Kooperation mit Fraunhofer

Kooperation mit Fraunhofer

Die Zusammenarbeit mit der Fraunhofer-Gesellschaft ist auf Grund ihrer Ausrichtung auf angewandte Forschung von besonderem Interesse. Im Rahmen des Pakts für Forschung und Innovation haben die Max-Planck-Gesellschaft und die Fraunhofer-Gesellschaft ihre Kooperationen gezielt in fachlichen und übergreifenden Bereichen fortgeführt und vertieft. Seit 2005 sind an der Schnittstelle zwischen angewandter Forschung und Grundlagenforschung zahlreiche Projekte identifiziert und in die Förderung aufgenommen worden. Sie stammen aus den Bereichen Informatik, Materialwissenschaften/Nanotechnologie und Biotechnologie sowie den Regenerativen Energien und der Photonik. Ziel ist es, durch diese Kooperationen die in der Grundlagenforschung gewonnenen Erkenntnisse zur Anwendung zu führen und damit einen direkten Beitrag zur Entwicklung neuer Technologien zu leisten.

CoAvatar – Kollaboratives räumliches Problemlösen

Teamarbeit soll künftig auch in der virtuellen Realität möglich sein, zum Beispiel bei der Konstruktion von Autos. Fahrzeugentwickler sitzen dabei oft zusammen und diskutieren etwa, wie Motor, Elektronik und Stauraum im Auto platziert werden sollen. Eine Software, die es ihnen erlaubt, das an einem virtuellen Modell auch gleich auszuprobieren, wollen Forscher im Projekt CoAvatar entwickeln. Ein besonderes Augenmerk legen sie dabei auf die Frage, welche Ansicht jeder einzelne Mitarbeiter im Display vor seinen Augen (kurz HMD für head-mounted display) sehen sollte, damit die Elemente nachher am sinnvollsten platziert sind: Soll allen Entwicklern dieselbe Perspektive vorgespielt werden, oder ist es besser, wenn sie wie in einem realen Modell, alle unterschiedliche Blickwinkel einnehmen. Um ähnliche Fragen geht es auch in einem zweiten Vorhaben von CoAvatar. Die Forscher möchten nämlich auch herausfinden, wie eine Rettungsmannschaft bei schlechter Sicht etwa durch Feuerrauch am effektivsten durch eine erweiterte Realität unterstützt werden kann, wenn sie ein Gebäude nach Opfern durchsucht: Reicht es, wenn allen Einsatzkräften ein Kompass in das Display einer Brille eingeblendet wird? Oder sollten sie auch Umrisse des Gebäudes sehen und darin sogar angezeigt bekommen, wo sich ihre Kollegen gerade befinden? Um Rettungskräfte und Autobauer möglichst gut zu unterstützen, untersuchen die Wissenschaftler zunächst die grundlegenden Prozesse, in denen Menschen räumliche Probleme wie Suchen oder Packen gemeinsam lösen. Auf Basis der Erkenntnisse, die sie dabei gewinnen, wollen sie Teamarbeit in virtuellen Räumen dann möglichst effektiv gestalten. Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik, Tübingen Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation, Stuttgart

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO
Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik, Tübingen

Laufzeit: 2017 – 2021

LightField – Wahrnehmungsorientierte Aufnahme, Verarbeitung und Darstellung von Lichtfeldern

Datenbrillen könnten uns künftig völlig neue Perspektiven auf die Welt eröffnen. Doch damit wir etwa ein Auto schon auf dem Bildschirm von verschiedenen Seiten betrachten oder Filmszenen aus mehreren Blickwinkeln folgen können, brauchen wir neue Möglichkeiten, Bilder aufzunehmen und zu verarbeiten. Die Forscher des LightField-Projektes möchten diese Möglichkeiten schaffen, indem sie Geräte und Software entwickeln, um Lichtfelder aufzunehmen und zu verarbeiten. Ein Lichtfeld enthält alle optischen Informationen, die wir wahrnehmen, wenn wir etwa durch ein großes Fenster auf eine Straßenszene blicken und dabei unsere Position verändern. Um in einer Datenbrille ähnlich viele optische Informationen zur Verfügung zu stellen, konstruieren die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS geeignete Kamerasysteme. Bei Aufnahmen mit solchen Kameras fallen immense Datenmengen an. Um das Datenvolumen auf ein handhabbares Maß zu reduzieren, steuern die Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Informatik die entsprechende Software bei. Die Software soll dabei auch entscheiden können, welchen Verarbeitungsweg sie wählen muss, damit ein Betrachter möglichst keine Qualitätsverluste bemerkt.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Max-Planck-Institut für Informatik

Laufzeit: 2015 - 2019

DiaNMR - Kernspinresonanzspektroskopie auf Nanoebene

Sensoren, die magnetische Felder auf wenige Nanometer genau messen, könnten zahlreiche Anwendungen finden. Zum Beispiel bei der Produktion von Festplattenspeichern, die immer mehr Daten aufnehmen sollen. Bei der Herstellung der magnetischen Speichermedien, die immer fehleranfälliger wird, je dichter die Daten darauf gepackt werden, könnten magnetische Nanosensoren genau ausmessen, welche Bereiche der Festplatte defekt sind. Diese ließen sich dann vom Schreib-Lesevorgang ausschließen, während die Festplatte an sich sehr wohl Verwendung findet. Das könnte den Ausschuss und die Kosten der Produktion deutlich senken.

