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Dienstag, 19 Mai 2020 08:20

Brief aus England

von Dr. Anselm T. Kuhn
Geschätzte Lesezeit: 11 - 21 Minuten

Und nach der Pandemie?

Langsam aber sicher werden wir das Coronavirus besiegen. Wie ein Feuer wird es jedoch noch viele Monate lang weiter schwelen, wahrscheinlich mit erneuten kleineren lokalen Ausbrüchen. Nach einiger Zeit werden wir vielleicht einen Impfstoff haben.

Zu den medizinischen Aspekten möchte ich nur zwei Dinge sagen. Erstens, dass die deutsche Regierung in ganz Europa weithin bewundert wird, weil sie die Epidemie offenbar besser als jedes andere europäische Land bewältigt. Und zweitens, dass wir das Verhalten des Virus noch nicht vollständig verstanden haben. Es gibt die Vermutung, dass Menschen, die sich von der Infektion erholt haben, keine Immunität erlangen und daher erneut infiziert werden können – was höchst ungewöhnlich für Virenerkrankungen ist. Einige Politiker haben ihre Überlegungen auf die Entwicklung einer so genannten Herdenimmunität gestützt, bei der ein bedeutender Teil der Bevölkerung, sobald er einmal infiziert und wieder genesen ist, nicht mehr in der Lage ist, andere anzustecken. Dieses Denken wird seit langem auf Routineimpfungen von Kindern gegen Masern und andere Kinderkrankheiten angewandt. Wenn es aber der Fall ist, dass das Coronavirus diejenigen wieder infizieren kann, die sich zuvor erholt haben, wird die ganze Theorie der Herdenimmunität hinfällig. 

Die große Frage ist nun aber, wie anders wird die Landschaft sein, wenn die Epidemie abgeklungen ist? Die Frage lässt sich in mehrere Kategorien unterteilen. Die erste Frage ist, wie viele Unternehmen den Lockdown überleben werden. Das Gastgewerbe – Bars, Restaurants und Hotels – ist besonders anfällig, ebenso wie die Reisebranche. Allein die Fluggesellschaften fordern Hunderte von Millionen Euro von den Regierungen, ebenso wie kleine und große Unternehmen und auch Wohltätigkeitsorganisationen. Die zweite Frage ist, wie sich die während der Krise geänderten Gewohnheiten der Menschen auswirken. Viele kaufen jetzt online ein, dass die Supermärkte Mühe haben, die gestiegene Nachfrage zu bewältigen. Die Ärzte setzen sich per Telefon und Videoanrufen mit ihren Patienten auseinander. Schulen, Hochschulen und Universitäten bieten Vorlesungen und Unterricht über das Internet an. Im Fernsehen werden die meisten Gäste nicht mehr ins Studio eingeladen, sondern leisten ihre Beiträge über Videoanrufe. Zunehmend interagieren Radio- und Fernsehsender sowie gedruckte Zeitungen und Zeitschriften, darunter sicher auch die „Galvanotechnik“, über das Internet mit Autoren und Unternehmen. Warum die Kosten bezahlen für die Entsendung von Journalisten und Kameramännern über Hunderte von Kilometern, was vielleicht einen ganzen Tag dauert, wenn fast dasselbe mit einem Videoanruf erreicht werden kann? Und unzählige Millionen Arbeitnehmer erledigen ihre Arbeit von zu Hause aus. In all diesen Fällen besteht das Motiv vernünftigerweise darin, das Risiko einer Ansteckung entweder am Arbeitsplatz oder in einem überfüllten Bus oder Zug zu vermeiden. Aber wenn dieses Risiko abgeklungen ist, werden viele Menschen – nachdem sie sich selbst oder ihren Arbeitgebern bewiesen haben, dass diese neuen Arbeitsweisen machbar sind – versucht sein zu fragen, warum sie zu ihren früheren Gewohnheiten zurückkehren sollen? Die Arbeitgeber werden in vielen Fällen die gleiche Frage stellen. Es stimmt, dass manche Manager niemals glücklich sein werden, wenn der Arbeitnehmer nicht „unter dem Daumen“ ist. Es wird interessant sein, zu sehen, wie das zukünftig funktionieren wird.
 
