geliefert und von der App eingelesen«, erklärt Küster. Ein Prototyp von SMART-WAY ist bereits fertiggestellt. Ab 2012 soll die Anwendung in der finalen Version vorliegen und europaweit angeboten werden können. Im September 2011 starten die ersten Feldtests in Dresden und Turin in Kooperation mit den ortsansässigen Verkehrsbetrieben.

Um die Funktionsweise von SMART-WAY demonstrieren zu können, haben Forscher am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern eine Software entwickelt, die eine virtuelle Stadt und ein virtuelles Verkehrsunternehmen inklusive aller Fahrplandaten simuliert. »Mit der Software können wir einen Livebetrieb nachempfinden. Auch Situationen, wie beispielsweise Störungen, die nur sporadisch auftreten, lassen sich so testen, aber auch die Demonstration der Echtzeitnavigation auf Messen und Konferenzen oder für interessierte Verkehrsbetriebe ist somit möglich«, sagt Dr. Michael Schröder vom ITWM.

SMART-WAY wurde für Android-Smartphones entwickelt, ob es künftig auch Versionen für andere mobile Plattformen geben wird, obliegt den Verkehrsbetrieben, die die Applikation anbieten werden. »Wir hoffen, dass ab 2012 möglichst viele Verkehrsunternehmen die Anwendung ihren Kunden zur Verfügung stellen«, sagt Küster.

Externer Link: www.fraunhofer.de

RNA ohne Enzymhilfe effizient abgelesen

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Pressemitteilung der Universität Stuttgart vom 20.07.2011

Stuttgarter Chemiker dem Ursprung des Lebens auf der Spur

Nach der RNA-Welt-Hypothese geht das Leben auf der Erde von Ribonukleinsäuren (RNA) aus. Sie übertragen in der Zelle genetische Informationen und können biochemische Reaktionen katalysieren. Das fehlende Puzzlestück bisher: Wie konnte die RNA vor Milliarden von Jahren ohne die Mithilfe von damals noch nicht vorhandenen Enzymen eine Kopie ihrer selbst herstellen, um die genetische Information weiterzugeben? Eine Lücke in der RNA-Welt-Theorie von der Entstehung des Lebens hat die Arbeitsgruppe um Prof. Clemens Richert vom Institut für Organische Chemie der Universität Stuttgart nun geschlossen, wie in der renommierten Fachzeitschrift Nature Chemistry kürzlich berichtet wurde (Online-Vorabbericht). Die Wissenschaftler konnten nachweisen, dass die RNA auch ohne Enzyme effizient abgelesen werden kann, wenn sie auf Oberflächen festgehalten wird.

Bei ihren Experimenten versuchten die Chemiker Christopher Deck, Mario Jauker und Clemens Richert die Reaktionen in einer frühen Phase der Evolution nachzuspielen, in der noch keine Zellen existiert haben. Kurze RNA-Stränge, die durch Polymerisationsvorgänge auf Mineraloberflächen hätten entstanden sein können, banden die Stuttgarter Wissenschaftler an magnetische Eisenodix-Partikel. Die festgehaltenen Stränge umspülten sie täglich mit einer frischen Lösung, in der die RNA-Bausteine für die Verlängerung eines kurzen Gegenstranges – quasi die Buchstaben des genetischen Alphabets – schwammen. Die Ausbeute an neu eingelagerten „Buchstaben“ des Gegenstranges war selbst dann noch hoch, wenn ein „Buchstabe“ eingebaut werden musste, der ohne Enzymhilfe nur schwach an die RNA-Matrize bindet.

Bisher hatten Wissenschaftler stets beobachtet, dass die enzymfrei ablaufenden Reaktionen für natürliche RNA irgendwann zum Erliegen kommen. Prof. Richert und sein Team konnten dieses Phänomen ebenfalls registrieren, wenn die RNA-Stränge nicht an eine Oberfläche gebunden waren, sondern mit den RNA-Bausteinen frei in der Lösung schwammen. Der Grund: die einzelnen Bausteine zerfallen langsam und die Zersetzungsprodukte blockieren zunehmend die Ablesereaktion.

