Archiv der Kategorie: Sensorik

Unterwasserroboter mit Tastsinn

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Mediendienst der Fraunhofer-Gesellschaft vom Mai 2009

Bohrinseln oder Unterwasserkabel warten, Sedimentproben entnehmen – Unterwasserroboter erfüllen in der Tiefsee vielerlei Aufgaben. Forscher wollen den Robotern nun zu einem Tastsinn verhelfen. So können die Geräte sich in der Tiefsee besser orientieren.

Der Roboter taucht ins Wasser, schwimmt zur Tiefseeleitung und führt die notwendigen Reparaturen durch. Gesteuert wird er von einem Mitarbeiter. Keine einfache Aufgabe: Es ist stockdunkel, eine Lampe auf dem Roboter hilft nur bedingt. Zudem treibt die Strömung den Roboter immer wieder ein wenig ab.

Künftig könnte der Roboter seinen Weg selbst finden: Ein Sensor verleiht dem metallischen Gehilfen »Tastsinn« und hilft ihm, seine Umgebung auch in der Tiefsee autonom zu erfassen. »Ein Bauteil dieses Tastsinns ist ein Dehnungsmessstreifen«, sagt Marcus Maiwald, Projektleiter am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen. Gemeinsam mit seinen Fraunhofer-Kollegen und den Mitarbeitern des Deutschen Forschungszentrums für künstliche Intelligenz DKFI, Labor Bremen, hat er das Modell eines feinfühligen Unterwasserroboters entwickelt. »Stößt der Roboter gegen ein Hindernis, verzerrt sich der Dehnungsmessstreifen und der elektrische Widerstand ändert sich. Das Besondere an unserem Messstreifen: Statt ihn aufzukleben, drucken wir ihn auf – so können wir den Sensor auch auf den gewölbten Oberflächen des Roboters anbringen.« Eine einzelne gedruckte Bahn ist nur wenige zehn Mikrometer breit, also etwa halb so dünn wie ein menschliches Haar. Dadurch lassen sich die Messstreifen dicht nebeneinander aufbringen, der Roboter kann genau feststellen, wo er ein Hindernis berührt. Eine Verkapselung schützt den Sensor vor dem Salzwasser.

Um die Messstreifen herzustellen, zerstäuben die Forscher eine Lösung mit Nanopartikeln zu einem Aerosol. Eine Software steuert den Aerosolstrom an die richtige Stelle. Fokussiergas ummantelt den Strahl und sorgt so dafür, dass dieser nicht auffächert. Auf der Messe Sensor und Test vom 26. bis 28. Mai in Nürnberg stellen die Forscher einen Unterwasserroboter in Krakenform vor, der mit einem gedruckten Sensor bestückt ist (Halle 12, Stand 12-688).

Die Anwendungen sind zahlreich: Die feinfühligen Unterwasserroboter können Bohrinseln warten oder Sedimentproben einsammeln. Künftig – so hoffen die Forscher – sollte es auch möglich sein, dass der Sensor zwischen der Strömung und einem Hindernis unterscheidet.

Externer Link: www.fraunhofer.de

Elektro-Smog auf der Platine

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Mediendienst der Fraunhofer-Gesellschaft vom April 2009

Je kleiner Bauteile in elektronischen Schaltungen werden, desto stör-anfälliger sind sie: Sitzen die Bauteile zu dicht, können sie sich beeinflussen. Ein Nahfeldscanner spürt solche schwachen Felder präzise auf. Mit ihm lassen sich auch Bankkarten besser vor Betrügern schützen.

Ihre Winzigkeit ist ihre Stärke – und ihre Schwäche. Egal ob im Handy, Auto oder Computer: Elektronische Komponenten werden immer kleiner und leistungsfähiger. Je kleiner sie sind, desto schneller können sie schalten und desto weniger Energie brauchen sie für jeden Schaltvorgang. Allerdings schrumpfen mit dem Energiebedarf auch die Störabstände. »Die Schaltungen werden mit jeder Generation anfälliger«, weiß Thomas Mager von der Fraunhofer-Einrichtung für Elektronische Nanosysteme ENAS in Paderborn. »Noch vor wenigen Jahren bedurfte es mehrerer Volt, um die zwei- bis dreihundert Millionen Transistoren eines Gigahertz-Prozessors aus dem Takt zu bringen. Heute reichen mitunter schon ein paar hundert Millivolt, um Millionen von Transistoren zu stören.« Für die Designer elektronischer Schaltungen bedeutet dies, dass sie sich zunehmend Gedanken um die elektromagnetische Verträglichkeit machen müssen: Es geht nicht mehr nur darum, größere elektronische Einheiten – etwa Handy und mp3-Player – vor äußeren Einflüssen zu schützen oder das Umfeld vor den elektromag-netischen Emissionen der Geräte, es geht um das Verhalten jedes einzelnen Bauteils auf der Platine.