Magnetische Nanosensoren, die das ermöglichen, gibt es mit Stickstoff-Fehlstellen in Diamanten bereits. Sie funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip wie Kernspintomografen in der Medizin. Die Wissenschaftler des DiaNMR-Projektes suchen nun einen Weg, die Stickstoff-Defekte in künstlichen Diamanten gezielt zu dosieren, um die Sensoren reif für eine breite Anwendung zu machen. Sie verfolgen dabei zwei Ansätze. Zum einen möchten sie winzige Diamanten erzeugen, in denen jeweils nur ein Defekt als Messsonde dient. Mit solch einem Sensor könnten Rasterkraftmikroskope Proben wie etwa magnetische Festplatten mit hoher Auflösung abtasten. Zum anderen arbeiten die Forscher an Diamantchips, die eine größere Zahl der Stickstoffdefekte enthalten. Solche Chips könnten in Fluoreszenzmikroskopen zum Einsatz kommen, da sich die Messwerte der einzelnen Defekte mit dem Laser des Mikroskops einfach auslesen lassen.

Solche Sensoren wären nicht nur für die Qualitätskontrolle von Festplatten nützlich, sondern auch, um in einem Messvorgang gleichzeitig Informationen über die räumliche Struktur und die chemische Zusammensetzung von Oberfläche gewinnen zu können. Sie könnten aber auch Kernspin-Untersuchungen an einzelnen Proteinen in lebenden Zellen und damit völlig neue Einblicke in die Funktionsweise von Proteinen ermöglichen.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF
Max-Planck-Institut für Festkörperforschung

Laufzeit: 2016 - 2019

PowerQuant – leistungsfähigere Faserlaser

Extrem starke Laser sind an vielen Stellen gefragt. Die Industrie braucht sie als effiziente Werkzeuge, etwa zum Schneiden, Schweißen oder für den 3D-Druck; die Wissenschaft nutzt sie als feinfühlige Messinstrumente. Laserlicht in einer Glasfaser zu verstärken, ist eine Möglichkeit, die Lichtintensität zu steigern. Doch diese Methode stößt an ihre Grenzen: Wenn die Lichtintensität stark steigt, wird das Intensitätsprofil des Lasers unregelmäßig verzerrt – der Laser rauscht. Das Maximum der Intensität liegt dann nicht mehr in der Mitte des Strahls, wo es sich Industrie und Wissenschaft wünschen, um präzise arbeiten zu können.

Um mit einem Faser-Laser sehr intensives Licht zu erzeugen, das nur noch so wenig rauscht wie es die fundamentalen Gesetze der Quantenphysik zulassen, verfolgen die Wissenschaftler von PowerQuant verschiedene Ansätze. So wollen sie das Laserlicht mit einem flexiblen Spiegel in die Glasfaser einspeisen, und so die Schwankungen im Intensitätsprofil ausgleichen. Hierzu haben sie eine Messmethode entwickelt, mit der sie ständig verfolgen, wie die Intensität in der Faser schwankt. Auf Basis der Messergebnisse ermitteln sie dann in Bruchteilen einer Sekunde die Steuerbefehle für den Spiegel.

Außerdem möchten die Forscher das Licht eines Lasers aufspalten, in mehreren Fasern statt in einer einzigen verstärken und die verschiedenen Strahlen dann wieder zusammenführen. Damit die besondere Eigenschaft eines Lasers, dass seine Lichtwellen alle im Gleichtakt schwingen, dabei nicht verloren geht, müssen sie extrem präzise arbeiten.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF
Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts

Laufzeit: 2016 - 2019

ZellMOS – Elektrisch selbstkontaktierende Zell-3D-Nanoelektroden auf CMOS

Leistungsfähigere und kleinere Implantate etwa für die Netzhaut oder die Cochlea könnten vielen Menschen das Leben erleichtern. Eine Voraussetzung dafür wollen Forscher des CMOS-Projekts schaffen. Sie möchten eine dauerhaft stabile elektronische Kopplung zwischen lebenden Zellen und Halbleiterschaltungen, genauer gesagt sogenannten Metall-Oxid-Halbleitern (CMOS), ermöglichen. CMOS-Bauelemente sind in der Elektronik heute Standard, weil sie eine hohe Dichte von Transistoren ermöglichen, energieeffizienter und weniger fehleranfällig sind als andere Techniken. Nervenzellen bauen jedoch keinen stabilen Kontakt zu ihnen auf.

Zwei Entwicklungen von Max-Planck- und Fraunhofer-Forschern sollen helfen, das zu ändern. Zum einen haben Max-Planck-Wissenschaftler entdeckt, dass Zellen einen über lange Zeit stabilen elektrischen Kontakt zu nadelförmigen Elektroden aufbauen, die dünner als 400 Nanometer sind. Solche Elektroden etwa aus dem Edelmetall Ruthenium nehmen die Zellen unbeschadet in ihr Inneres auf, während Nervenzellen heute üblicherweise nur von außen durch Elektroden kontaktiert werden und sich rasch wieder von solchen Kontakten lösen.

Fraunhofer-Forscher haben zum anderen einen Weg gefunden, dreidimensionale Nanostrukturen auf CMOS-Schaltungen zu integrieren. Das haben sie nun auch mit den nadelförmigen Nanoelektroden vor, um eine direkte und effiziente elektronische Verbindung zu Nervenzellen, die in beide Richtungen funktioniert und vor allem langfristig stabil bleibt, zu schaffen.

Beteiligte Institute:
Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS
Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart

Laufzeit: 2016 - 2020

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