Pictures of the Future      Frühjahr 2008

Blick in die Mumie

Als erste Arbeitsgruppe der Welt blickten Forscher der Universität Zürich mit Hilfe eines Magnetresonanz-Tomographen (MRT) in das Innere einer fast 1 000 Jahre alten Mumie aus Peru. Bislang wurden Mumien mit Hilfe der Computertomographie, also mit Röntgenstrahlen, durchleuchtet. Aufnahmen mit MRT galten bei antiken Mumien als technisch unmöglich, doch einer Gruppe von Siemens Healthcare gelang mit ihrem neuen UTE-Verfahren (Ultrashort Echo Time) der Durchbruch. Die MRT basiert darauf, dass mit starken Magnetfeldern und elektromagnetischen Impulsen die Position von Wasserstoffkernen, die in Wasser oder Fett reichlich vorhanden sind, bestimmt werden kann. In trockenem Gewebe, wie in Proteinen oder Knochen einer Mumie, ist dies viel schwieriger, weil hier die Signale, die die Wasserstoffkerne aussenden, erheblich kürzer sind. Die extrem schnelle Signaldetektion des UTE-Verfahrens kann sie dennoch analysieren. Dadurch werden in der Mumie die Bandscheiben, Gehirnhaut, Blutgefäße und Reste der Einbalsamierungsflüssigkeit sichtbar. Doch das neue Verfahren ist auch für lebende Patienten sehr nützlich. Es visualisiert jene Gewebeteile, die im MRT bisher nicht zu sehen waren. Damit könnten Ärzte künftig etwa Stoffwechselvorgänge im Herzen beobachten oder auch krankhafte Veränderungen im Stoffwechsel oder im Gehirn von Alzheimer-Patienten untersuchen.

Tiefer Einblick in die Vergangenheit: Mit einem neuen Verfahren lassen sich sogar Blutgefäße und Wachstumsfugen an den Armen der Mumie erkennen – hier ein etwa 15 Jahre alter Junge aus Peru

Osram ausgezeichnet

Kontaktierung eines Wafers: Eine Mess-Sonde überprüft blau leuchtende LED-Dünnfilmchips

Forscher von Osram haben für ihr neues Herstellungsverfahren hocheffizienter und langlebiger Lichtquellen aus Leuchtdioden (LED) den Deutschen Zukunftspreis 2007 gewonnen. Bundespräsident Horst Köhler zeichnete das Team für ihr "Licht aus Kristallen" aus. Damit gewinnt Siemens den Deutschen Zukunftspreis bereits das dritte Mal in dessen elfjähriger Geschichte. Die Auszeichnung ist mit 250 000 € dotiert. Der preisgekrönten Mannschaft gehören die Pioniere der Dünnfilmtechnologie Dr. Stefan Illek und Dr. Klaus Streubel als Vertreter von Osram sowie Dr. Andreas Bräuer vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena an. Ihre besonders effizienten LED können unter anderem in Mini-Projektoren, Rückprojektionsfernsehern oder Nachtsichtgeräten in Autos eingesetzt werden. Die Lichtquellen sind so stark, dass sie sich auch für die Allgemeinbeleuchtung und für Frontscheinwerfer in Fahrzeugen eignen. Beispiel Ostar Lighting: Diese LED besitzt eine Leuchtkraft von über 1000 lm. Damit übertrifft der kleine Punktstrahler die Helligkeit einer 50-W-Halogenlampe. Die LED kann etwa einen Schreibtisch aus 2 m Höhe ausreichend beleuchten. Wegen der geringen Größe ermöglicht sie auch gänzlich neue Lampenformen. LED bestehen aus Halbleiterkristallen, die leuchten, wenn sie von Strom durchflossen werden. Siemens-Forscher waren bisher sieben Mal für den Zukunftspreis nominiert; 2005 und 2004 gehörten sie zu den Gewinnern. Vor drei Jahren bekam die Piezo-Einspritztechnik für Fahrzeuge die renommierte Auszeichnung, im Jahr 2004 war es ein Minilabor für medizinische Diagnosen.

Mini-Ultraschallgerät

Für die Diagnose direkt vor Ort: Das Acuson P10 ist das weltweit erste Ultraschallgerät für die Jackentasche

Mit einem der kleinsten Ultraschallgeräte der Welt – dem Acuson P10 – können Ärzte künftig direkt am Einsatzort erste Diagnosen stellen. Das System, das in die Tasche eines Arztkittels passt, eignet sich vor allem für Akutfälle in der Ambulanz, im Rettungshubschrauber und auf der Intensivstation. Das Handheld-Gerät besitzt spezielle Lithium-Ionen-Akkus, die eine Scan-Dauer von etwa einer Stunde erlauben. Der Arzt kann die Bilder speichern oder auf jeden Computer überspielen, der die Acuson-P10-Viewer-Software besitzt –  er kann sie also beispielsweise ins Informationssystem des Krankenhauses einspeisen.

Bedient wird das Gerät einfach mit dem Daumen. Das Acuson P10 ist deutlich kleiner als bisherige kompakte Ultraschallsysteme und hat etwa das Format eines Smartphones. Die Entwickler von Siemens Healthcare schafften es, alle komplexen Bauteile eines Ultraschallsystems in das Miniaturformat einzupassen – und zugleich eine hohe Bildqualität zu erreichen. Der Schwarz-Weiß-Monitor hat eine Größe von zehn Zentimetern. Das ganze Gerät wiegt inklusive Schallkopf nur etwa 700 g.