Die jetzt veröffentlichten Experimente fanden zwar nur an Sequenzen statt, die keine Gene darstellen, sie stützen aber die Hypothese von der RNA als Urbaustein bei der Entstehung des Lebens. Zukünftig will Richert mit seiner Arbeitsgruppe längere RNA-Sequenzen studieren und noch mehr Einzelschritte in der Entstehung doppelsträngiger RNA in einem einzigen Experiment anstoßen. Beispielsweise könnten Oberflächen aus Tonmineralien sich besser eignen, den als Matrize dienenden RNA-Strang nicht nur entstehen, sondern später auch ablesen zu lassen.

Veröffentlichung:
Christopher Deck, Mario Jauker und Clemens Richert (2011): Efficient enzyme-free copying of all four nucleobases templated by immobilized RNA. Nature Chemistry, DOI: 10.1038/NCHEM.1086.

Externer Link: www.uni-stuttgart.de

Epo schützt Nervensystem von Heuschrecken

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Presseinformation der Universität Göttingen vom 19.07.2011

Göttinger Forscher weisen positive Effekte erstmals bei Insekten nach

(pug) Das Hormon Erythropoietin (Epo) regt nicht nur die Bildung roter Blutkörperchen an und verhilft Sportlern als Dopingmittel zu unerlaubten Höchstleistungen. Es schützt auch Nervenzellen bei einem Schlaganfall und unterstützt die Regeneration geschädigter Nervenzellen – und das nicht nur beim Menschen, sondern auch bei Insekten. Wissenschaftler der Universität Göttingen und des Göttinger Max-Planck-Instituts für Experimentelle Medizin haben die schützenden und regenerierenden Effekte von Epo erstmals im Nervensystem von Heuschrecken nachgewiesen. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Epo-Signalsystem bereits im letzten gemeinsamen Vorfahren von Menschen und Insekten vor etwa 500 bis 600 Millionen Jahren vorhanden war und dort als Abwehrmechanismus gegen verschiedene Gewebeschädigungen fungierte“, erläutert der Leiter der Studie, Prof. Dr. Ralf Heinrich von der Biologischen Fakultät der Universität. Die Forschungsergebnisse sind in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Neuroscience erschienen.

Bislang waren die positiven Effekte des Hormons, das beim erwachsenen Menschen hauptsächlich in der Niere, aber auch in anderen Organen einschließlich des Nervensystems produziert wird, ausschließlich bei Wirbeltieren bekannt. Bei ihren Versuchen mit Zellkulturen von Heuschrecken stellten die Wissenschaftler jedoch fest, dass Epo auch bei diesen Tieren das Überleben und die Wiederherstellung von Zellfortsätzen (Axonen und Dendriten) einzelner Nervenzellen fördert. Darüber hinaus erhöht das Hormon die Toleranz der Nervenzellen gegenüber Sauerstoffmangel. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass Epo die Heilung von durchtrennten Hörnerven unterstützt, was zu einer schnelleren und vollständigeren Wiederherstellung des Hörvermögens führt.

Obwohl Säugetiere und Insekten entwicklungsgeschichtlich weit auseinander stehen, vermuten die Göttinger Neurobiologen, dass die Gewebe schützenden Mechanismen bei beiden Tiergruppen in ähnlicher Weise ablaufen. „Die Schutz- und Regenerationsmechanismen des Epo-Signalsystems sind bei Menschen und anderen Säugetieren noch weitgehend unklar“, so Prof. Heinrich. „Insekten und andere wirbellose Tiergruppen könnten somit in der klinischen Forschung helfen, die Epo-vermittelten Abläufe im menschlichen Körper zu verstehen.“

Originalveröffentlichung:
Daniela Ostrowski, Hannelore Ehrenreich, Ralf Heinrich. Erythropoietin promotes survival and regeneration of insect neurons in vivo and in vitro. Neuroscience 188 (2011). Doi: 10.1016/j.neuroscience.2011.05.018

Externer Link: www.uni-goettingen.de

Nanotechnologie für Wasserfilter

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Pressemeldung der Universität Wien vom 21.07.2011

In der Nanotechnologie sind in den letzten Jahren neue Werkstoffe mit einer Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten entstanden, wie beispielsweise Kohlenstoffnanoröhren. Es handelt sich dabei um zylindrische Werkstoffe aus Kohlenstoff mit einem Durchmesser von wenigen Nanometern – ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters. Diese Nanoröhren besitzen außergewöhnliche elektronische, mechanische und chemische Eigenschaften und können u.a. zur Reinigung von kontaminiertem Wasser verwendet werden. WissenschafterInnen der Universität Wien publizierten dazu in der renommierten Fachzeitschrift “Environmental Science & Technology”.