Schließlich, aber sicher nicht zuletzt, stellt sich die Frage nach den Finanzen und der Wirtschaft. Alle Experten sind sich einig, dass wir eine Rezession erleben werden (von Ökonomen definiert als zwei aufeinander folgende Quartale negativen Wirtschaftswachstums). Die Frage ist nur, wie tief diese Rezession sein wird. Die Vorhersagen reichen von minus 6 % bis minus 30 %. Die meisten Regierungen zahlen enorme Geldsummen als Darlehen oder Zuschüsse aus, um Unternehmen und Arbeitnehmer zu unterstützen. Früher oder später wird dieses Geld entweder zurückgefordert werden müssen oder abgeschrieben werden, wodurch die Staatsverschuldung steigt. Und schließlich stellt sich die Frage, wer die Verluste tragen soll. Wenn zum Beispiel ein Restaurant während der Pandemie gezwungen ist, zu schließen, wird es kein Einkommen haben. Wie soll es dann den Vermieter bezahlen? Es wird riesige Verluste geben, und die Frage wird sein, wer sie tragen soll. Ich habe nur eine traurige Vorhersage – nämlich, dass die Anwälte einen Boom erleben werden, wenn die Regierungen keine präzisen Regeln aufstellen.
 
Gibt es in diesem düsteren Bild einen Silberstreif am Horizont? Wenn, wie ich oben angemerkt habe, Millionen von Menschen ihr neues Muster, von zu Hause aus zu arbeiten, fortsetzen, könnte es enorme Einsparungen geben. Die Straßen und öffentlichen Verkehrsmittel werden weniger überfüllt sein. Es wird weniger Luftverschmutzung und eine geringere Nachfrage nach Infrastrukturinvestitionen geben. Was die Bildung auf allen Ebenen betrifft, so ist der Unterricht über das Internet weitaus effizienter, so dass die Kosten für die Bildung erheblich gesenkt werden könnten. Es gibt bereits Vorschläge, dass Manager in der Industrie, die über verstärkte Investitionen in die Automatisierung nachgedacht haben, dazu gedrängt werden, dies endlich zu tun. Roboter fangen sich keine Infektionen ein und er-möglichen es den Arbeitern in einigen Fällen, in sicherer Entfernung voneinander zu arbeiten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kosten dieser Pandemie enorm sein werden, aber wenn sie uns zu Produktivitätssteigerungen ermutigt, wird dies zumindest einen Teil dieser Kosten ausgleichen. 
 

Und es könnte einen weiteren Vorteil geben. Wir importieren bereits so viel, hauptsächlich aus China. Diese Pandemie hat die Vorteile von Produkten aus heimischer Wirtschaft gezeigt. Wir sollten weniger importieren und mehr herstellen, sowohl in Deutschland als auch in Europa. Vielleicht werden uns die jüngsten Ereignisse dazu drängen.

Sorgen um die Gesundheit? Die intelligente Toilette wartet auf Sie

Abb. 1: Die neuentwickelte Toilette erkennt den Nutzer und analysiert dessen Stuhl und UrinAbb. 1: Die neuentwickelte Toilette erkennt den Nutzer und analysiert dessen Stuhl und UrinÜber die Gesichtserkennung ist schon viel geschrieben worden, aber die Erfinder eines neuen Gesundheitsüberwachungssystems hoffen, das, was man als Technologie am anderen Ende der Skala bezeichnen könnte, nutzbar zu machen. Eine intelligente Toilette (Abb. 1) ist das Geistesprodukt von Wissenschaftlern der Universität Stanford und soll als „wohlwollender Big Brother“ fungieren. Sie wird die täglichen Ausscheidungen analysieren und nach Warnzeichen von Krankheiten einschließlich bestimmter Krebsarten suchen. Um dies effektiv zu tun, muss sie wissen, welches Mitglied eines Haushalts für jede Stichprobe verantwortlich ist. Dies wird durch ein kameragestütztes Computersystem erreicht, das in der Lage ist, ein Hinterteil von einem anderen zu unterscheiden. „Es geht darum, ein präzises, individuelles Gesundheitsfeedback zu geben, deshalb mussten wir sicherstellen, dass die Toilette zwischen den Benutzern unterscheiden kann“, sagte Sanjiv Gambhir, Professor und Vorsitzender der Radiologie in Stanford. Sein Team stellte zunächst einen Spülhebel her, mit dem Fingerabdrücke gelesen werden konnten. Sie stellten jedoch fest, dass diese Methode nicht ganz narrensicher war. Was, wenn eine Person die Toilette benutzte, aber eine andere spülte?
 
