Archiv des Autors: PaulWutz

LECs – Langlebige Leuchtmittel

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Medienmitteilung der Universität Basel vom 09.03.2015

Forscher der Universitäten Basel und Valencia machen wichtige Fortschritte in der Entwicklung der nächsten Generation von Leuchtmitteln. Die Resultate hat die Fachzeitschrift «Chemical Science» veröffentlicht.

Die Beleuchtungstechnologie befindet sich im Wandel. Die klassische Glühbirne, die Strom vielmehr in Wärme als in Licht umwandelt, wird zunehmend von fluoreszierenden Geräten abgelöst. Lichtemittierende Dioden (LEDs) sind im Begriff, die veraltete Technologie mittelfristig ganz zu ersetzen.

Die Forschungsgruppe unter der Leitung der Basler Chemieprofessoren Catherine E. Housecroft und Edwin C. Constable beschreibt in ihrer jüngsten Studie neuartige molekulare Bausteine und Strategien, um lichtemittierende elektrochemische Zellen (LECs) mit eindrücklicher Lebensdauer aufzubereiten.

Einfachere und robustere LECs

LEDs sind komplexe, vielschichtige Objekte, die unter Hochvakuum und hohen Temperaturen hergestellt und rigoros vor Luft und Wasser geschützt werden müssen. LECs hingegen sind einfacher aufgebaut: Sie bestehen aus nur einer Schicht aktiven Materials und können bei Raumtemperatur und ohne Vakuum hergestellt werden.

Bisher hatten LECs eine relativ kurze Lebensdauer, was einer kommerziellen Nutzung im Weg stand. Die Teams aus Basel und Valencia konnten nun zeigen, dass dank einem neuen Verfahren Geräte mit einer Laufzeit von weit über 2500 Stunden möglich sind. Dabei stabilisieren sogenannte aromatische Molekülringe die molekularen Bausteine.

Die Forscher bestückten Metallkomplexe mit Ringen, die sich von selbst wie eine Hülle um ein Metall-Molekül legen. «Man kann sich das wie eine sich schliessende Blüte vorstellen – die flachen, blattartigen Ringe falten sich um das Molekül und machen es dadurch zu einer kompakten und robusten Struktur», erklärt Constable. Ausserdem ermöglicht es die präzise chemische Struktur der Hülle, die Farbe des Lichts anzupassen – womit das Ziel, LECs herzustellen, die Weisslicht emittieren, einen Schritt näher gerückt ist.

Originalartikel:
Andreas M. Bünzli, Edwin C. Constable, Catherine E. Housecroft, Alessandro Prescimone, Jennifer A. Zampese, Giulia Longo, Lidón Gil-Escrig, Antonio Pertegás, Enrique Ortí and Henk J. Bolink
Exceptionally long-lived light-emitting electrochemical cells: multiple intra-cation π-stacking interactions in [Ir(C^N)2(N^N)][PF6] emitters
Chem. Sci., 2015, 1-10 | doi: 10.1039/c4sc03942d

Externer Link: www.unibas.ch

Nervengewebe bei Darmoperationen schonen

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Presseinformation (Forschung Kompakt) der Fraunhofer-Gesellschaft vom 02.03.2015

Mehr als die Hälfte der Patienten leidet nach einer Darm-OP an den Folgen von irreparablen Nervenverletzungen. Wissenschaftler haben ein Assistenzsystem entwickelt, das die Operateure während des Eingriffs im kleinen Becken vor Verletzungsrisiken warnt. Derzeit arbeiten die Experten an einer Lösung für die minimalinvasive Chirurgie.

Darmoperationen zählen nach Angaben des Statistischen Bundesamts zu den häufigsten chirurgischen Eingriffen in Deutschland. Dabei kommt es oft zu Komplikationen: Über die Hälfte der Patienten hat nach einem Eingriff im kleinen Becken mit Inkontinenz oder sexuellen Funktionsstörungen zu kämpfen, weil Nervengewebe verletzt wurde. Die Nerven, welche Blasen-, Darmausgangs- und Geschlechtsfunktionen steuern, liegen wie ein hauchdünnes Netz um den Darm herum. »Dieses Nervengeflecht lässt sich von seiner Farbe und Struktur äußerst schwer von anderem Gewebe und kleineren Blutgefäßen unterscheiden. Aus diesem Grund kommt es oft zu Verletzungen«, erklärt Prof. Klaus-Peter Hoffmann vom Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT in St. Ingbert. Das Tückische: Oftmals kann es der Chirurg während der OP nicht bemerken. Die Probleme machen sich meist erst einige Wochen nach dem Eingriff bemerkbar.