Neben vielen anderen Anwendungsmöglichkeiten können Nanoröhren zur Reinigung von kontaminiertem Wasser eingesetzt werden. Viele wasserverunreinigende Stoffe haben eine hohe Affinität für Kohlenstoffnanoröhren. Deshalb können Schadstoffe aus kontaminiertem Wasser entfernt werden, indem sie durch dieses Material gefiltert werden, wie z.B. wasserlösliche Medikamente, die mit Aktivkohle kaum von Wasser getrennt werden können. Da Nanoröhren eine sehr große Oberfläche (ca. 500 m2 pro Gramm) aufweisen und dadurch hohe Mengen an Schadstoffen fixieren, kommt es zu keiner schnellen Filtersättigung. “Wartungsarbeiten und Abfälle im Zusammenhang mit der Reinigung von kontaminierten Gewässern könnten so minimiert werden”, zeigt sich Thilo Hofmann, Vizedekan der Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie der Universität Wien, optimistisch.

Kohlenstoffnanoröhren auf Umweltverträglichkeit prüfen

In den vergangenen zehn Jahren wurde bereits viel zum Thema Kohlenstoffnanoröhren geforscht; die Untersuchungen gestalten sich jedoch aufgrund der besonderen Eigenschaften der Nanoröhren als schwierig und Standardmethoden liefern nur begrenzt Ergebnisse. So ist das Verhalten von Kohlenstoffnanoröhren in der Umwelt noch weitgehend unerforscht. “Innovative Technologien sind jedoch immer mit Vor- und Nachteilen für Mensch und Umwelt behaftet. Daher sind – bevor diese Filter zum Einsatz kommen – ein gutes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Schadstoffen und Kohlenstoffnanoröhren sowie das Wissen um ihr Verhalten unter natürlichen Bedingungen essentiell”, erklärt Mélanie Kah, die zusammen mit Xiaoran Zhang das Forschungsprojekt bearbeitet.

Ein Team des Departments für Umweltgeowissenschaften der Universität Wien erforscht derzeit die Umweltverträglichkeit von Nanoröhren mit einer neu entwickelten Methode, mit der auch sehr niedrige Schadstoffkonzentrationen, wie sie in der Umwelt vorkommen, analysiert werden können. Mit den bisherigen, klassischen Verfahren konnte das Verhalten der Schadstoffe nur bei höheren Konzentrationen untersucht werden.

Die für die Publikation im Fachmagazin “Environmental Science & Technology” notwendigen Experimente dauerten über ein Jahr. Die WissenschafterInnen entwickelten zunächst eine passive Probenahme-Methode, die es erlaubt, die Affinität von krebserregenden Schadstoffen – nämlich von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAKs) – für Kohlenstoffnanoröhren zu bestimmen. “Das Verfahren entwickelten wir unter Verwendung von analytischer Chemie und Elektronenmikroskopie gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Utrecht in den Niederlanden”, erklärt Thilo Hofmann. Auf Basis dieser Methode untersuchten die NanowissenschafterInnen die Absorptions- und Adsorptionseigenschaften von mehreren Schadstoffen (PAKs) für die Kohlenstoffnanoröhrchen.

Schadstoffe kämpfen um Plätze auf den Nanoröhren

Ein weiterer Aspekt der untersucht wurde, ist das Phänomen der Konkurrenz unter Schadstoffen. In der Umwelt – insbesondere in kontaminierten Gewässern – liegt eine Vielzahl von unterschiedlichen Chemikalien vor. Bei einem Schadstoffgemisch konkurrieren die einzelnen Komponenten um die Adsorptionsplätze an den Kohlenstoffnanoröhren. Für die Verwendung der Nanoröhren als Filtermaterialien ist dieser “Konkurrenzkampf” jedoch von Nachteil, da die Wirksamkeit des Filters nach der Menge und der Art der Verunreinigung variieren würde. Durch das Erforschen der Konkurrenzverhältnisse unter Schadstoffen um Adsorptionsplätze könnten dann auch Fragen bezüglich des Sorptionsmechanismus beantwortet werden.

