Pictures of the Future Herbst 2008
In aller Kürze
Abhören zwecklos
Mit zwei von Siemens entwickelten Verschlüsselungsverfahren stehen Produktpiraterie und Lauschangriffen schlechte Zeiten bevor. Etwa mit einer Authentifizierungsprozedur für RFID-Chips: Ähnlich dem Prinzip der digitalen Signatur kann hier die Echtheit des an einem Produkt angebrachten Chips nachgewiesen werden. Dabei codiert der Funk-Chip eine Prüfanfrage des Lesegerätes mit seinem privaten Schlüssel. Der Empfänger kann die Antwort auf diese Anfrage mit dem dazugehörigen öffentlichen Schlüssel innerhalb einer Zehntelsekunde überprüfen. Unbefugtes Kopieren oder Verändern der Chips ist nicht mehr möglich. Bislang waren solche Verfahren bei kleinen RFID-Chips nicht einsetzbar, doch dank optimierter Algorithmen und nicht programmierbarer Schaltungselemente konnten die Siemens-Experten Rechenaufwand und Energieverbrauch erheblich senken. Mit dem ersten Quantenkryptografie-Chip für industrielle Zwecke, den Siemens als Prototyp zusammen mit den Austrian Research Centers und der Technischen Universität Graz entwickelt hat, werden Lauschangriffe sogar physikalisch unmöglich. Der Chip ersetzt die bislang gängige Schlüsselverteilung mit mathematischen Algorithmen und generiert stattdessen aus Lichtteilchen, Photonen, eine zufällige Zahlenfolge zum Schutz der Daten. Abhörversuche werden erfasst, da die Photonen dabei durch quantenphysikalische Prozesse verändert oder zerstört werden. Der Chip erzeugt dann einfach einen neuen Schlüssel.
Maximaler Schutz: Während die fälschungssicheren RFID-Chips (links) vornehmlich dort eingesetzt werden sollen, wo Schutz vor Plagiaten elementar wichtig ist – z.B. bei Medikamenten oder Ersatzteilen für Fahrzeuge und Maschinen – ist der Quantenkryptografie-Chip (oben), der eine abhörsichere Kommunikation verspricht, etwa für Firmen attraktiv, die sich vor Spionage schützen wollen
Windkraft getriebefrei
Getriebelose Windräder: Vor allem für den Einsatz auf hoher See bietet die wartungsarme Technik Vorteile
Um Windenergieanlagen auf hoher See noch zuverlässiger zu machen, erprobt Siemens Windturbinen ohne Getriebe. Ihr Hauptvorteil liegt in einem einfacheren Design, das mit weniger Maschinenkomponenten auskommt. Damit soll der Wartungsaufwand sinken und die Anlagen länger verfügbar sein. Vor allem im offenen Meer ist das von Vorteil, weil hier der Ausfall einer Turbine sofort hohe Kosten verursacht. Die beiden getriebelosen Windenergieanlagen, die Siemens Energy in Dänemark testen wird, haben eine Leistung von 3,6 MW. Mit dem zweijährigen Forschungsprojekt will Siemens herausfinden, ob und ab welcher Leistungsklasse die getriebelosen Maschinen wettbewerbsfähig mit herkömmlichen Anlagen sind. In der Regel ist die getriebelose Antriebstechnik schwerer und in der Produktion teurer als konventionelle Maschinen. Bei diesen übersetzt ein Getriebe die niedrige Drehzahl des Windrotors in die hohe Drehzahl zur Stromerzeugung. Die getriebelosen Anlagen besitzen dagegen Synchrongeneratoren, die jede Rotorbewegung direkt in elektrische Energie übersetzen. Diese Generatoren haben Drehmomente von 2 500 kNm – ein starker Elektroantrieb für Fahrzeuge kann dagegen nur mit weniger als 1 kNm Drehmoment aufwarten.
Lebende Sensoren
Zellsensoren: reagieren wie lebende Organismen auf Gifte und Schadstoffe
Siemens-Forscher entwickeln derzeit Zellsensoren, die als Frühwarnsystem für verschmutztes Wasser oder schlechte Luft eingesetzt werden sollen (siehe Sensoren). Die Zellen reagieren auf Abweichungen mit Veränderungen ihres Stoffwechsels, die gemessen werden können. Sie leben in einem Nährmedium auf einem Siliziumchip. Der Chip soll die Daten auswerten und sie an ein übergeordnetes Prozessleitsystem senden.
