Die faszinierendsten Bilder der Technik

Eine neue Art von 3D-gedruckter Gitterstruktur hat Forschende in Australien mit ihrer Stärke und ihrem geringen Gewicht überrascht. Dafür haben sie zwei unterschiedliche Strukturen miteinander verwoben: eine hohle röhrenförmige Gitterstruktur, in der ein dünnes Band verläuft. Mithilfe des 3D-Druckverfahrens Laser Powder Bed Fusion war es möglich, die neu entwickelte Struktur auch tatsächlich zu fertigen. Ein als Testobjekt aus Titan gedruckter Würfel zeigt eine Stabilität, die um 50 % höher liegt als bei einem Guß mit der Magnesiumlegierung WE54, die stärkste Legierung mit ähnlicher Dichte, die in der Luft- und Raumfahrt verwendet wird. (Bild: RMIT)

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Am 1. April ist - kein Scherz - der internationale Tag des Taschenrechners. Mittlerweile ist der Taschenrechner ja als App in die Smartphones gewandert, aber dennoch bleibt es eine Erfindung, die von großer Bedeutung gewesen ist. Aber wer hat den Taschenrechner eigentlich erfunden? Die Leistung, die erste allgemeine mechanische Rechenmaschine erfunden zu haben, wird dem Tübinger Universalgelehrten Wilhelm Schickard zugeschrieben. In einem Brief an seinen Freund, den berühmten Astronomen Johannes Kepler, schreibt er am 20. September 1623: „Ferner habe ich dasselbe, was Du rechnerisch gemacht hast, kürzlich auf mechanischem Wege versucht und eine aus elf vollständigen und sechs verstümmelten Rädchen bestehende Maschine konstruiert.“ (Bild: MUT / V. Marquardt)

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Die Idee, Strom und Wärme gleichzeitig aus Sonnenstrahlung zu gewinnen, gibt es seit den 1970er-Jahren, hat sich wegen hoher Kosten und technologischer Probleme aber nicht durchgesetzt. Das könnte sich nun ändern. Ein Team der TU Graz hat einen Parabolrinnenkollektor und kostengünstige Photovoltaikzellen entwickelt, mit denen sich Solarstrom und thermische Energie zugleich gewinnen lässt. Das Solarmodul besteht aus einem rinnenförmigen Hohlspiegel, der die Sonnenstrahlen auf die in der Brennlinie angeordneten Photovoltaikzellen bündelt und auf diese Weise auf das 60-Fache verstärkt. Die Abwärme der Solarzellen wird an eine Kühlflüssigkeit abgegeben, die in einem Röhrensystem an der Rückseite der Zellen entlangfließt. Die so gewonnene thermische Energie kann zum klimaneutralen Heizen und Kühlen von Gebäuden oder für industrielle Zwecke genutzt werden. (Bild: EMS - TU Graz)

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Die Icon of the Seas ist mit 365 Metern Länge das größte Kreuzfahrtschiff der Welt - und gespickt mit technischen Wunderwerken. Eines davon ist der AquaDome, eine 363 Tonnen schwere Kuppel aus Stahl und Glas, unter der sich auf dem Schiff eine Showbühne mit 17 Meter hohem Wasserfall sowie Restaurants und Bars mit Panorama-Blick. Um die Kuppel, die außerhalb des Schiffes gebaut wurde, auf die Icon zu bekommen, musste sie an eine selbst mehr als 150 Tonnen schwere Gitterkonstruktion gehängt werden, die wiederum mit einem riesigen Kran verbunden war. Das Bild zeigt den Aquadome bei seiner Reise vom Heck des Kreuzfahrtschiffes zu seinem Bestimmungsort am Bug. (Bild: Youtube / Royal Carribean)

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Der anfangs von vielen technischen Problemen geplagte europäische Militärtransporter A400M ist nun seit 2013 im regulären Flugbetrieb und hat sich in vielen Rollen bewährt - nun soll eine weitere Nutzung dazukommen: die als Löschflugzeug. Hersteller Airbus hat dazu ein Roll-on/Roll-off-Modul entwickelt, das bei Bedarf einfach in den Frachtraum der A400M gerollt werden kann. Der enthaltene Tank für Wasser oder andere Löschflüssigkeiten fasst 20.000 Liter und kann mit Hochdruckpumpen innerhalb von 10 Minuten wieder befüllt werden. Anders als reguläre Löschflugzeuge, die entweder auf ein ruhendes Gewässer oder lange Runways angewiesen sind, kann die A400M auch relativ kurze, unbefestigte Pisten für Start und Landung nutzen. (Bild: Airbus)