Also fügten sie einen kleinen Scanner hinzu, der ein Bild von der Rückseite jedes Benutzers erfasst. Die Scans dienen lediglich als Erkennungssystem. „Niemand, weder Sie noch Ihr Arzt, wird die Scans sehen“, versprechen die Forscher.
Auf der Toilette können verschiedene Tests durchgeführt werden, die eine Reihe von Krankheitsmarkern in Stuhl und Urin erkennen können. Die Investoren glauben, dass die Toilette für diejenigen attraktiv sein könnte, die genetisch für Krankheiten wie Reizdarmsyndrom, Prostatakrebs oder Nierenversagen prädisponiert sind und die ihre Gesundheit im Griff behalten wollen.
 
Die Technologie, mit der die Tests durchgeführt werden, kann in eine bestehende Toilette eingebaut werden. „Es ist so ähnlich wie beim Kauf eines Bidet-Zusatzes, der direkt in die bestehende Toilette eingebaut werden kann“, sagte Professor Gambhir. „Und wie ein Bidet hat es kleine Erweiterungen, die verschiedene Zwecke erfüllen.“
 
Das Kit könnte ein paar hundert Euro kosten, und eine Version, die bestimmte Krebsarten erkennen kann, könnte in drei bis fünf Jahren erhältlich sein, sagen die Forscher.
Urin- und Stuhlproben werden auf Video erfasst und mit einer Reihe von Algorithmen verarbeitet, die normale „Urodynamik“ (Flussrate, Flussdauer und Gesamtvolumen, neben anderen Parametern) und Stuhlkonsistenzen von potenziell ungesunden unterscheiden können.
 
Die Toilettenanlage führt auch verschiedene „Peilstabtests“ durch, um Merkmale wie die Anzahl der weißen Blutkörperchen und den Eiweißgehalt zu messen. Es konnten Krankheiten wie Diabetes, Blasen- und Niereninfektionen sowie Nieren- und Blasenkrebs erkannt werden.
 
„Jeder benutzt täglich die Toilette, das lässt sich wirklich nicht vermeiden. Und gerade das steigert ihren Wert als Krankheitserkennungsgerät … Die intelligente Toilette ist die perfekte Möglichkeit, eine Datenquelle zu nutzen, die normalerweise ignoriert wird, und der Benutzer muss sich keinen Untersuchungen unterziehen.“
 
Quelle: Park, S., Won, D. D., Lee, B. J. et al. „A mountable toilet system for personalized health monitoring via the analysis of excreta“. Nat Biomed Eng (2020). https://doi.org/10.1038/s41551-020-0534-9
 

Überschall-Passagierflugzeug: Zurück in die Zukunft 

Abb. 2: Der Todesflug der Air France Flug 4590 auf dem Flughafen Charles de Gaulle, Paris Juli 2000Abb. 2: Der Todesflug der Air France Flug 4590 auf dem Flughafen Charles de Gaulle, Paris Juli 2000Europa führte vor einem halben Jahrhundert mit der englisch-französischen Concorde die Welt im zivilen Überschallflug an, aber es war keine glückliche Geschichte. Die Flugzeuge selbst waren nicht wirtschaftlich, sie waren unglaublich laut, und die USA untersagten den Überschallflug über ihrem Territorium. Das Projekt fand ein tragisches Ende, als eine Concorde der Air France, Flug 4590, mit hauptsächlich deutschen Touristen, im Juli 2000 unweit von Paris in Flammen abstürzte. Es gab keine Überlebenden. Abbildung 2, so schlimm sie auch ist, bleibt uns in Erinnerung. Seitdem gab es keine ernsthaften Versuche europäischer Unternehmen, den zivilen Überschallflug wiederzubeleben. Eine weitgehend parallele Entwicklung war in der UdSSR zu beobachten, wo 16 Flugzeuge vom Typ Tupolev Tu144 hergestellt wurden. Zwei davon stürzten ab, eines davon dramatisch auf dem Pariser Luftfahrtsalon. Der letzte Flug fand 1999 statt. Die Tu144 war der Concorde auffallend ähnlich, und es gab viele Vorwürfe der Wirtschaftsspionage. In Bezug auf Militärflugzeuge ergibt sich ein ganz anderes Bild, und viele Nationen besitzen Überschall-Düsenjäger. Infolgedessen gibt es nach wie vor einen großen Fundus an Fachwissen im Zusammenhang mit Überschallflügen, einschließlich des Verständnisses des „Schallbooms“ und der Frage, wie der Lärmpegel gesenkt werden kann. Während es in Europa wenig Enthusiasmus für eine Wiederbelebung des Überschallflugs zu geben scheint, hat es in Amerika viele Aktivitäten gegeben, und es scheint, dass wir an der Schwelle zu einer neuen Ära des Überschall-Passagierfluges stehen. Die US-Regierung hat nun die zulässigen Lärmpegel (leicht) gelockert, obwohl der Überschallflug über den USA selbst weiterhin verboten bleibt.
 
