|
|
|
Newsletter
Kompaktinformationen aus Naturwissenschaft und Technik
21.04.2004
 |
Schwerpunktthemen |
|
Sickerwässern auf der Spur |
|
Mobiler dank Chip im Hirn |
|
Mikroskopischer Sensor für Medizin- und Nachrichtentechnik |
|
Hannovermesse: Luftwandtechnik |
Meldungen
Sickerwässern auf der Spur
Tagung der Gesellschaft für Hydrogeologie über Wasserwirtschaft und Umweltschutz in München
Hydrogeologie. - Schadstoffe sickern mit der Zeit in den Boden. Die Bundesbodenschutz- und Altlastenverordnung von 1999 sieht deshalb vor, dass mit Hilfe einer so genannten Sickerwasserprognose bewertet werden soll, wie stark die Belastung des Grundwassers durch Altlasten sein wird. Wissenschaftler, die an solchen Sickerwasserprognosen arbeiten, trafen sich in der Nähe von München am GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit.
Ein kleines, eingezäuntes Feld bei Neuherberg, nördlich von München: Auf der genau 100 Meter mal 100 Meter groşen Ackerfläche ist Sommergerste ausgesät. Beinahe wäre es ein ländliches Idyll - stünden nicht mitten im Feld ein paar Acrylglas-Wände, überragt von langen Stangen. Sie sind ein unübersehbarer Hinweis darauf, dass sich einige Meter unter dem Erdboden etwas Besonderes verbirgt.
Ğber eine Treppe und einen langen Gang gelangt man in einen groşen Kellerraum. Von seiner Decke hängen in vier Reihen Dutzende Edelstahl-Zylindern herab.
Das sind Lysimeter und zwar ausgestochene oder händisch eingebaute Böden aus dem süddeutschen Raum.
Dietmar Klotz vom GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit hat diese Anlage über Jahre technisch betreut. Mit Lysimetern untersuchen er und seine Kollegen, wie Wasser durch den Boden sickert und welche Stoffe es dabei herauslöst und Richtung Grundwasser mitnimmt. In den nach oben offenen Metall-Zylindern befindet sich also Erdboden: Schluff, Sand und Kies, jeweils genau so geschichtet wie verschiedene Böden in der Natur.
Die Zylinder haben einen Querschnitt von einem Quadratmeter, also einen Durchmesser von 1,13 Meter, und eine effektive Länge von zwei Metern. Die Böden werden ausgestochen - so ungefähr wie man das als Kind im Sandkasten gemacht hat. Da wurden kleine Zylinder ausgestochen, hier sind es halt sehr groşe. Das Gewicht dieses Lysimeter-Zylinders beträgt rund fünf Tonnen mit dem gesamten Inhalt.
Der obere Teil der Metall-Zylinder steckt in der Bodenschicht über der Kellerdecke. Der Zylinder-Rand schlieşt dabei mit der Oberfläche ab. Wie der umgebende Acker ist der Boden im Lysimeter also der ganz normalen Witterung ausgesetzt, bekommt so auch die natürliche Regenmenge ab. Im Keller unter dem Versuchsfeld beobachten die GSF-Forscher, was mit dem Regenwasser anschlieşend im Boden geschieht. Sie entnehmen dazu an verschiedenen Stellen der Lysimeter Flüssigkeit und untersuchen etwa deren Leitfähigkeit und Säuregrad und sie bestimmen die enthaltenen Substanzen. Vier der Lysimeter sind dabei für einen speziellen Versuch präpariert.
Wir haben hier einen Boden mit einem so genannten Silikatgestein. Und auf dieses Silikatgestein sind verschiedene kontaminierte Materialien abgelagert und zwar so genannte Recycling-Materialien. Und zwar ist das Bauschutt, das ist Müllverbrennungsasche und das ist ein kontaminierter Boden. Und mit dem Regenwasser, mit dem Sickerwasser werden aus diesen Materialien die Schadstoffe ausgewaschen ...