Schiff am Netz
In Lübeck wurde im August 2008 Deutschlands erste Landstromversorgung für Handelsschiffe in Betrieb genommen. Mit der Lösung beziehen Schiffe im Hafen ihren Strom über das örtliche Netz, statt ihn schadstoffreich mit Dieselaggregaten zu produzieren. Herzstück der Siemens-Landstromversorgungen ist das Siplink-System, das erstmals eine elektrische Verbindung von Schiffs- und Landnetz erlaubt, auch wenn die entsprechenden Frequenzen unterschiedlich sind.
Viele Vorteile: Der Netzanschluss senkt Emissionen, Treibstoffkosten und Lärm
Leuchtende Kunststoffe
Forscher von Osram und Siemens Corporate Technology haben weiße organische Leuchtdioden (OLED) entwickelt, die bei großer Helligkeit und geringem Stromverbrauch eine Lebensdauer von mehr als 5 000 Stunden erreichen. Ihnen gelang es damit, Robustheit und Leuchtstärke deutlich zu steigern. Die aktive Schicht von OLED ist hauchdünn und besteht aus Kunststoffen, die leuchten, wenn sie von Strom durchflossen werden. Flächig strahlende OLED könnten neben den Punktlichtquellen der LED die Beleuchtungstechnik revolutionieren: Mit OLED können künftig Lichttapeten und -kacheln, Lichthimmel und transparente Lichtwände geschaffen werden. Die Effizienz der OLED-Kachel von Osram beträgt 46 lm/W – dreimal so viel wie eine Glühlampe. Auch bei weißen LED haben die Forscher die Latte höher gelegt: Ihre neu entwickelte LED ist nur 1 mm² groß und hält den Weltrekord bei Helligkeit und Effizienz.
Neue Körpereinblicke
Mit einem von Björn Heismann aus Forchheim entwickelten Verfahren ist es erstmals möglich, über Kontrastmittel beim Computertomographen (CT) Körperfunktionen darzustellen. Bisher wurden dafür meist aufwändige und kostenintensive nuklearmedizinische Verfahren eingesetzt. Ausgangspunkt der Forschung war die Fähigkeit moderner CT-Geräte, die Energie von Röntgenstrahlen quantitativ zu detektieren und die Signale entsprechend auszuwerten, beispielsweise beim Siemens-System Somatom Definition mit zwei Röntgenquellen und zwei Detektoren. Zum einen erlaubt dies, auch von sehr schnell schlagenden Herzen scharfe Bilder zu bekommen und zugleich die Strahlenbelastung zu senken. Zum anderen eröffnet dieser CT die Möglichkeit, gleichzeitig zwei Datensätze mit unterschiedlichen Röntgenenergien zu gewinnen. Mit Hilfe des Kontrastmittels kann der Nutzer dann das abgebildete Gewebe differenzieren, charakterisieren und mit von Heismann entwickelten Algorithmen analysieren – etwa zur Tumorklassifizierung oder zur Charakterisierung von Gefäßablagerungen.
Backstube für Keramik
Bei Siemens Corporate Technology in München ist Dr. Wolfgang Rossner "Herr der Keramik". Im dortigen Kompetenzzentrum mischen der Werkstoffwissenschaftler und sein Team feinstes Keramikpulver zusammen, um daraus Materialien mit neuen Eigenschaften zu schaffen. Das besonders innovative an der Forschung ist, diesen Werkstoff von der atomaren Struktur ausgehend zu kreieren und die verschiedenen Materialkomponenten auf ihr jeweiliges Einsatzgebiet maßzuschneidern. Dass die Laborarbeit Basis bahnbrechender Produkte ist, haben die Siemens-Experten bereits Mitte der 90er-Jahre mit der Entwicklung einer speziellen Keramik für Röntgendetektoren bewiesen. Mittlerweile ist das Material unverzichtbarer Bestandteil der weltweit besten Röntgendetektoren. Die keramischen Werkstoffe stecken jedoch nicht nur in ultraschnellen Computertomographen, sondern machen auch viele andere Produkte effizienter und leistungsfähiger – das reicht von riesigen Turbinenschaufeln bis hin zu winzigen Leuchtdioden.