Es gibt jetzt mindestens drei US-Firmen, die Überschall-Passagierflugzeuge entwickeln. Am weitesten fortgeschritten ist die „Overture“ (Abb. 3), ein dreistrahliger Jet, von Boom Aircraft (www.boomsupersonic.com). Er fasst 55 bis 75 Passagiere und ist für eine dreistündige Reise von New York nach London mit einer Geschwindigkeit von Mach 2,2 oder 2730 km/h ausgelegt. Das geplante Datum für die Indienststellung ist um 2025, und das Flugzeug wird viel geringere Schallemissionen als die Concorde haben. 30 Flugzeuge sind von Virgin und Japan Airlines bestellt worden. Die kleinere Spike S512 ist für 12 bis 18 Passagiere bei einer Geschwindigkeit von Mach 1,6 ausgelegt und die Entwickler behaupten, dass dies das einzige Flugzeug ist, das keinen großen Überschallknall hat. Ihre Ziele sind noch ehrgeiziger, denn bereits im Jahr 2023 will man mit Passagierflügen beginnen (https://www.spikeaerospace.com). Am bescheidensten ist die Aerion Supersonic AS2 mit 12 Sitzplätzen und einer Fluggeschwindigkeit von Mach 1,4. (www.aerionsupersonic.com). Dieses Flugzeug wird von dem GE-„Affinity“-Düsentriebwerk angetrieben. 
 
Abb. 3: Die dreimotorige Ouvertüre, die Mitte der 2020er Jahre in Dienst gestellt werden soll, wird von Boom Supersonic entwickelt.Abb. 3: Die dreimotorige Ouvertüre, die Mitte der 2020er Jahre in Dienst gestellt werden soll, wird von Boom Supersonic entwickelt.Es versteht sich von selbst, dass die „grüne Lobby“ über diese Entwicklungen zutiefst unglücklich ist. All diese neuen Modelle werden weit mehr CO2 pro Passagier-Kilometer ausstoßen als die neuesten Airbus-Modelle. Einige behaupten, dass ihre Düsentriebwerke mit Biotreibstoff betrieben werden – aber derzeit ist bei weitem noch nicht klar, ob ein ausreichender Vorrat an Biotreibstoff für Düsentriebwerke zur Verfügung stehen wird (oder wie viel das kosten würde). Und Virgin hat, wie ich feststelle, 30 Flugzeuge mit JAL bestellt. Aber die australische Fluggesellschaft Virgin Australia ist vor einigen Wochen in Konkurs gegangen, und Virgin Atlantic hat erklärt, dass sie zusammenbrechen wird, wenn sie nicht einen Kredit von 500 Millionen Euro von der britischen Regierung erhält, von dem viele glauben, dass sie ihn nicht erhalten sollte, da sie zu 49 % im Besitz der US-amerikanischen Delta Airlines ist. Dies sind keine guten Zeiten für Fluggesellschaften! Und schließlich gibt es diejenigen, die glauben, dass der Überschallflug mit der Zeit durch Hyperschallraketen ersetzt wird, die mit luftatmenden Triebwerken ausgestattet sind und in Höhen nahe der Grenze der Erdatmosphäre fliegen.
 