Im Verbund mit den Projektpartnern Continental und Infineon Technologies ist am Fraunhofer ENAS ein Messsystem entstanden, das selbst schwache elektrische und magnetische Felder auf hundertstel Millimeter genau aufspürt. Wo gibt es Bereiche mit auffällig hoher elektro-magnetischer Strahlung? Wie beeinflussen sich die Bauelemente untereinander? Mit dem Nahfeldscanner lassen sich einzelne Chips und Prozessoren ebenso vermessen wie komplette Laptops, Mobiltelefone oder Steuergeräte für Fahrzeuge. Der Scanner deckt auf, welche Felder das Testobjekt abstrahlt.

»Außerdem arbeiten wir mit unserem französischen Projektpartner cea-leti daran, gezielt elektromagnetische Felder an das Testobjekt anzulegen. So können wir prüfen, welche Bereiche sensitiv auf äußere Felder reagieren«, sagt Mager. Das macht das System auch für die Entwickler von Smartcards interessant: Betrüger entlocken etwa Bankkarten vertrauliche Informationen, indem sie sie mit Laser-, Spannungs- oder Stromimpulsen traktieren. Die so entstehenden Feldmuster können Hinweise über die Chip-Karte geben und beispielsweise die PIN-Nummer verraten. Der Nahfeldscanner macht die abgestrahlten Felder der Karte räumlich und zeitlich sichtbar, zeigt ihre Schwachstellen auf und hilft den Karten-Entwicklern, ihre Produkte besser vor den Betrügern zu schützen.

Externer Link: www.fraunhofer.de

Roboter sucht Blickkontakt zu Messebesuchern

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Pressemitteilung der TU München vom 20.04.2009

Exzellenzcluster CoTeSys präsentiert Neuheiten auf der Hannover Messe

Roboter werden in unserem Alltagsleben in Zukunft immer präsenter. Bis dahin müssen sie aber noch eine Menge lernen. Denn das Zusammenspiel zwischen Mensch und Maschine sollte möglichst natürlich und unkompliziert ablaufen. Kognitive Fähigkeiten spielen dabei eine Schlüsselrolle. Wie man die Technik der Zukunft mit kognitiven Fähigkeiten ausstatten kann, untersucht der Exzellenzcluster CoTeSys. Einige Ergebnisse präsentiert der Cluster von heute an auf der Hannover Messe von 20.-24. April.

In der Halle 22 „Mobile Roboter & Autonome Systeme“ wird alles, was fährt oder anderweitig mobil ist, gezeigt. Dazu gehören auch die CoTeSys-Messeneuheiten:

ELIAS ist ein äußerst vielseitiger Testroboter für die häusliche Umgebung, mit dem die Wissenschaftler des Clusters neue, intuitive Formen der multimodalen Kommunikation zwischen Mensch und Maschine erforschen. Ähnlich der Vorstellung, dass ein guter Butler Wünsche von den Lippen ablesen kann, soll ELIAS, als typischer Vertreter der zukünftigen Generationen von Servicerobotern, die Absichten seines Gegenübers über seine Augen erfassen. Ein wesentlicher Forschungsschwerpunkt dieses Prototyps ist die Findung von validen Modellen zur Klärung, welche Rolle Blickbewegungen und Blickkontakte bei einer möglichst natürlichen Kommunikation mit einem Roboter spielen. Aus diesem Grund wurde ELIAS mit den weltweit kleinsten Roboteraugen bestückt. Diese sind zudem so schnell, dass sie den menschlichen Augenbewegungen zumindest ebenbürtig sind. ELIAS wird in der Halle 22 ferngesteuert herumfahren und seine Aufmerksamkeit Besuchern durch intensive Blickkontakte zuwenden.