... und in tiefere Bodenschichten transportiert. Das GSF-Forschungszentrum beteiligt sich mit diesem Versuch am Förderschwerpunkt "Sickerwasserprognose". Insgesamt 41 Projekte finanziert das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen dieses Schwerpunkts. Ziel ist es, Modelle zu entwickeln, mit denen sich vorhersagen lässt, welche Schadstoffmengen aus einer belasteten Fläche bis ins Grundwasser sickern. Eine solche Prognose kann zum Beispiel bei der Entscheidung helfen, wie schnell verseuchte Bodenflächen auf einem alten Fabrikgelände saniert werden müssen. Siegfried Eberle koordiniert den Forschungsschwerpunkt wissenschaftlich. Da die meisten Projekte Mitte des Jahres auslaufen, konnte er beim Münchner Workshop schon erste Ergebnisse zusammenfassen. Eine Erkenntnis war relativ überraschend.
Der eine wesentliche Punkt ist nun der, dass entgegen früherer, sagen wir mal vereinfachter Annahmen aus diesen kontaminierten Schichten nicht über Jahre hinweg ein konstanter Strom von Schadstoffen herausläuft; sondern eine zeitliche Entwicklung derart eintritt, dass anfangs höhere Konzentrationen und dann zunehmend immer niedrigere Konzentrationen eintreten - bei den meisten Stoffen.
Für eine zuverlässige Sickerwasserprognose muss dieser zeitliche Verlauf natürlich in die Modelle einflieşen. Die Forscher sind im Rahmen des Verbundprojekts aber auch auf weitere Probleme gestoşen. Zum Beispiel wissen sie noch zu wenig darüber, wie stark Mikroorganismen die Schadstoffe auf dem Weg durch den Boden abbauen. Nicht zuletzt um solche Vorgänge besser zu verstehen, wollen die Wissenschaftler ihre Lysimeter in den nächsten Jahren verstärkt für mikrobiologische Untersuchungen nutzen.
Mobiler dank Chip im Hirn
Forschungsprojekt bringt gelähmten Patienten verlorene Bewegungsfähigkeit zurück
Medizin. - In den USA wird seit gestern eine neuartige Form der Mensch-Maschine-Schnittstelle getestet. Gelähmten Patienten wird ein Chip implantiert, um die elektrischen Ströme im Gehirn abzugreifen. Langfristig sollen sie dadurch die durch ihre Erkrankung verloren Bewegungsfähigkeit wiedererlangen. Auch in Deutschland wird ja auf diesem Gebiet geforscht. Der Versuch in den USA allerdings ist wohl der spektakulärste seiner Art.
Fünf Patienten sind es, denen die Firma Cyberkinetics in diesen Tagen einen Chip ins Gehirn implantiert, damit sie quasi durch die Kraft ihrer Gedanken Maschinen steuern können. Zunächst Computer. Langfristig aber denkt Cyberkinetics dabei natürlich an Prothesen als Ersatz für funktionsunfähige Gliedmaşen. Tim Surgenor, der Chef des Unternehmens, am Dienstag zum geplanten Verlauf der Tests:
An dem Versuch, der uns genehmigt worden ist und den wir heute starten, nehmen fünf Personen im Alter zwischen 18 und 60 Jahren teil. Nach dem Eingriff und einem kurzen Aufenthalt im Krankenhaus werden sie nach Haus zurückkehren und ihren gewohnten Tätigkeiten nachgehen. Und wir beobachten sie dann 14 Monate lang. Dabei geht es uns um zweierlei: Einerseits um die Verträglichkeit des Implantats. Und darüber hinaus werden die Probanten in Zusammenarbeit mit unseren Technikern, Aufgaben erledigen, die die Funktionsfähigkeit unseres Systems unter Beweis stellen sollen. Das wird mindestens einmal wöchentlich geschehen. Dabei überprüfen wir die Art und die Qualität der Signale, die die Patienten durch ihre Gedanken erzeugen.
Das Prinzip des Cyberkinetics-Systems ist dabei denkbar einfach: Die Kommunikation zwischen Nerverzellen erfolgt auf elektrischem Weg, also grundsätzlich genauso wie in EDV-Anlagen. Es liegt also eigentlich nahe die Signale abzugreifen, um damit Rechner zu steuern. Lediglich interpretiert werden müssen sie dazu noch. Auch in Deutschland arbeitet man daran, allerdings mit ungefährlicheren Methoden, die jedoch auch weniger effizient sind. Mittels eines EEG, eines Elektro-Enzephalographen erfasst man am FIRST, am Fraunhofer-Institut für Rechnerarchitektur und Software-Technik die Gehirnströme, ohne dazu risikoreiche Operationen vornehmen zu müssen. Christin Schäfer vom FIRST:
Brain-Pong ist eine spielerische Anwendung des FIRST-Elektro-Enzephalographen. Ein einfaches Computerspiel ohne Maus und Tastatur. Der Cursor wird allein durch konzentriertes Denken gesteuert.