Trinkwasser-Kiosk

SkyHydrant in Bangladesch: Trinkwasser schnell verfügbar

Mit einem tragbaren Wasseraufbereitungssystem von Siemens kann nun auch in entlegensten Gebieten Trinkwasser gewonnen werden. Beim SkyHydranten wird Wasser durch rund 20 000 feinste Fasern gepresst, so dass alle Krankheitserreger mit Durchmessern über 0,1 µm entfernt werden. Das Resultat: reinstes Trinkwasser, das sogar die Qualitätsanforderungen der Weltgesundheitsorganisation WHO übertrifft. Das System kommt ohne elektrische Energiezufuhr oder Aufbereitungschemikalien aus und ist mit jährlichen Kosten von unter 0,20 € pro Person auch für die ärmsten Kommunen der Entwicklungsländer erschwinglich. So auch am Gona-Stausee in Kenia, wo die Pumpe durch eine kleine Windmühle betrieben wird. Zuvor mussten sich die Bewohner der umliegenden Dörfer mit dem Stausee-Wasser versorgen – Durchfall, Cholera und Typhus waren an der Tagesordnung. Heute zapfen sie ihr Trinkwasser einfach am so genannten Safe Water Kiosk. Für dessen Entwicklung wurde das Team um Rhett Butler, Vertriebsleiter von Water Technologies in Australien, mit dem Siemens Corporate Responsibility Award 2007 ausgezeichnet.

Fixer Quantenrechner

Vision Quantencomputer: Forscher der TU und von Siemens

Forscher von Siemens Corporate Technology (CT) und der TU München haben die weltweit erste experimentelle Umsetzung eines Neuronalen Netzes auf einem einfachen Quantencomputer realisiert – und sind damit dem Praxiseinsatz solcher Rechner einen Schritt näher gekommen. Mit Quantencomputern könnten Verfahren der Mustererkennung erheblich beschleunigt werden – was bei der Suche nach Computerviren ebenso nützlich wäre wie für die Analyse von Gensequenzen oder die Handschrifterkennung. Anders als herkömmliche Bits nehmen die so genannten Qubits nach den Gesetzen der Quantenphysik zur selben Zeit verschiedene Zustände ein und beeinflussen sich gegenseitig. Mit ihrem selbst entwickelten Algorithmus können die CT-Forscher vorhersagen, wie sich ein realer Quantencomputer mit Neuronalem Netz bei der Mustererkennung verhalten würde. Wissenschaftler der TU überprüften die Simulation der Siemens-Forscher erfolgreich in einem Magnetresonanzspektrometer mit einem  System aus Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen, die die Qubits darstellen. Die Vision ist ein Hybrid-Prozessor – die meisten Operationen würden mit konventionellen Chips bewältigt, bestimmte Aufgaben aber an einen Quantenprozessor ausgelagert.

Weniger Kohlendioxid

Frank Hannemann: neues Verfahren für Kohlendioxid-arme Kraftwerke

Der Siemens-Ingenieur Frank Hannemann hat den IGCC-Prozess (Integrated Gasification Combined Cycle) zur CO₂-armen Verstromung fossiler Brennstoffe weiterentwickelt, um einen höheren Wirkungsgrad zu erzielen. Beim IGCC-Prozess werden fossile Brennstoffe nicht direkt verbrannt, sondern in ein Synthesegas aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid umgewandelt (CO₂-Abscheidung). Das Gas muss von unerwünschten Stoffen gereinigt und das Kohlenmonoxid zu CO₂ oxidiert und abgetrennt werden. Übrig bleibt reiner Wasserstoff, der verbrennt, ohne Schadstoffe zu erzeugen. Allerdings geht bei der Umwandlung viel chemische Energie verloren, was die Effizienz verschlechtert. Bei dem von Hannemann erfundenen Prozess wird das Synthesegas in der Turbine nicht mit Luft, sondern mit CO₂-verdünntem Sauerstoff verbrannt. Im Abgas ist nur noch Dampf und CO₂ enthalten. Der Dampf wird zu Wasser kondensiert, und ein Teil des CO₂ geht erneut in die Turbine. Der Rest wird wie bisher verdichtet und abgetrennt. Der Vorteil des Verfahrens: eine höhere Energieausbeute, da die Energie des Synthesegases vollständig in der Turbine genutzt werden kann.

Günstige Diagnostik

Jian Min Wang: neuer, kostengünstiger MR-Tomograph

Dr. Jian Min Wang aus China vereinfachte die Aufnahmetechnik von Magnetresonanz-Tomographen (MRT) – was die Konstruktion des Einsteiger-Geräts Magnetom Essenza ermöglichte. Es ist mehrere 100 000 € günstiger als konventionelle Systeme. Ein MRT arbeitet mit starken Magneten und Spulen zum Signalempfang. Einfache Systeme haben nur eine Empfangsspule, mit der nur eine bestimmte Körperregion untersucht werden kann, etwa der Kopf. Wangs Ziel war es, die von Siemens entwickelte Tim-Technologie in den Magnetom Essenza zu integrieren, die eine detaillierte Bildgebung von Kopf bis Fuß erlaubt. Wangs Team erfand dazu eine vereinfachte Schaltmatrix, die in der Patientenliege integriert ist und mit der mehrere Empfangsspulen gleichzeitig genutzt werden können. Sie verbanden so die Kostenreduktion mit einer modernen Aufnahmetechnik. Der Magnetom Essenza soll vor allem Kliniken und Arztpraxen mit kleinen Budgets helfen, die komplette Diagnostik abzudecken. Das Gerät ist seit Oktober 2007 auf dem Markt.