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Die Frage liegt nahe: Warum liegt der Mann mit seinem Rennrodel auf einem Tisch? Nun der Mann heißt Rupert Staudinger. Der gebürtige Bayer ist zweifacher Olympia-Teilnehmer im Rennrodeln, Trainer beim Bob- und Schlittenverband Deutschland und Forscher bei Salzburg Research. Der Rennrodel wiederum gleicht momentan eher einem High-Tech-Analysegerät als einem Sportgerät. Sechs hauchdünne Drucksensoren sind am Schlitten befestigt: zwei im Bereich der Schultern, zwei an den Haltegriffen und zwei an den Aufbugen der Kufen, den sogenannten „Hörnchen“. Mithilfe dieses Prototyps arbeitet Staudinger an der Digitalisierung seiner Sportart: „Lenken ist eine Ganzkörperbewegung mit feinen und gut getimten Bewegungen, die meist mit dem bloßen Auge nicht erkennbar sind.“ Mit seiner Forschungsarbeit will er diese Bewegungen messbar und in der Folge auch sichtbar machen. (Bild: Salzburg Research)

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Mit einer Lightstage aus Tausenden von LEDs wollen Saarbrücker Forschende fotorealistische Telepräsenzlösungen ermöglichen. Dabei handelt es sich um eine Vorrichtung, mit der verschiedene Lichtverhältnisse und Lichtszenen kontrolliert erzeugt und aufgezeichnet werden können. Die Saarbrücker Lightstage hat einen Durchmesser von 3,5 Metern, besteht aus rund 13.000 einzeln ansteuerbaren LEDs und verfügt über 40 hochauflösende 6K-Kameras in Kinoqualität. Die Max-Planck-Forscher werden diese Technik nutzen, um grundlegende Fragen der Rekonstruktion und Simulation von fotorealistischen digitalen Charakteren und Umgebungen zu untersuchen. (Bild: Oliver Dietze)

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Bisher war die Herstellung von blauen organischen Leuchtdioden eine Herausforderung. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, verwenden moderne organische Leuchtdioden ein mehrschichtiges Materialsystem. Mit dieser Sandwichstruktur, die manchmal bis zu sieben Schichten umfasst, lassen sich Wirkungsgrade des nach außen abgestrahlten Lichts zwischen 20 und 30 % erzielen. Forschende um Gert-Jan Wetzelaer vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung, haben nun eine wesentlich einfachere OLED-Struktur entwickelt. Sie konnten zeigen, dass eine einzige aktive Schicht zwischen zwei Kontakten ausreicht, um eine effiziente organische Leuchtdiode (Foto) zu erhalten. Ein wesentlicher Faktor des in dieser einzigen Schicht verwendeten Materials ist die Vermeidung von schädlichen Einflüssen durch Defekte wie Wasser und Sauerstoff. Mit ihrem neuen Einschicht-OLED-Konzept konnten sie eine interne Quanteneffizienz von 100 % erreichen - das bedeutet, dass die gesamte zugeführte elektrische Energie in Licht umgewandelt wird. Aufgrund optischer Verluste an Grenzflächen, die bei jeder OLED vorhanden sind, werden etwa 27 % des Lichts nach außen abgegeben - ein Wert, der mit den bestehenden komplexen kommerziellen OLEDs konkurrenzfähig ist. (Bild: MPI für Polymerforschung)

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Der winzige Raketenmotor der europäischen Raumfahrtbehörde ESA ist für sogenannte Cubesats gedacht. Diese Mini-Satelliten, kaum größer als ein Smartphone, machen mittlerweile rund 90 Prozent der ins Weltall geschossenen Satelliten aus. Der Motor, vollständiger Name "Iridium Catalysed Electrolysis CubeSat Thruster" (ICE-Cube Thruster) ist dabei so klein, dass zu seiner Herstellung Verfahren aus der Chipfertigung zum Einsatz kommen müssen. Der gerade mal Daumennagel-große Antrieb ist ein vielfacher Rekordhalter: Er benötigt nur 20 Watt an elektrischer Leistung, um 1,25 Millinewton an Schub zu produzieren - eine beeindruckende Leistung, auch wenn ein Triebwerk des Space Shuttles das 500-Millionen-fache davon schafft. Ganz nebenbei ist der Thruster auch ein grünes Triebwerk, denn sein Treibstoff ist Wasser. Das wird zunächst durch die Elektrizität in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt, die anschließend in der winzigen Brennkammer zusammen verbrennen. (Bild: ESA)