Fahrerlose Transportsysteme für schwere und leichte Lasten

Viele von uns haben Bilder von AGVs (Automatic Guided Vehicles – automatisch gelenkte Fahrzeuge) gesehen, die in den Lagern von amazon und zunehmend auch in anderen Industrie- und Lagerumgebungen eingesetzt werden. Diese sind jetzt bei Firmen wie Mir (Mobile Industrieroboter) mit Sitz in Odense, DK, leicht erhältlich. Ihr neuer autonomer mobiler Roboter MiR250 (AMR) (Abb. 4) ist ein wendiges, schnell ladendes, kostengünstiges Mittel zum Transport von Nutzlasten von bis zu 250 kg auf Grundstücken wie Fabriken, Lagerhäusern und Gesundheitseinrichtungen – im Wesentlichen für alle Unternehmen, die eine Automatisierung ihrer internen Logistik anstreben. Dank seiner kompakten Abmessungen und der speziell entwickelten Wendigkeit kann sich der MiR250 unter Objekten hindurch  und in engen Räumen bewegen und schnell Kurven nehmen.

Abb. 4: Das automatisch geführte Fahrzeug Mir 250Abb. 4: Das automatisch geführte Fahrzeug Mir 250Die interne Logistik stellt für viele Unternehmen aufgrund der Häufigkeit und Einheitlichkeit der Aufgaben, verbunden mit einem Mangel an qualifizierten Arbeitskräften, einen Engpass dar. Gegenwärtig ist ein bemerkenswerter Anstieg der Nachfrage nach Robotern zu verzeichnen, die in Umgebungen mit einer hohen Anzahl von Hindernissen, einschließlich Menschen, arbeiten können.

Kurz gesagt, der Nutzen eines Roboters wächst in direktem Verhältnis zu seiner Wendigkeit, und genau aus diesem Grund hat die Firma MiR, ein Spezialist auf dem Sektor von kollaborativen mobilen Robotern, der in Großbritannien durch Raruk Automation vertreten ist, den MiR250 entwickelt.

Mit einer Geschwindigkeit von 7,2 km/h (2 m/s) und der Möglichkeit, sowohl statische als auch dynamische Hindernisse zu umfahren, hat dieses jüngste Mitglied der AMR-Palette des Unternehmens ein kürzeres (800 mm) und niedrigeres (300 mm) Design, so dass es auch auf begrenztem Raum navigieren kann. Beispielsweise kann sich der MiR250 durch Türöffnungen mit einer Breite von nur 800 mm bewegen.

Der MiR250 eignet sich für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen, da mehrere Standardkomponenten aus hoch belastbaren Werkstoffen gebaut wurden, wodurch die Lebenserwartung verlängert wird. Darüber hinaus wurde die Anzahl der Stunden, die der Roboter pro 24-Stunden-Zeitraum arbeiten kann, op-timiert, vor allem weil der MiR250 doppelt so schnell geladen werden kann wie die anderen kleineren mobilen Roboter des Unternehmens. Diese Fähigkeit entspricht einer zusätzlichen Betriebszeit von drei Stunden pro 24-Stunden-Zeitraum für einen Roboter, der rund um die Uhr im Einsatz ist, was dazu beiträgt, die Logistikabläufe noch weiter zu rationalisieren.

Wie alle AMRs des Unternehmens ist auch der MiR250 so konzipiert, dass er ohne externe Sicherheitsmaßnahmen in Zusammenarbeit mit Menschen funktioniert. Aus diesem Grund ist das Gerät (serienmäßig) mit mehr integrierten Sicherheitsfunktionen ausgestattet als jeder andere mobile Roboter.

Die einfache Handhabung ist ein weiterer Vorteil. Der MiR250 kann über die benutzerfreundliche Roboterschnittstelle programmiert werden, auch von Personen ohne jegliche Vorkenntnisse. Ein schneller und kosteneffizienter Einsatz ist ebenfalls gewährleistet, ohne dass es zu Unterbrechungen der Prozesse oder des Layouts kommt. Dazu werden einfach CAD-Dateien auf den Roboter geladen oder per Laserscanner eine Karte des Laufwegs erstellt. Der Roboter wählt immer den effizientesten Weg und berechnet bei Bedarf automatisch alternative Routen.

Abb. 5: AGV (Automatic Guided Vehicle) mit 100 Tonnen LastAbb. 5: AGV (Automatic Guided Vehicle) mit 100 Tonnen LastFür diejenigen, die eine ganze Flotte mobiler Roboter brauchen, um ihre Arbeitsabläufe noch weiter zu optimieren, können zusätzliche Roboter hinzugefügt werden. Darüber hinaus wird der Verkehrsfluss zwischen den Robotern effizient koordiniert.