Beim Cyberkinetics-Ansatz hingegen denkt sicherlich niemand an eine derart spaşige Anwendung. Dazu ist die Sache zu gefährlich. Tim Surgenor:
Um Ihnen einen kurzen Ğberblick über unser System zu geben: Es ist eine proprietäre Gehirn-Computer-Schnittstelle, die aus einem internen und einem externen Teil besteht. Der interne Teil ist ein winziger Sensor, der in jene Gehirnregion implantiert wird, die für die Bewegungssteuerung zuständig ist. Die Verbindung zur Auşenwelt erfolgt über einen kleinen Draht. Dieser endet in einem Sockel, der durch die Haut geht. Der externe Teil besteht aus Geräten, die mit diesem Sockel verbunden sind und die dazu dienen, die Signale, die aus dem Bewegungszentrum des Gehirns kommen, zu interpretieren.
Das Signalrauschen, das beim FIRST-Ansatz wegen der Ğberlagerung durch Gehirnströme entsteht, die nicht abgegriffen werden sollen, und dadurch, dass die Signale lediglich auşerhalb des Gehirns erfasst werden, es stellt beim Cyberkinetics-System kein so groşes Problem dar. Insoweit könnte der jetzt gestartete Test eine neue Qualität der Gehirn-Maschine-Schnittstelle bringen.
Mikroskopischer Sensor für Medizin- und Nachrichtentechnik
Intelligenter Floh im Ohr
Technik. - Winzig klein, voller Hightech, universell einsetzbar - diese drei Begriffe charakterisieren einen mikrooptische Sensor, den Erfurter Forscher am CiS Institut für Mikrosensorik entwickelt haben. MORES heişt der Winzling, er misst die Herzfrequenz ebenso wie die Farbe einer Flasche, soll also sowohl in der Industrie wie der Telemedizin angewendet werden.
Sensoren - gleichgültig wo sie eingesetzt werden - müssen heute drei Bedingungen erfüllen: Sie messen extrem genau, sie sind klein bis winzig, und sie lassen sich möglichst universell nutzen. Alle drei Forderungen erfüllt MORES. Diplom-Ingenieur Dieter Römhild vom CiS Institut für Mikrosensorik in Erfurt.
Also, der Sensor selbst ist von auşen aus gesehen eine quadratische Glasplatte mit den Kantenmaşen 8x8 Millimeter, ungefähr 1,5 Millimeter dick, und er beinhaltet eigentlich die komplette Sensorik, das ist auf der einen Seite ein optischer Sender und unmittelbar daneben ein optischer Empfänger,...
Öwomit der Erfurter Forscher das technische Grundprinzip des Sensors umschrieben hat: Die Messdaten - sei es nun die Vitaminkonzentration in Gemüse, die Herzfrequenz eines Sportler oder die Farbe von Glas - die Messdaten ermittelt berührungsfrei ein Lichtstrahl.
In dem Sensorchip selbst sind Licht emittierende Dioden integriert, die können verschiedenen Farben haben und sitzen dann nebeneinander und werden der Reihe nach aktiviert und senden dann unterschiedlich farbiges Licht aus. Dieses Licht trifft dann auf das Messobjekt, zum Beispiel die Haut oder ein chemisches Medium,...