Chirurgen werden gewarnt, bevor sie Nerven während der OP verletzen

Wissenschaftler des IBMT entwickelten im, von ihnen koordinierten, Projekt IKONA (kurz für: Kontinuierliches intraoperatives Nervenmonitoring als mikrotechnologisches Navigationsinstrument) mit mehreren Partnern ein Assistenzsystem zum interoperativen Neuromonitoring: Hauchdünne, flexible Elektroden werden direkt an Nervenfasern angelegt und diese mit elektrischen Impulsen stimuliert. Die Software des Partners inomed wertet aus, ob das autonome Nervengeflecht durch den chirurgischen Eingriff beeinflusst wird. Kommt der Chirurg einem Nerv zu nahe, bzw. drückt oder dehnt er ihn, beeinflusst dies die Funktionalität des Nervs. Droht Verletzungsgefahr, wird der Arzt optisch und akustisch gewarnt. Das System befindet sich bereits in der klinischen Testphase.

Derzeit arbeiten Hoffmann und sein Team im Nachfolgeprojekt autoPIN (kurz für: Assistenzsystem zur Stimulation autonomer pelviner Nerven zum Intraoperativen Neuromonitoring in der Laparoskopie) mit ihren Partnern daran, ein solches operationsbegleitendes Neuromonitoring auch für minimalinvasive Eingriffe zu ermöglichen. Anders als bei konventionellen Operationen müssen die Elektroden dabei außen am Körper platziert werden. Der Haken an der Sache: Zwischen Elektroden und dem Nervengeflecht befindet sich das Kreuzbein – dieses behindert das elektrische Feld. »Die Herausforderung besteht darin, die Elektroden so zu setzen, dass sie trotzdem das Nervengeflecht stimulieren können«, erläutert Hoffmann. Dazu platzieren die Wissenschaftler der Mainzer Universitätsklinik für Allgemein-, Viszeral- und Transplantationschirurgie am Körper ein Elektroden-Array, das ein rasterförmiges Feld erzeugt. »Wir sprechen dann die einzelnen Elektroden an. Dadurch identifizieren wir diejenigen, mit denen die Geometrie des elektrischen Feldes so optimiert werden kann, dass eine Neuromodulation – eine spezielle Form der Nervenstimulation – möglich wird«, schildert Hoffmann die Forschungsarbeiten der IBMT-Wissenschaftler. inomed hat einen intelligenten Algorithmus entwickelt, der die Rohsignale aus der Neuromodulation auswertet und so aufbereitet, dass der Arzt auf einen Blick erkennt, ob Verletzungsgefahr besteht. »Unser Ziel ist es, ein qualitätsgesichertes nervenerhaltendes Operieren an den Beckenorganen zu etablieren. Im Zentrum steht dabei die Erhaltung der postoperativen Lebensqualität«, sagt der zuständige Oberarzt im Team, Prof. Dr. Werner Kneist.

Da chirurgische Eingriffe im kleinen Becken oft mehrere Stunden dauern können, kommen bei dem Assistenzsystem die am IBMT während IKONA entwickelten, trockenen Elektroden auf Silikonbasis zum Einsatz, bei denen Nanopartikel im Silikon für die nötige Leitfähigkeit sorgen. Im Vergleich zu konventionellen Elektroden ermöglichen diese Silikonelektroden über einen längeren Zeitraum eine stabile und zuverlässige Schnittstelle. Das neue Assistenzsystem für minimalinvasive Eingriffe wird derzeit in der präklinischen Phase getestet.

Externer Link: www.fraunhofer.de

Prüfstand für Lkw: Klimasysteme effizient betreiben

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Presseinformation des KIT (Karlsruher Institut für Technologie) vom 20.02.2015

KIT-Wissenschaftler erarbeiten neue Betriebsstrategien, um Fahrzeuge effizient zu klimatisieren. Für ihre Tests entwickelten sie einen neuartigen Prüfstand, der sich zeit- und kostengünstig betreiben lässt.