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Wie das Kupfer sich windet: Als Erfinder des Elektromotors gilt Moritz Hermann Jacobi, der im Mai 1834 in Königsberg eine E-Maschine mit 15 Watt Leistung vorgestellt hat. Obwohl der elektrische Antrieb damit nun schon 189 erfolgreiche Jahre auf dem Buckel hat, ist seine Weiterentwicklung noch nicht beendet. Ein entscheidendes Merkmal für die Effizienz von E-Motoren ist das Design der Kupferwicklungen darin. Bei modernen permanenterregten Synchronmotoren müssen die Spulen in trapezförmigen Nuten untergebracht werden. Nach heutigem Stand der Technik können diese Nuten durch automatisierte Wickelverfahren mit Runddraht aber in der Regel nur zur Hälfte ausgefüllt werden. Das Fraunhofer IWU entwickelt jetzt umformtechnische Produktionsverfahren, um diesen „Nutfüllfaktor“ auf mehr als 80 Prozent zu erhöhen. Das Besondere dabei: Der Querschnitt des Drahtes ändert sich je nach dessen Position in der Spule (Foto), sodass der verfügbare Raum bestmöglich ausgefüllt wird. Bei der Umformung des Drahtes entsteht kein Verschnitt, im Vergleich zu additiven Verfahren ist der Energiebedarf gering. (Bild: Fraunhofer IWU)

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In der chilenischen Atacamawüste hat der Bau des Extremely Large Telescope (Foto) begonnen. Mit einem Spiegeldurchmesser von 39 Metern wird es das größte optische Fernrohr der Welt - und nur durch ausgefeilte Automatisierungstechnik steuerbar. Denn wenn man mit einem Teleskop Objekte anpeilen will, die Milliarden von Lichtjahren entfernt sind, dann muss die Optik auf Millionstel Millimeter (Nanometer) genau ausgerichtet sein. 5.000 Sensoren überwachen die 798 einzelnen Segmente des Hauptspiegels. Ein Fünfspiegelsystem sorgt mit mehr als 6.000 Aktuatoren und einer Dynamik von mehr als 1.000 Aktionen pro Sekunde für eine Korrektur von atmosphärischen Turbulenzen. (Bild: ESA)

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Bei Problemen einfach eine Pille einwerfen....das klappt nicht nur bei Menschen, sondern bald auch bei Maschinen. Dafür sorgt ein superkleiner Sensor. Je größer eine Industriemaschine, desto schwieriger ist es, im Störungsfall eine ungewollte Öldruckschwankung oder gar ein Leck in einer Leitung von außen zu erkennen. Hier kann die elektrochemische Impedanzspektroskopie Abhilfe schaffen - und die haben Forschende am Fraunhofer IZM nun in eine kleine Kapsel gepackt (Foto). Bei diesem Verfahren wird ein Frequenzspektrum von einer Elektrode durch ein Medium zu einer zweiten Elektrode gesendet: Daraus lässt sich ein Spektrum, also ein bestimmter Fingerabdruck dieses Mediums ableiten. Werden dabei Veränderungen der Material- oder Flüssigkeitseigenschaften sichtbar, kann dies ein Hinweis auf die fortschreitende Korrosion eines Bauteils sein. (Bild: Fraunhofer IZM)

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Ohne elektrische Energie ist Industrie im 21. Jahrhundert kaum denkbar. Günstig soll sie sein, und zugleich nachhaltig erzeugt. An einemSommertag Ende August 2023 hat ein Kranschiff in der Nordsee die Umspannstation für den Offshore-Windpark Gode Wind 3 auf dessen Monopile-Fundament gehoben. Um Windstrom von hoher See zu den Industriekunden an Land zu bringen, ist Elektrotechnik extrem erforderlich. An die 1.900 Tonnen schwere Umspannstation werden 23 Offshore-Windturbinen mit insgesamt 253 MW Leistung angeschlossen. Die Energie fließt von dort zur Offshore-Plattform DolWin kappa des Netzbetreibers Tennet. Dort wird der 155-kV-Drehstrom aus mehreren Windparks gesammelt, in Gleichstrom mit 320.000 Volt Spannung umgewandelt und über ein 45 Kilometer langes Unterseekabel an Land gebracht. 900 Millionen Watt können dank der hocheffizienten Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) maximal transportiert werden. (Bild: Orsted)