Övon wo es verändert auf den Empfänger reflektiert und in elektrischen Strom gewandelt wird. Diese Veränderungen des Lichtes betreffen gleich mehrere physikalische Prinzipien. Beim einfachsten beeinflusst das zu messende Objekt die Farbe des reflektierten Lichtes. Komplizierter wird es beim Einsatz von polarisiertem Licht: Schickt der Sensor polarisiertes Licht in einem bestimmten Winkel auf ein polarisierendes Medium, Zucker zum Beispiel, reflektiert das Licht mit verändertem Winkel. Ein drittes Verfahren schlieşlich nutzt Fluoreszenzlicht, mit dem sich etwa Spuren von Vitaminen nachweisen lassen. All diese Messverfahren funktionieren bei MORES aber nur deshalb so gut, weil ein Trick Lichtkurzschlüsse verhindert: Sender und Empfänger liegen so dicht nebeneinander, dass sich abgestrahltes und empfangenes Licht mischen würden, hätte das Sensorglas nicht die Eigenschaft,Ö
Ödass es UV-empfindlich ist; nun kann man mit einem mikrolithografischen Verfahren wie es in der Chipindustrie üblich ist, bestimmte Bereiche von dem Glas belichten, dann werden die belichteten Bezirke unter Temperatureinwirkung dunkel, fast schwarz. Und jetzt habe ich unmittelbar neben einander auf dem gleichen Chip Bereiche, die nicht UV-belastet waren und Bereiche, die nachträglich schwarz wurden, so dass ich optische Fenster und optische Barrieren so zusagen dreidimensional in meinem Glas erzeugt habe.
Mit dem Resultat, dass die Lichtstrahlen räumlich getrennt werden. Gleichgültig ob in der Industrie, beim Winzer, in der Klinik oder auf der Wellness-Farm - MORES misst einfach alles, was sich optisch messen lässt, zumal er in Gröşe und Funktion jedem Einsatz angepasst werden kann. Das gilt - sagt Dieter Römhild vom CiS Institut für Mikrosensorik in Erfurt - auch für den Einsatzort.
Wir haben im Moment in Entwicklung einen Sensor, der so klein ist, dass er sogar im Ohr messen kann. Es ist also nicht von auşen notwendig, am Finger oder am Fuş oder an der Stirn zu messen, sondern man kann sogar vom Gehörgang aus die Vitalfunktionen des Menschen erfassen,...
Öalso die Herzfrequenz, der Sauerstoffgehalt des Blutes, die Elastizität der Blutgefäşe und in Kombination mit einem EKG sogar den Blutdruck. Dabei strahlt der Sensor Licht auf die winzigen Arterien des Gehörganges; pumpt nun das Herz Blut durch die Gefäşe, weiten sich die Arterien und haben ein intensiveres Rot als noch Sekunden zuvor. Diese Farbabweichung reicht, um gleich mehrere Vitalfunktionen zu berechnen. Und zwar online ohne kompliziertes Anlegen von Messgeräten und ohne lästiges Blutabnehmen.
Hannovermesse: Luftwandtechnik
Lieber Luft statt Türen
Technik. - Einige Tausend Besucher auf dem Hannoverschen Messegelände mögen sich vor einem der vier Eingänge der Forschungshalle 18 insgeheim dasselbe fragen: Hält mir mein Vordermann die Tür auf? - Schafft es die Frau hinter mir, mit mir schnell noch durch die Tür zu huschen, ohne dass ich zu lange warten muss? - Denn sonst schaffe ich es nicht mehr, schnell genug durch den kleinen Windfang zu laufen um die sich langsam schliessende zweite Tür, durch die ich die Messehalle betreten will noch in halbwegs geöffnetem Zustand zu erreichen. Eine innovative Technik soll jetzt Türen und Tore ersetzen.
Auf der Hannover- Messe gibt man sich buchstäblich die Klinke in die Hand, was bei den schweren Glastüren nicht nur mit allerhand Kraftaufwand verbunden ist, sondern für einige Zeitgenossen auch aus hygienischer Sicht problematisch sein kann.