Bis zu zehn Stunden verbringen Lkw-Fahrer täglich hinterm Steuer. Ein angenehmes Raumklima in der Fahrerkabine ist entscheidend für ihre Leistungsfähigkeit und die Fahrsicherheit. Doch können Klimaanlagen je nach Fahrzeugtyp, Art der Klimaanlage und Betriebsbedingung bis zu 10% Mehrverbrauch verursachen. Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) entwickeln daher effizientere Betriebsstrategien. Um diese mit vergleichsweise geringem Zeit- und Kostenaufwand unter realistischen Bedingungen testen zu können, haben sie einen neuartigen Prüfstand für Klimaanlagen entwickelt.

„Die meisten Autofahrer kennen das Gefühl: Ist die Klimaanlage an, läuft der Motor schwerer, der Wagen fährt weniger sportlich“, sagt Michael Frey vom Institut für Fahrzeugsystemtechnik (FAST) des KIT. Mit einer intelligenten Steuerung ließe sich beispielsweise die beim Ausrollen frei werdende Energie direkt nutzen, um die Klimaanlage mit höherer Leistung zu betreiben. Beim Anfahren hingegen wäre es effizienter, sie zu drosseln und dem Motor die volle Energie bereitzustellen. Um das komplexe Zusammenspiel von Fahrzeug, Klimasystem und Umweltfaktoren optimieren zu können, haben die Forscher zunächst einen neuen Prüfstand entwickelt. Damit können sie auch mehrwöchige Testreihen ohne hohen Kostenaufwand durchführen.

Wie viel Energie eine Klimaanlage tatsächlich verbraucht, lässt sich nicht isoliert ermitteln: „Ihre Effizienz hängt unter anderem vom Fahrbetrieb des Fahrzeugs und den klimatischen Umgebungsbedingungen wie Sonneneinstrahlung, Lufttemperatur und Luftfeuchte ab“, sagt Frey. In feucht-heißen tropischen Zonen müsse eine Klimaanlage viel mehr leisten als etwa im gemäßigten Skandinavien. Wesentlich sei aber auch die Größe der Fahrerkabine sowie das Einsatzprofil von Nutzfahrzeugen: Beispielsweise müssen Paketzusteller ihre Türen häufig öffnen, bei Ferntransporten läuft der Motor über längere Zeit nahezu ununterbrochen. Der neue Prüfstand für Klimaanlagen stellt die Bedingungen auf der Straße so realistisch wie möglich nach, aber mit so wenig technischem und energetischem Aufwand als nötig. „Auf die Temperatur in der Fahrerkabine wirkt sich hauptsächlich der klimatische Zustand der in die Kabine eingetragenen Luft aus, die Erwärmung des Daches und die durch die verglasten Flächen einfallende Sonnenstrahlung“, erklärt Michael Fritz, der den neuen Prüfstand in seiner Doktorarbeit am FAST entwickelte. Es reiche daher aus, nur um die Fahrerkabine – und nicht um den gesamten Lkw – Strahler zu platzieren, die das Lichtspektrum des Sonnenlichts simulieren.

Als Basis des Prüfstands für Klimaanlagen dient ein Allrad-Rollenprüfstand: Das Fahrzeug steht dabei auf vier individuell angetriebenen Rollen, die computergesteuert die auf das Fahrzeug wirkenden Kräfte bei verschiedenen Fahrsituationen wirklichkeitsgetreu nachbilden. „Nun schalten wir mehrere Luftführungskanäle zu: Sie blasen alle relevanten Fahrzeugteile mit dem gewünschten klimatisch konditionierten Fahrtwind an“, sagt Fritz. „Temperatur, Feuchte und das Volumen des Luftstroms können wir beliebig anpassen.“ Das Sonnenlicht, das durch die Kabinenscheiben eines Lkw fällt, ersetzen sechs Sonnensimulationsstrahler. Um das Kabinendach zu erwärmen, verwenden die Forscher kostengünstigeres Infrarotlicht.

Mit einem solchen Prüfstand lassen sich Klimaanlagen zeit- und kostengünstiger testen als auf der Straße oder in einem Klimawindkanal. „So können wir die Fahrerkabine anders als auf der Straße, sämtlichen wetterabhängigen und geografischen Bedingungen aussetzen“, erklärt Fritz. Das leisteten auch Klimawindkanäle. Diese seien jedoch auf Tests am gesamten Fahrzeug ausgelegt und benötigten daher bis zu zehnmal so viele Sonnensimulatoren und weitaus größere Gebläse. Entsprechend hoch seien die Energie- und Personalkosten. Mit der Konzentration auf die Fahrerkabine ließen diese sich am Prüfstand des FAST reduzieren.