Vor allem die offene Plattform des MiR250 erlaubt es, ihn mit verschiedenen Aufsatzmodulen auszustatten, wie z. B. mit dem neuen out-of-box MiR Shelf Carrier. Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei diesem Standardmodul um eine Verankerungsvorrichtung, die es dem MiR250 ermöglicht, Regale, Wagen und andere Gegenstände zu sammeln und abzuliefern.

Der neue MiR Shelf Carrier ergänzt bestehende Module im Sortiment, wie zum Beispiel Aufzüge, die Paletten aufnehmen und transportieren. Mit diesen Produkten erhalten Anwender eine CE-gekennzeichnete Komplettlösung, die bereit ist, die Produktivität in einer Vielzahl von Anwendungen in den Bereichen Fertigung, Logistik und Service zu optimieren. Für diejenigen, die mit elektronischen Komponenten oder Geräten arbeiten, ist auch eine ESD-Version des MiR250 erhältlich.

Die Abbildungen 5 und 6 zeigen die „großen Brüder“ des MiR250. Diese Fahrzeuge verfügen über 100 Ton-nen Ladekapazität und mehr. Das neueste AGV-Navigationssystem verwendet Werkskonturen wie Wände und andere feste Objekte, um die Anlage während der Inbetriebnahme zu kartieren.

Aufnahme- und Abgabepunkte werden dann einprogrammiert, um ein vollständiges Bild der Route zu erhalten, und am Boden angebrachte Referenzscheiben können verwendet werden, um die Positionsinformationen punktgenau zu liefern.
 
Abb. 6: Bewegen einer Eisenbahn-LokomotiveAbb. 6: Bewegen einer Eisenbahn-LokomotiveMit einer Kombination aus moderner Batterietechnologie, flachen Rädern mit hoher Kapazität und Motoren können Lasten von bis zu 100 t programmiert und sicher und automatisch durch eine komplexe Reihe von Bewegungen geführt werden, um einer Vielzahl von Montageprozessen gerecht zu werden.
 
Das Lösen von FTS wird nicht durch Schleppschläuche, Drähte oder Kabel behindert, und das integrierte Batteriesystem kann automatisch geladen werden, während die Einheiten stationär sind, was ihnen eine theoretisch unbegrenzte Reichweite verleiht. An allen Ecken des FTS sind Sicherheitsscanner angebracht, die je nach erkanntem Hindernis abbremsen oder anhalten können. Diese Schwerlast-AGVs verwenden entweder Räder oder Luftkissen oder beides und können eine kostengünstige Alternative zu Brückenkranen oder Portalen sein.
 

Coronavirus – Gute Nachrichten für Robotik-Unternehmen 

Abb. 7: UV-Desinfektionsroboter von UVD Robotics in einem KrankenhausAbb. 7: UV-Desinfektionsroboter von UVD Robotics in einem KrankenhausEs gibt ein zynisches Sprichwort: „Lass eine Krise nie ungenutzt verstreichen“, und zweifellos ist die gegenwärtige Pandemie für viele Robotikunternehmen eine gute Nachricht. Insbesondere Reinigungs- und Desinfektionsaufgaben bieten sich für die Robotik geradezu an. Die dänische Firma UVD Robotics gehört zu den Marktführern; Abbildung 7 zeigt ihren Ultraviolett-Desinfektionsroboter, der jetzt zu-nehmend in Krankenhäusern zu finden ist. Es wird behauptet, dass diese Systeme 99,99 % der Krankheitserreger vernichten.
 
Das US-amerikanische Unternehmen Germ Falcon hat ein ähnliches Produkt für die Innenausstattung von Flugzeugen (www.germfalcon.com), während das chinesische Unternehmen TMIRob ein mobiles Roboterchassis herstellt, das so konfiguriert werden kann, dass es verschiedene medizinische Funktionen einschließlich der UV-Desinfektion übernehmen kann. Ein Weißbuch von ABI Research sagt voraus, dass die Covid-19-Pandemie bis 2021 einen 23 Milliarden US-Dollar schweren Markt für Robotik schaffen wird. Das Weißbuch ist kostenlos erhältlich unter: https://go.abiresearch.com/lp-taking-stock-of-covid-19?utm_source=media&utm_medium=email.
 