Das alte Problem, die kühle Aussenluft draussen zu lassen und die warme Hallenluft bitte in der Halle, ist auf der Messe konservativ gelöst. Am NRW- Stand in der Halle 18, eine Etage über dem Türengeklapper ist die innovative Lösung sichtbar, fühlbar und kaum hörbar: Die unsichtbare Tür aus Luft:
Nur wer das Ohr ganz dicht an die sogenannte Luftwand hält, hört dieses schwache Zischen - sonst bemerkt man nur einen kurzen Luftzug am eigenen Kopf, durchschreitet man die Luftwand, die denselben Effekt erzielt, wie der architektonisch aufwendige Windfang mit seinen klappernden Türen. Die sichtbare Konstruktion ist relativ simpel: eine flache Düse über dem gesamten Durchgang. Die Funktionsweise erklärt Ingrid Kroese von der Firma "Luftwand- Technologie" Mönchengladbach:
Man hat einen externen Industrie-Hochleistungsventilator der auf ein handelsübliches Wickelfalz-Rohr die Luft in einer relativ hohen Geschwindigkeit mit einer geringen Luftmenge gibt. Diese Luft wird auf ein Druckmodul, was speziell gefertigt ist, einen schmalen Auslass hat, geschickt. Und aus diesem Druckmodul wird die Luft gleichmäşig verteilt, durch eine ÷ffnung wird der geradlinige Strahl gebildet.
Das sogenannte Druckmodul ist nichts anderes, als ein kurzes Rohr mit wesentlich umfangreicherem Durchmesser, als es das Rohr hat, durch das die Luft vom bis zu zehn Meter entfernt liegenden Ventilator transportiert wird. Im Druckmodul verliert die Luft ihre Verwirbelungen und verteilt sich gleichmässig und deswegen auch ohne Strömungsgeräusche auf die gesamte Länge der Düse. Kroese:
Wenn man jetzt Nebel in den Ventilator gibt, dann wird dieser Nebel sichtbar, in dem Moment wo man die Lüfte-Anlage hochfährt, als geradliniger Strahl wie eine schmale weişe Wand.
Diese technische Lösung ermöglicht jetzt Besuchern, mit oder ohne Behinderung barrierefrei Messe- und Hotelhallen zu betreten, garantiert aber weiterhin die Trennung von Innen- und Aussenluft. Kroese:
Entweder lässt man von einer Düse die oberhalb der ÷ffnung liegt, den Strahl nach unten bläst, wo die Luft dann aufprallt, ein ganz klein wenig sich nach oben bewegt und seitlich abflieşt. Je nach Anstellwinkel mehr nach aussen oder nach innen. Wenn man sehr hohe Tore oder Türen hat, können die Düsen auch seitlich angebracht werden, so dass sich die Strahlen in der Mitte treffen.
Das beispielsweise wäre die Luftwand für hoch gebaute Kraftfahrzeughallen. Selbst der Bäcker an der Ecke könnte sich für die Technik aus Mönchengladbach erwärmen, hält die Luftwand doch Fliegen und Wespen künftig vom leckeren Bienenstich fern...
Meldung
Physiker bewahren einen musikalischen Schatz
Die Wissenschaftler der Berkeley-Laboratorien in Kalifornien stellen die auf alten Schallplatten gespeicherte Musik wieder her. In einem ersten Schritt erfassen die Physiker mit Hilfe eines optischen Messsystems die Schallplattenrille. Diese Information bearbeiten die Wissenschaftler dann mit einem speziellen Bilderkennungsverfahren; das filtert die Störgeräusche heraus, die durch Kratzer oder Staub auf der alten Platte entstehen. Ğbrig bleibt die reine Musik, die die Physiker dann mit Hilfe einer virtuellen Schallplattennadel abtasten. Eine Software zeichnet den Weg der Nadel durch die Rillen nach, und diese Bewegung wird dann digital abgespeichert. Das Resultat ist glasklare Musik aus vergangenen Zeiten.
[Quelle: kar]
Meldung
Dollys Schöpfer will nun menschliche Embryonen klonen
Im britischen Sender BBC hat der Wissenschaftler Ian Wilmut vom Roslin Institut in Edinburgh angekündigt, einen entsprechenden Antrag bei der britischen Genehmigungsbehörde einzureichen. Es sei - so Wilmut wörtlich - unmoralisch, Forschungsmöglichkeiten nicht zu nutzen. In Groşbritannien sind Klonversuche am Menschen zu therapeutischen Zwecken seit drei Jahren erlaubt. Das reproduktive Klonen, das auf die Erzeugung von genetisch identischen Menschen abzielt, ist dagegen verboten. Wilmuts Team will durch das therapeutische Klonen eine Krankheit erforschen, bei der im Rückenmark und Gehirn der Patienten motorische Neuronen absterben. Diese Nervenzellen steuern und kontrollieren die Bewegungen des Menschen. Die Ursache der Krankheit - im Fachjargon Amyotrophische Lateralsklerose - ist noch unbekannt.