Die EyeSeeCam ist eine neuartige Kopfkamera, die vollständig durch die Augen des Benutzer gesteuert wird. Dadurch kann man im wahrsten Sinne des Wortes zum ersten Mal „die Welt mit anderen Augen sehen“. Die EyeSeeCam führt diese Technik einen Schritt weiter. Ein mobiles Eye-Tracking System bewegt die Kamera kontinuierlich in die Blickrichtung des Benutzers. So fängt die Kamera exakt das ein, was das Auge des Benutzers auch sieht, trotz der hoch-dynamischen Bewegungsabläufe. EyeSeeCam gehört damit zu den schnellsten Eye-Trackern, die es momentan weltweit gibt.
Zum ersten Mal präsentiert sich auch das Projekt „Robot Swarm Game Projekt“. Das Studententeam entwickelte als Prototyp eine Modelllandschaft, auf der vier autonome, computergesteuerte Modellautos (Roboter) fahren. Deren Fahrstil kann zwischen sportlich und defensiv vorgegeben werden. Sie simulieren so auf der Straßenkarte den alltäglichen Verkehr. Ein fünftes Fahrzeug wird vom menschlichen Nutzer gesteuert, der auf diese Art und Weise spielerisch die Verkehrsregeln lernen und üben kann.

„Die Hannover Messe als eine der weltgrößten Industriemessen ist eine ideale Plattform, sich zu präsentieren,“ so der Geschäftsführer des Exzellenzclusters, Dr. Uwe Haass. „CoTeSys bietet zahlreiche Ansätze sowohl bei Produkt- als auch bei Prozessinnovationen. Wir erwarten interessante Gespräche mit potentiellen Kooperationspartnern aus der Wirtschaft,“ so Haass. Wohin die Reise bei den Robotern in der Zukunft gehen wird, zeigt der CoTeSys-Geschäftsführer in seinem Vortrag „Cognitive Capabilities for a New Generation of Robots“. Dieser wird im Rahmen des „Forum Mobile Roboter und Autonome Systeme“ am Montag (20.4.) und Donnerstag (23.4.) zu hören sein.

CoTeSys auf einen Blick:

Der durch die Exzellenzinitiative von Bund und Ländern geförderte Cluster „Kognition für
technische Systeme – CoTeSys“ wurde 2006 gegründet. Über 100 Wissenschaftler verschiedenster Disziplinen arbeiten an der Erforschung und Umsetzung kognitiver Fähigkeiten. Beteiligt sind in dem Cluster international führende Forschungseinrichtungen in der Münchner Region: die Technische Universität München, die Ludwig-Maximilians-Universität, die Universität der Bundeswehr, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und das Max-Planck-Institut für Neurobiologie.

Externer Link: www.tu-muenchen.de

Neue Möglichkeiten der Krankheitserkennung

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Pressemitteilung der Universität Freiburg vom 03.04.2009

IMTEK der Universität Freiburg entwickelt neue Endoskopie-Sonde

Das Labor für Mikrooptik des Instituts für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg hat eine neuartige Sonde für die Endoskopie entwickelt. Die Sonde ermöglicht zerstörungsfreie Gewebeuntersuchungen im Inneren des menschlichen Körpers mit einer bislang unerreichten Auflösung von einem Bruchteil des menschlichen Haares. Ein integrierter Mikro-Kippspiegel an der Spitze des Endoskops sorgt für den erforderlichen Rundumblick. Eine variable Mikrolinse erlaubt die Fokussierung auf unterschiedliche Tiefen des Gewebes. Das neue Verfahren ermöglicht dreidimensionale Aufnahmen und könnte künftig die Bandbreite der diagnostischen Methoden entscheidend bereichern.

Die Endoskopie ist ein minimal-invasives, modernes medizinisches Verfahren, das sich im klinischen Bereich etabliert hat, um innere Gewebe des menschlichen Körpers zu untersuchen. Operationen auf Endoskopie-Basis sind nur minimal schädigend für das Gewebe, da hierbei entweder vorhandene Körperkanäle oder minimale Operations-Öffnungen im Körper genutzt werden. Die technische Umsetzung erfordert, dass der Endoskop-Kopf möglichst klein gefertigt wird, ohne dabei die Funktionsweise des Endoskops zu beeinträchtigen. Konventionell hergestellte Endoskope sind hinsichtlich ihrer Verkleinerung begrenzt. Die Mikrosystemtechnik ermöglicht es, in völlig neue Dimensionen vorzustoßen: Die Miniaturisierung von im Endoskop integrierten Mikrosystemen, wie beispielsweise Mikrolinsen oder Mikrokippspiegel, führt zu einer signifikanten Verkleinerung endoskopischer Sonden.