Schlechter lokaler Wi-Fi-Empfang?

Eine neu entwickelte, Wi-Fi verstärkende intelligente Oberfläche könnte den Arbeitnehmern helfen, die weit weg von der Quelle sitzen. Ingenieure der Universität von Kalifornien San Diego haben deshalb diese intelligente Oberfläche entwickelt, die Signale an toten Punkten verfügbar machen und auch die bestehende Verbindung doppelt so schnell machen könnte. Das Gerät (Abb. 8) kann an der Wand befestigt werden, „so wie man ein Gemälde aufhängt, um die Wi-Fi-Konnektivität zu Hause oder im Büro zu verbessern“, so Dinesh Bharadia, Professor für Elektro- und Computertechnik an der UC San Diego Jacobs School of Engineering.
 
Abb. 8: Eine intelligente Oberfläche zur Erhöhung der Wi-Fi-SignalstärkeAbb. 8: Eine intelligente Oberfläche zur Erhöhung der Wi-Fi-SignalstärkeDie Technologie könnte sowohl Mitarbeitern, die aus der Ferne arbeiten, als auch Studenten, die aus der Ferne unterrichtet werden, zugute kommen. Sie könnte auch die Interferenzen aus den Wi-Fi-Netzwerken der Nachbarn reduzieren, was das Arbeiten oder Lernen von zu Hause aus für alle einfacher machen würde. In Tests in Innenräumen erweiterte die intelligente Oberfläche die Wi-Fi-Reichweite von 30 auf 45 Meter. Sie verdoppelte auch die Datenrate in Gebieten, die bereits ein Signal empfangen.
 
Das Gerät kann mit handelsüblichen Wi-Fi-Geräten verwendet werden, und man braucht keine spezielle Ausrüstung, damit es funktioniert. Die Technologie hat eine so geringe Leistung, dass sie mit einer Knopfzellenbatterie ein Jahr lang halten könnte. Die Oberfläche bietet den verbesserten Signalvorteil eines großen Arrays, ohne dass der Access Point oder eines der Geräte modifiziert werden muss.
 
Die intelligente Oberfläche ist eine 10 Zentimeter × 30 Zentimeter große Leiterplatte mit 48 kleinen Antennen. Diese Antennen kombinieren und reflektieren eingehende Wi-Fi-Signale von einem Router oder Zugangspunkt, um einen völlig neuen Weg für die Signale zu schaffen. Dieser neue Pfad oder Datenstrom ist genauso stark wie der ursprüngliche Pfad, der vom Router oder Zugangspunkt kommt.
 
Das Hauptmerkmal dieser Technologie ist, dass sie einen zweiten Datenstrom erzeugt, der zum Handy oder einem anderen Wi-Fi-verbundenen Gerät geht. So kann man nicht nur Konnektivität in Bereichen erhalten, in denen kein Signal vorhanden ist, sondern man erhält auch die doppelte Datenrate in Bereichen, in denen bereits Konnektivität vorhanden ist.
 
Ermöglicht wird dies durch innovative Hardware und Algorithmen, die das Team entwickelt hat. Jede Antenne ist so programmiert, dass sie die Phase des eingehenden Signals oder der Radiowelle, die sie empfängt, so einstellt, dass alle von der Oberfläche reflektierten Wellen am Empfänger die gleiche Phase haben. Diese Wellen verschmelzen dann zu einer einzigen verstärkten Radiowelle.
 
„Zu Beginn werden die Antennen mit eingehenden Signalen unterschiedlicher Phasen getroffen, so dass man ein reflektiertes Signal erhält, das schwach oder gar kein Signal ist. Es ist wie das Addieren von 1 und –1. Aber indem wir alle –1-Phasen in +1 ändern, erhöhen wir die Signalstärke“, so Manideep Dunna, Doktorand der Elektrotechnik und Computertechnik an der UC San Diego im Labor von Bharadia. Die Forscher gehen davon aus, dass diese Einrichtung kostengünstig zu implementieren sein wird. Die Massenproduktion der Leiterplatten könnte nur 5 Dollar pro Stück kosten. In zukünftigen Studien wird das Team untersuchen, ob die Kombination mehrerer intelligenter Oberflächen die Datenrate weiter verbessern kann. Könnte eine weitere Verdreifachung der Datenrate möglich sein? Und könnte eine weitere die Datenrate vervierfachen? Es wäre interessant, das herauszufinden. Das Team arbeitet auch daran, die intelligente Oberfläche flexibel zu machen. 
 

