technologiewerte.de – MOOCblick März 2019

Spannende Themen, herausragende Dozenten und flexible Lernmöglichkeiten tragen zum wachsenden Erfolg der Massively Open Online Courses (MOOCs) bei – offene, internetgestützte Kurse mit einer Vielzahl an Teilnehmern rund um den Globus.

Folgender Kurs – zu finden auf der MOOC-Plattform edX – sollte einen Blick wert sein:

Dynamics and Control
Pedro Albertos (Universitat Politècnica de Valencia)
Start: 12.03.2019 / Arbeitsaufwand: 24-30 Stunden

Externer Link: www.edx.org

Neuartiger Rollstuhl: Besserer Antrieb durch Kurbeln

Presseaussendung der TU Wien vom 12.02.2019

An der Technischen Universität Wien wurde mit Hilfe biomechanischer Modelle ein völlig neuartiger Rollstuhl entwickelt. Kurbeln machen den Antrieb effizienter und ergonomischer.

Wer Rollstühle für ganz einfache Geräte hält, an denen es nichts mehr zu verbessern gibt, hat sich geirrt. Das Forschungsteam für Biomechanik und Rehabilitationstechnik der TU Wien hat nun ein völlig neues Antriebssystem entwickelt, bei dem der Rollstuhl nicht durch einen Greifring am Rad bewegt wird, sondern mit Hilfe von Kurbeln. Das ist ergonomischer und entspricht viel besser den natürlichen Bewegungsmustern des Oberkörpers. Der neue Rollstuhltyp wurde nun zum Patent angemeldet, jetzt wird nach Industriepartnern gesucht.

Die Gelenke sind nicht für den Rollstuhl gemacht

„Der Bewegungsablauf beim Rollstuhlfahren ist normalerweise recht unnatürlich“, erklärt Prof. Margit Gföhler (Institut für Konstruktionswissenschaften und Produktentwicklung, TU Wien). „Wenn man den Rollstuhl an einem gewöhnlichen Greifring bewegt, kommt es zu extremen Gelenkstellungen, für die unser Körper einfach nicht gemacht ist.“ Die Folge davon ist, dass viele Menschen Gelenksverletzungen und -schmerzen haben, die durch das Rollstuhlfahren ausgelöst werden.

Um das zu ändern, entwickelte Margit Gföhler und ihr Forschungsteam ein biomechanisches Computermodell, mit dem verschiedene Bewegungsabläufe des Oberkörpers analysiert werden können. „Wir haben überlegt: Was wäre der optimale Bewegungsablauf? Welche Bewegungen kommen der Funktion von Schultern und Armen am ehesten entgegen?“ sagt Gföhler.

Der Bewegungsablauf, der sich in der biomechanischen Simulation als besonders geeignet herausstellte, wurde dann in einen mechanischen Antrieb umgesetzt. Das Ergebnis war ein Rollstuhl, der von zwei Kurbeln angetrieben wird. Während jeder Umdrehung ändert die Kurbel ihre Länge, sodass keine kreisrunde, sondern eine eher eierförmige Bewegung entsteht. Die Kurbeln werden an den Armlehnen des Rollstuhls montiert, sie treiben dann über einen Zahnriemen die Hinterräder an, die dann etwas kleiner gestaltet werden können als normalerweise üblich. Durch die kompakten Abmessungen wird der Rollstuhl weder breiter noch länger, und ist daher auch mit dem neuen Antrieb für die Verwendung im Alltag und auch in Innenräumen geeignet.

Bessere Winkel, weniger Anstrengung

Die neue Rollstuhltechnik wurde in verschiedenen Tests untersucht, auch in Zusammenarbeit mit dem Rehabilitationszentrum „Weißer Hof“ in Klosterneuburg. „Die Rückmeldungen waren sehr positiv, es wird als angenehm empfunden, dass sich die Gelenke nun nur noch im natürlichen Winkelbereich bewegen müssen und eine durchgängige Bewegung ohne Unterbrechungen möglich ist“, berichtet Margit Gföhler. Außerdem wurden spirometrische Untersuchungen durchgeführt: Durch Analyse der Atemluft lässt sich messen, wie anstrengend eine bestimmte Tätigkeit ist. Mit Hilfe der neuen Antriebstechnik lässt sich dieselbe Geschwindigkeit wie bisher mit deutlich weniger Anstrengung erreichen.