Die Entwicklung des Prüfstands fand im Promotionskolleg Projekthaus „e-drive“ statt, das KIT, Daimler AG und Behr GmbH & Co. KG gemeinsam eingerichtet haben. (lcp)

Externer Link: www.kit.edu

Intelligente Jonglierbälle: Forschungsprojekt der FH OÖ kommt mit Crowdfunding auf den Markt

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Pressemeldung der FH Oberösterreich vom 09.02.2015

Die Forschungsgruppe Embedded Systems am Campus Hagenberg der FH Oberösterreich hat Hightech-Jonglierbälle entwickelt, die jetzt via Crowdfunding finanziert und vermarktet werden. Die „Juggglow“ getauften Bälle, die für Profis wie Anfänger geeignet sind, können nicht nur Jongliermuster erkennen. Über die dazugehörige kostenlose Smartphone-App ist es z.B. auch möglich, coole Lichteffekte einzustellen und Erfolge mit Freunden zu teilen. Entdecken und unterstützen können Interessierte das kreative Projekt auf Indiegogo.

Profi-Jongleuren und allen, die es werden wollen, steht dank Forschern des FH OÖ-Studiengangs Hardware-Software-Design in Hagenberg schon bald eine neue Art von Hightech-Jonglierbällen zur Verfügung.

„Wir haben Juggglow komplett an der FH entworfen. Das erste Funktionsmuster wurde im Rahmen eines Studentenprojekts im Master Embedded Systems Design für die Jonglierweltmeister Jonglissimo entwickelt. Dieser Ball wurde dann in unserer Forschungsgruppe völlig neu entwickelt und perfektioniert, damit er mit dem Smartphone kommunizieren kann, leichter wird und billiger zu produzieren ist. Jetzt bringen wir unsere Jonglierbälle über die Crowdfunding-Plattform Indiegogo auch tatsächlich auf den Markt”, erklärt Projektleiter Josef Langer, Professor am FH OÖ-Department für Embedded Systems Design.

Von Forschern und Studierenden entwickelt

Neben Dr. Langer sind seine Kollegen DI (FH) Christian Saminger und Dr. Michael Roland sowie die Studierenden Bernhard Berger, Martin Haiden und Andreas Lehner aus dem Master Embedded Systems Design und Michael Kiesenhofer aus dem Bachelor Hardware-Software-Design die kreativen Köpfe hinter Juggglow. Sie alle sind stolz darauf, dass ihr Projekt nun die Chance hat, via Crowdfunding den Markteintritt zu schaffen.

„Wir wollen zunächst die 10.000 Euro-Hürde auf Indiegogo erzielen, die zugehörige Kampagne läuft noch bis 7. März“, erklärt Langer. Im Rahmen der ersten Fundraising-Etappe können Interessierte auch bereits Jonglierbälle bestellen, die zwischen 56 und 89 Euro pro Stück kosten, je nachdem wie viele Bälle auf einmal gekauft werden.

Hightech-Ausstattung und Gratis-App

Die Juggglow-Jonglierbälle sind mit moderner Funktechnologie, RGB-LEDs und Beschleunigungssensoren ausgestatten. So lassen sich nicht nur Lichteffekte von simplen Farbabfolgen bis hin zu komplexen, verschiedenfarbigen Licht-Choreografien für die Bälle einstellen. Auch die Anzahl der erfolgreichen Würfe, die Wurfhöhe und Bestleistungen sind damit stets in der zugehörigen Juggglow-App abrufbar, die für Android und iOS zur Verfügung stehen wird. Dies unterstützt die eigene Leistungssteigerung und erlaubt, sich mit anderen zu messen.

Als Lernplattform auch im Studium eingesetzt

An der FH in Hagenberg werden auch künftige Studierende von Hardware-Software-Design und Embedded Systems Design mit diesen Jonglierbällen in Kontakt kommen. „Das Projekt hat hervorragend zu unserer Forschungsarbeit im Bereich Bluetooth Low Energy, Vernetzung und Echtzeitsysteme gepasst, deren Ergebnisse wir immer auch in die Lehre einfließen lassen. Unsere Erfahrungen und Erkenntnisse in Sachen Fangdetektion, Zustandserkennung bei den Bällen, Miniaturisierung des Systems und Energiemanagement sind auch für unsere Studierenden von großem Interesse”, sagt Langer.

Externer Link: www.fh-ooe.at