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Roboter, die schweißen oder Paletten befüllen, sind Alltag. Es gibt aber auch Roboter-Kollegen, die sich in ganz außergewöhnlichen Berufen behaupten. Pedia Roid des japanischen Herstellers Tmsuk ist ein Roboter, der wohl den meisten Kinderzahnärzten kalten Schweiß auf die Stirn treibt. Das System ähnelt äußerlich einem etwa achtjährigen Mädchen. Innerlich sorgen 24 Antriebe dafür, dass Pedia Roid das typische Verhalten von Kindern bei Zahnarztbesuchen simuliert. Die Palette reicht dabei von Schreien und Treten über Krampfanfälle bis zum künstlichen Würgereflex. Über den Anschluss an einen Computer können verschiedene Szenarien programmiert werden, mit denen die Ärzte in Ausbildung dann zurecht kommen müssen. Mit Hilfe von künstlichem Blut und Zähnen kann eine Vielzahl von Untersuchungen und Behandlungen durchgeführt werden. "Junge Ärzte geraten bei ihren ersten Einsätzen in der Realität oft in Panik, weil sie zuvor nur an leblosen Dummies üben konnten", beschreibt Tmsuk-CEO Yuji Kawakubo die Motivation für die Entwicklung des Pedia Roid. (Bild: Tmsuk)

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Wenn man „Teilchenbeschleuniger“ hört, denken die meisten wahrscheinlich an den Large Hadron Collider (LHC) in Genf, den rund 27 Kilometer langen ringförmigen Tunnel, den Forscherinnen und Forscher aus aller Welt zur Erforschung unbekannter Elementarteilchen nutzen. Einem Team von Laserphysiker/-innen der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ist es im Oktober 2023 gelungen, den ersten nanophotonischen Elektronenbeschleuniger zu demonstrieren, der nur wenige Millimeter misst. „Die Traumanwendung wäre, einen Teilchenbeschleuniger auf einem Endoskop zu platzieren, um eine Strahlentherapie direkt an der betroffenen Stelle im Körper durchführen zu können“, erklärt Dr. Tomáš Chlouba, einer der beteiligten Forscher. (Bild: FAU/Julian Litzel)

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Man spricht von Singularitäten, wenn technische Systeme den Menschen zu einem bestimmten Zeitpunkt überflügeln: 1996 gewann IBMs Supercomputer Deep Blue gegen Gary Kasparov im Schach, 2016 schlug Googles AlphaGo den damals stärksten Spieler Lee Sedol in Go, einem viel komplexeren Spiel. Nun hat eine Gruppe von Forschern der Universität Zürich und von Intel eine neue Wegmarke gesetzt: mit dem ersten autonomen System, das in der Lage ist, menschliche Champions im Drohnenrennen zu schlagen. Das KI-System namens Swift gewann mehrere Rennen gegen drei Weltklasse-Champions im First-Person-View-Drohnenrennen. Dabei steuern Piloten den Quadcopter über ein Headset, das mit einer Onboard-Kamera verbunden ist und erreichen so Geschwindigkeiten von über 100 km/h. Das Bild zeigt die Leuchtspuren der autonomen Drohne (in blau) und des von einem Menschen gesteuerten Fluggeräts (in rot), (Bild: UZH / Leonard Bauersfeld)

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Bei künftigen Weltraummissionen sind spezielle Fähigkeiten gefragt, bei Mensch wie Maschine. Roboter üben schon einmal für eine autonome Monderkundung - zum Beispiel das Abseilen in den Untergrund. Höhlen sind zum Beispiel für die Mond-Exploration besonders interessant, weil sie Schutz vor Strahlung, Meteoriten und Temperaturschwanken gewähren. Auch wichtige Ressourcen wie gefrorenes Wasser werden im lunaren Untergrund vermutet. Ein Szenario wurde vom DFKI auf der Kanareninsel Lanzarote erprobt. Es sieht vor, dass drei autonome Rover gemeinsam den Eingang einer Lavahöhle, das sogenannte Skylight, untersuchen. Mithilfe des Sensorwürfels LUVMI-X erhält das Team erste Informationen aus dem Inneren der Höhle. Auf Basis dieser Daten ermitteln die Systeme eine geeignete Stelle, an welcher der robuste SherpaTT den kompakten Coyote III mithilfe eines Seilzugs hinablassen kann (Foto). (Bild: Tom Becker / DFKI)

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