Fortschritte bei elektrisch leitfähigen Kunststoffen 

Abb. 9: Neutraler und kationischer Zustand eines leitenden PolymersAbb. 9: Neutraler und kationischer Zustand eines leitenden PolymersDas Aufdrehen von Atomketten in einem Kunststoffpolymer verbessert dessen Fähigkeit, Elektrizität zu leiten, so ein Bericht von Forschern unter Leitung des angewandten Physikers Hisaaki Tanaka von der Universität Nagoya in der Zeitschrift Science Advances. Die Erkenntnisse könnten dazu beitragen, die Entwicklung tragbarer Stromquellen für eine große Anzahl von Internet-der-Dinge-Geräten zu beschleunigen.
 
Es wird erwartet, dass die „intelligenten“ Gesellschaften der Zukunft eine große Anzahl elektronischer Geräte enthalten werden, die über das Internet miteinan-der verbunden sind: das sogenannte Internet der Dinge. 
 
Wissenschaftler haben nach Möglichkeiten gesucht, Körperwärme zum Aufladen einiger Arten von Mikrogeräten und Sensoren zu nutzen, aber dies erfordert leichte, ungiftige, tragbare und flexible thermoelektrische Generatoren.
 
Kunststoffe, die Elektrizität leiten können, so genannte leitende Polymere, könnten diese Forderung erfüllen, aber ihre thermoelektrische Leistung muss verbessert werden. Ihre dünnen Filme weisen stark ungeordnete Strukturen auf, die aus kristallinen und nicht-kristallinen Teilen bestehen, was es notorisch schwierig macht, ihre Eigenschaften zu verstehen und so Wege zur Optimierung ihrer Leistung zu finden.
 
Professor Tanaka arbeitete mit Kollegen in Japan zusammen, um die thermoelektrischen Eigenschaften eines hochleitfähigen Polymers auf Thiophenbasis, genannt PBTTT, zu verstehen. Sie dotierten das Polymer mit einem dünnen Ionen-Elektrolytgel, von dem bekannt ist, dass es die Leitfähigkeit verbessert. Das Gel infiltriert das Polymer nur dann erfolgreich, wenn eine bestimmte elektrische Spannung angelegt wird.
 
Das Team verwendete eine Vielzahl von Messtechniken, um die elektronischen und strukturellen Veränderungen des Polymers beim Dotieren zu verstehen. Man fand heraus, dass die PBTTT-Kette ohne das Elektrolytgel stark verdreht ist. Die Dotierung mit einer kritischen Menge Elektrolyt entwirrt die Kette und schafft Verbindungen zwischen ihren kristallinen Teilen, wodurch die Elektronenleitfähigkeit verbessert wird.
 
Die Wissenschaftler berichten, dass die Bildung dieses miteinander verbundenen leitfähigen Netzwerks die maximale thermoelektrische Leistung des Polymers bestimmt, was sie in dieser Studie eindeutig beobachten konnten.
 
Jetzt sucht man nach Möglichkeiten, die thermoelektrische Leistung von dünnen, leitfähigen Polymeren durch Materialdesign und Änderung der Herstellungsbedingungen zu optimieren.
 
Quelle: Hisaaki Tanaka et al. Thermoelectric properties of a semicrystalline polymer doped beyond the insulator-to-metal transition by electrolyte gating, Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aay8065
 

Anschrift des Verfassers

Dr. Anselm T. Kuhn, c/o Metal Finishing Services Ltd., 105 Whitney Drive, Stevenage, Herts, SG14BL/England; Fax: +44/1438-906306, 
E-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
 
Anmerkung der Redaktion: Die im „Brief aus England“ abgedruckten politischen Inhalte müssen nicht der Auffassung von Verlag und Redaktion entsprechen, sondern sind die persönliche Meinung des Verfassers.
 

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  • Ausgabe: 5
  • Jahr: 2020
  • Autoren: Dr. Anselm T. Kuhn

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