Unter Verwendung der klassischen Methoden mit relativ hohen Schadstoffkonzentrationen konnte nachgewiesen werden, dass die Konkurrenz unter drei PAKs um die Adsorptionsplätze sehr stark ist. Im Gegensatz dazu zeigten die neuen Experimente mit dem passiven Probenahme-Verfahren bei Schadstoffkonzentrationen von 13 PAKs, die in der Umwelt wahrscheinlich sind, dass keine Konkurrenz auftritt. Dieses Beispiel unterstreicht die Bedeutung der Entwicklung und Verwendung von experimentellen Methoden, die Ergebnisse für umweltrelevante Fragestellungen liefern können. Allerdings sind noch einige offene Fragen zu beantworten, bevor Kohlenstoffnanoröhren zur Wasserreinigung eingesetzt werden können. “Wir arbeiten an diesem Thema und werden bald weitere Ergebnisse auf internationalen Konferenzen vorstellen können”, so Umweltgeowissenschafter Hofmann.

Publikation:
Measuring and Modeling Adsorption of PAHs to Carbon Nanotubes Over a Six Order of Magnitude Wide Concentration Range: Melanie Kah, Xiaoran Zhang, Michiel T.O. Jonker, and Thilo Hofmann. In: Environmental Science & Technology, 2011, 45 (14), pp 6011–6017. DOI: 10.1021/es2007726

Externer Link: www.univie.ac.at

Den Stromertrag aus Photovoltaikanlagen kann man jetzt rund um die Uhr für jedes Dorf vorhersagen

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Pressemitteilung der Universität des Saarlandes vom 19.07.2011

Wenn die Sonne scheint, fließt viel Strom aus Solaranlagen ins Netz. Schiebt sich eine Wolkenfront dazwischen, sieht es für den Stromertrag schnell düster aus. Für Stadtwerke lässt sich daher die Sonnenenergie nur schwer einplanen. Einfacher wird das jetzt mit einer Software, die Informatiker der Universität des Saarlandes gemeinsam mit der Firma Luxea GmbH und den Stadtwerken in Sulzbach entwickelt haben. Dabei werden die Vorhersagedaten des Deutschen Wetterdienstes über Wolkenzug und Lichtintensität kleinräumig mit den vorhandenen Photovoltaikanlagen abgeglichen. Für jedes Netzgebiet kann man damit vorhersagen, welcher Stromertrag aus Solarenergie in den kommenden Stunden zu erwarten ist.

Für Energieunternehmen und Hausbesitzer wird es mit der neuen Software einfacher, den stark schwankenden Ertrag aus der Solarproduktion besser zu nutzen. „Mit unseren Prognosen könnte man zum Beispiel die Waschmaschine oder den Geschirrspüler so steuern, dass sie erst dann laufen, wenn viel Solarstrom ins Netz eingespeist wird“, erläutert Holger Hermanns, Professor für Verlässliche Systeme der Saar-Uni. Auch beim Laden von Elektro-Autos oder dem Betrieb von Wärmepumpen käme es oft nicht so genau auf eine Stunde an. „Da die Stromspeicherung teuer und aufwändig ist, sollte man die Sonnenenergie möglichst nutzen, wenn sie anfällt“, erläutert der Informatiker. Die Energieversorger könnten außerdem durch die kurzfristige Vorhersage der Solarproduktion ihren Energiemix besser planen. Damit werde der Bedarf an teurer Regelenergie vermindert. „Wenn man abschätzen kann, wie viel Sonnenlicht an einem Tag die Photovoltaikanlagen in der Region erreicht, muss man zum Beispiel Gasturbinen erst gar nicht anschalten oder kann auf den Zukauf von Atomstrom verzichten“, erklärt Holger Hermanns. Auch könne man kritische Überversorgungen und Engpässe deutlich besser vorhersagen.

Für das Forschungsprojekt haben die Stadtwerke im saarländischen Sulzbach die Daten über die Photovoltaikanlagen in ihrem Bezirk zur Verfügung gestellt. Diese haben die Informatiker mit den präzisen Radarbildern des Deutschen Wetterdienstes abgeglichen und ein Rechenverfahren entwickelt, mit dem sich der zu erwartenden Solarertrag recht präzise bestimmen lässt. Die Firma Luxea in Saarbrücken hat daraus eine Software erarbeitet, die jetzt an interessierte Stadtwerke und Hausbesitzer vertrieben wird. Das IT-Unternehmen konnte dabei seine Erfahrungen aus dem Computerprogramm SOLinvest einbringen, mit dem Planer und Hausbesitzer berechnen können, welcher Solarertrag auf ihren Dächer zu erwarten ist.

Externer Link: www.uni-saarland.de