[Quelle: kar]
Meldung
Metallforscher gehen den Eigenschaften von Wasser auf den Grund
Die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut haben dabei Wasser entdeckt, das um ein Fünftel kompakter ist als herkömmliches Wasser. Diesem hochdichten Wasser sind die Metallforscher bei Experimenten an Grenzflächen auf die Spur gekommen. Die Wissenschaftler nahmen dazu Eis-Einkristalle, die aus hochreinem Wasser gezüchtet worden waren; und diese Kristalle begannen an der Grenzfläche zu dem Mineral Silziumdioxid zu schmelzen, und zwar bereits bei einer Temperatur von minus 17 Grad Celsius, also weit unterhalb des Gefrierpunkts. Wie die Zeitschrift "Physical Review Letters" berichtet, bildete sich zwischen dem Eis und dem Siliziumdioxid eine hauchdünne Wasserschicht, die die beschriebene extrem hohe Dichte hatte. Siliziumdioxid kommt vor allem in der Erdkruste vor. Die Entdeckung der Max-Planck-Wissenschaftler kann deshalb dabei helfen, bestimmte Phänomene wie zum Beispiel Gletscherbewegungen besser zur verstehen.
[Quelle: kar]
Meldung
Geschwindigkeitsrekord im Internet aufgestellt
Sie haben die Datenmenge von einer CD-ROM innerhalb einer Sekunde von Kalifornien in die Schweiz verschickt. Die Rate lag bei 6,25 Gigabit pro Sekunde - und war damit fast 10.000 mal schneller als über herkömmliche Breitbandzugänge wie DSL. Die Ğbermittlung vom California Institute of Technology zum Forschungszentrum CERN ist ein Schritt auf dem Weg zum Internet der Zukunft.
[Quelle: kar]
Meldung
Doppelt wirksame Antibiotika gehen Bakterien an den Kragen
Molekularbiologen der Max-Planck-Gesellschaft haben die Wirkungsweise von "Streptogramin-Antibiotika" entschüsselt. Das sind Medikamente, die als eine Art "Reserve-Waffe" eingesetzt werden, wenn andere Medikamente gegen die Erreger bereits versagen. Zwei dieser Antibiotika haben die Wissenschaftler unter die Lupe genommen. In der Zeitschrift "BMC Biology" beschreiben sie, wie die Medikamente die Proteinsynthese - das ist ein chemischer Prozess - von Bakterien blockiert und die Erreger damit abtötet. Die Streptogramine haben zwei chemische Bestandteile. Die vervielfachen im Zusammenspiel ihre Wirkung und bekämpfen damit auch hartnäckige Erreger. Diese chemischen Bestandteile beeinflussen sich wechselseitig und ergänzen sich in ihren Angriffspunkten. Dank ihrer Erkenntnis hoffen die Forscher, neue wirkungsvollere Medikamente entwickeln zu können.
[Quelle: kar]
Meldung
Die neue Besatzung der ISS ist angekommen
Heute morgen hat die russische Raumkapsel Sojus planmäşig an der Internationalen Raumstation angedockt. Die beiden Kommandanten werden ein halbes Jahr auf der Station bleiben; begleitet werden sie von einem niederländischen Mediziner. Der wird sich um verschiedene Experimente kümmern, und dann Ende April mit der alten Besatzung der ISS auf die Erde zurückkehren.
[Quelle: kar]
Meldung
NASA stellt Einsteins Relativitätstheorie auf die Probe
Gestern Abend ist die amerikanische Forschungssonde Gravity Probe B vom kalifornischen Luftwaffenstützpunkt Vandenberg ins All gestartet; die Sonde soll wesentliche Aussagen des Physikers Albert Einstein übrprüfen; dabei geht es um den Zusammenhang von Raum, Zeit und Materie. Eineinhalb Jahre lang soll Gravitiy Probe B in einer Entfernung von 640 Kilometern die Erde umkreisen. An der Mission haben Wissenschaftler rund 45 Jahre lang getüftelt; das Projekt war zwischendurch immer wieder aus Kostengründen oder wegen technischer Probleme verschoben worden.
[Quelle: kar]