„Unser neues Rollstuhlkonzept könnte sicher für viele Menschen eine echte Verbesserung der Lebensqualität sein“, ist Margit Gföhler optimistisch. „Wir hoffen, bald einen Industriepartner zu finden, der unsere Entwicklung in einem kommerziellen Produkt umsetzt. Mit Unterstützung des Forschungs- und Transfersupports der TU Wien wurde der Rollstuhlantrieb bereits zum Patent angemeldet. (Florian Aigner)

Externer Link: www.tuwien.ac.at

Fluktuationen machen den Weg frei

Presseinformation der LMU München vom 15.02.2019

LMU-Chemiker haben einen Mechanismus identifiziert, mit dessen Hilfe sich Moleküle schnell über eine voll besetzte Katalysatoroberfläche bewegen können – besonders unter industriellen Bedingungen ein wichtiger Prozess.

Katalysatoren machen viele technische Verfahren überhaupt erst möglich. Allein in der chemischen Industrie beruhen mehr als 80 Prozent aller Erzeugnisse auf katalytischen Verfahren. Ein Katalysator ist ein Festkörper, an dessen Oberfläche eine Reaktion zwischen Molekülen stattfindet. Er ermöglicht oder beschleunigt diese Reaktion, bleibt selbst aber unverändert. Essenziell ist dabei, dass die Moleküle auf dem Katalysator diffundieren können, damit sie für eine Reaktion aufeinandertreffen. Unter industriellen Bedingungen ist die Katalysatoroberfläche allerdings fast vollständig mit adsorbierten Teilchen bedeckt und dadurch blockiert – wie die Moleküle sich trotzdem bewegen können, war bisher unklar. Chemiker um Professor Joost Wintterlin vom Department Chemie der LMU zeigen nun, dass die Moleküle in der Oberflächenmatrix des Katalysators sich nur kleinräumig bewegen können, bis ihnen lokale Fluktuationen in der Matrix sozusagen die Tür für schnelle Positionswechsel öffnen. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler im renommierten Fachmagazin Science.

Um sich ein Bild von den Prozessen auf der Katalysatoroberfläche zu machen, untersuchten die Wissenschaftler mithilfe der Rastertunnelmikroskopie, wie Sauerstoffatome sich auf einer Rutheniumoberfläche bewegen, die von einer dichtgepackten Schicht aus Kohlenmonoxidmolekülen bedeckt ist. „Dieses System haben wir gewählt, weil die Oxidation von Kohlenmonoxid an Metallen der sogenannten Platingruppe ein gut untersuchtes Modell für die Katalyse ist“, sagt Wintterlin. Allerdings ist die Standard-Rastertunnelmikroskopie für die Oberflächendynamik dieses Systems viel zu langsam. Deshalb entwickelten die Wissenschaftler die Methode weiter und erreichten schließlich Bildraten von bis zu 50 Bildern pro Sekunde – schnell genug, um Videos der Teilchenbewegungen machen zu können.

In dem untersuchten System sind die Sauerstoffatome vollständig von Kohlenmonoxid-Molekülen umgeben und zwischen diesen Molekülen wie in einem Käfig gefangen. Wie die Analyse der Videos zeigte, springt das Sauerstoffatom innerhalb dieses Käfigs „im Dreieck“, da es zwischen drei Positionen wechseln kann. „Überraschenderweise fanden wir aber, dass es den Käfig wieder verlässt und sich fast genauso schnell wie auf einer komplett freien Oberfläche durch die Kohlenmonoxid-Matrix bewegen kann“, sagt Ann-Kathrin Henß, die Erstautorin der Arbeit. Die Münchner Wissenschaftler konnten – in Zusammenarbeit mit Professor Axel Groß von Institut für Theoretische Chemie der Universität Ulm – dieses Phänomen mit Fluktuationen in der Kohlenmonoxid-Matrix erklären, durch die die Moleküle manchmal dichter, manchmal weniger dicht gepackt sind. Wenn eine solche Fluktuation in der Nähe eines Sauerstoffatoms stattfindet, kann dieses seinen Kohlenmonoxid-Käfig verlassen und auf eine neue Position springen. Dieser „Türöffnungs-Mechanismus“ findet so schnell statt, dass die Bewegung der Sauerstoffatome durch die Matrix von den „Käfigen“ nur wenig beeinträchtigt wird. Das ist die Voraussetzung dafür, dass die Moleküle tatsächlich auf einen Bindungspartner für die vom Katalysator geförderte chemische Reaktion stoßen.

Publikation:
Science 2019

Externer Link: www.uni-muenchen.de