Ein gegenwärtig medizinisch sehr attraktives Verfahren zur zerstörungsfreien Diagnostik am menschlichen Körper ist die optische Kohärenztomographie (OCT). Bei der OCT dringt ungefährliches, infrarotes Licht tief ins Gewebe ein, um ohne schneiden zu müssen unter der Oberfläche eine Analyse durchzuführen. Die Methode kann sehr feine organische Strukturen (circa zehn Mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares) in der Tiefe unterscheiden und ist darin den Ultraschall-Untersuchungen deutlich überlegen.

Das Labor für Mikrooptik am IMTEK koppelt die optische Kohärenztomographie. Das IMTEK für Mikrooptik der Universität Freiburg koppelt die optische Kohärenztomographie mit Endoskopie und ermöglicht dadurch erstmals Gewebeuntersuchungen im Körper mittels harmloser optischer Strahlen. Es entwickelte eine mikroskopische OCT-Sonde, die mit einem Mikrokippspiegel und einer variablen Mikrolinse, deren Brennweite dynamisch verändert werden kann, versehen ist. Durch Lichtfaser-Kopplung ist die OCT-Funktion zum ersten Mal im Körperinneren anwendbar und es können hochaufgelöste dreidimensionale Schichtaufnahmen von menschlichem Gewebe im Inneren des Körpers gemacht werden.

Das neue System ermöglicht klare medizinische Fortschritte, unter anderem bei Untersuchungen von Verengungen in menschlichen Arterien und bei der Früherkennung von Tumoren ohne Gewebe-Entnahme oder Schichtaufnahmen in engen Körperkanälen, wie zum Beispiel der Speiseröhre und weiteren Kanälen des Verdauungstrakts.

Externer Link: www.uni-freiburg.de

Hochempfindliche molekulare Sensoren

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Pressemitteilung der Universität Bonn vom 23.03.2009

Neues Forschungsprojekt zum kontrollierten Fluss von Anregungsenergie in einzelnen Makromolekülen

Solarzellen erzeugen Strom, Laser verwandeln auf CDs gespeicherte Informationen in Musik, Sensoren an der Supermarktkasse scannen die Einkäufe. Bei all diesen Prozessen spielt die kontrollierte Abgabe oder Aufnahme von Anregungsenergie (z.B. in Form von Licht) eine Rolle. Chemiker der Universität Bonn haben sich in Zusammenarbeit mit Physikern der Universität Utah, USA, vorgenommen, das Wissen auf diesem Gebiet zu vertiefen. Ziel ist es, definierte optoelektronische Eigenschaften neuartiger Materialsysteme auf Molekülbasis zu designen. Die VW-Stiftung unterstützt das Forschungsvorhaben mit insgesamt 500.000 Euro.

In der Arbeitsgruppe des Bonner Chemikers Professor Dr. Sigurd Höger existiert das Know-how, Moleküle mit starrer, vorgegebener Struktur im Nanomaßstab aufzubauen. So stammt zum Beispiel ein Molekül in Form eines Speichenrades aus dem Lehrstuhl für „Organische Chemie komplexer Systeme“. In Zukunft wollen die Forscher Moleküle designen, die kontrolliert Anregungsenergie sammeln, weiterleiten und speichern können. Diese Erkenntnisse sind für Anwendungen in Lasern, der Photovoltaik sowie der Sensorik von Bedeutung.

Lichtsammlung in großen zyklischen Molekülen

„Wir wollen neue Wege finden, Licht einzufangen, um es dann als Anregungsenergie kontrolliert nutzbar zu machen“, erklärt Professor Dr. Sigurd Höger das Grundprinzip des Projekts. Dazu möchten die Chemiker Moleküle in Form einer Achse synthetisieren, auf der mehrere Reife sitzen. Die Reife sammeln das einfallende Licht und leiten die Anregungsenergie auf die Achse weiter. Dabei kann sie von Molekülen in der Umgebung abgefangen werden. Dies soll die Grundlage für zukünftige hochempfindliche Sensoren sein.

„Anschaulich ist dieser Effekt mit zwei Ballspielern zu vergleichen“, erklärt Höger. „Der Eine wirft den Ball, der Andere fängt ihn. Bleibt der Ball lange in der Luft, kann er aber leicht von anderen Fängern ‚entführt‘ werden.“ Im Detail werden sowohl die Speicherung als auch die Abfang-Prozesse vom Projektpartner Professor Dr. John Lupton an der University of Utah untersucht.

Externer Link: www.uni-bonn.de