Dirt Eater
Der alte Mann, der gerade noch mit Hank Billard gespielt hat, kommt auf dich zu. Aus der Nähe betrachtet bestätigt sich deine Vermutung: dieser Typ ist tatsächlich uralt! Langsam und tattrig schlurft er in deine Richtung, wobei er mechanisch seine Pfeife von einem Mundwinkel in den anderen befördert. Als er dich erreicht, grinst er dich an - scheinbar nur, um dir zu zeigen, dass er tatsächlich noch Zähne besitzt. Du bist dir aber ziemlich sicher, dass er das nicht mehr lange von sich behaupten kann. Als er anfängt zu sprechen, weißt du nicht, was dich mehr fasziniert: das Knarzen in den Stimmbändern oder der Geruch, der dir entgegenströmt. Höflich kratzt du dich an der Nase, um schlimmeres abzuwehren.
"Wenn du mir ein Bier ausgibst, erzähl' ich dir, wie diese Scheißwelt zu dem geworden ist, was sie jetzt ist! Weißt du, ich bin nämlich Wissenschaftler und hab' deswegen Ahnung davon..."
Hilfesuchend versuchst du, Hanks Blick zu kreuzen, aber der guckt nur demonstrativ an die Decke. Sein breites Grinsen kannst du dennoch erkennen. Hinter dir hörst du Larry sagen: "Zieh's nicht so ewig in die Länge, Matt. Ich mach' in fünf Stunden zu."
"Ach, hör doch auf! Ich bin der einzige hier in dieser miesen Spelunke, der auch nur annähernd was interessantes zu erzählen hat! Laß gefälligst unseren Gast hier entscheiden, ob er erfahren möchte, wie die Weichen für die heutige Technik schon im letzten Jahrhundert gestellt wurden." Seine Erwiderung mit einem infernalen Hustenanfall beendend schaut Matt dich erwartungsvoll an.
Irgendwie willst du diesen alten Mann nicht enttäuschen, bestellst also zwei weitere Bier und machst es dir auf dem Holz-Barhocker so gemütlich wie möglich...

Februar 2008

Neuroheadset
Anfänge des Trideo

Januar 2008

Kontaktlinsen Displays
Die erste Cyberware
Anfänge der WiFi-Welt

November 2007

Auf dem Weg zur Nanomaschine

Juni 2007

Ein Chip für die Balance
Zelle mit Kabelanschluss

April 2007

Schleim für die künstlichen Nasen
Spiderman-Anzug bald für jedermann?

März 2007

Mini-Chip lässt Blinde Schemen sehen

Januar 2007

Voll einsatzbereit dank Titan


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Neuroheadset

26.02.2008

Ich denke, also spiel' ich

Gehören auch Sie zu den Zeitgenossen, die es mit dem Konsolen-Controller in der Hand nicht über die zwölfte Sekunde von Level 1 hinausschaffen? Die US-Firma Emotiv verspricht Ihnen das Ende aller Game-Frustrationen - mit einem Helm, der uns Spiele mit bloßen Gedanken steuern lässt.

Ist das nun ein Durchbruch oder ein verfrühter Aprilscherz? Die US-Firma Emotiv will einen Helm entwickelt haben, mit dem sich Spiele nur per Gedankenkontrolle steuern lassen. Noch in diesem Jahr, verspricht das Unternehmen, soll das ungewöhnliche Steuergerät auf den Markt kommen.

Das sogenannte Neuroheadset soll dabei sowohl die Signale der bewussten Hirnströmungen aufspüren als auch unbewusste Gefühle erkennen, wie die Firma bei der Vorstellung des Geräts auf der Game Developers Conference in San Francisco mitteilte. Das klingt wie Science Fiction - genau so nahm man vor Jahren auch Cyber-Handschuhe oder Virtual-Reality-Brillen wahr. Auch die sind bis heute vor allem Gimmicks: Wirklich komplexe Aufgaben und schnelle Reaktionen erledigt man noch immer besser mit herkömmlichen Controllern.

So wird das Headset auch zusammen mit einem eigens von Emotiv entwickelten Spiel ausgeliefert, es soll aber auch mit anderen PC-Spielen funktionieren. Emotivs "Epoc"-Helm kann man also zumindest als "Proof of Concept" sehen: Er beweist, was technisch möglich ist.

Durchaus ernst nimmt aber auch IBM die Sache: Gemeinsam mit Emotiv sollen Anwendungen entwickelt werden, die über Computerspiele hinausgehen. Die Technik der Steuerung mit Gehirnströmen könne nicht nur Spiele, sondern die ganze Interaktion von Mensch und Computer verändern, sagte Paul Ledak von IBM. Denkbar wäre auch der Einsatz im therapeutischen Bereich, um beispielsweise durch Unfälle eingeschränkte Fähigkeiten wieder zu fokussieren und zu trainieren - ähnlich, wie die Wii in vielen Rehabilitationszentren und Altenheimen eingesetzt wird, um motorische Fähigkeiten zu trainieren.

Weniger komplex als man denkt

Die grundsätzliche Funktionsweise des Neuro-Headsets scheint plausibel: In einer Kalibrierungsphase setzt der Spieler quasi selbst fest, was für eine Form von Befehl für was für eine Art von Bewegung stehen soll. Der Epoc braucht also nicht mehr leisten als einen Vergleich grundsätzlicher grober Muster, um das Wollen des Spielers in Bewegung umzusetzen.

Dabei kommen natürlich auch nur relativ grobe Bewegungsmuster heraus: Epoc-Spiele dürften vom Reiz leben, virtuelle Objekte per Gedanke zu kontrollieren, zu bezwingen - das Ding ist für Konzentrationsspiele gemacht, und nicht, um Raumschiffe fleißig ballernd mit Highspeed durch virtuelle Universen zu lenken. Spaß machen könnte das durchaus trotzdem: Produkte vom Gehirn-Jogging-Konzentrationsspiel bis zu einfacheren Wii-Spielen, bei denen es auch nur darum geht, Objekte innerhalb bestimmter Parameter von A nach B zu befördern, gehörten zu den Bestsellern des vergangenen Jahres.

Was Epoc also nicht leisten muss, ist eine Übersetzung von Hirnströmungen in die entsprechenden Aktionen, die normalerweise damit verbunden wären. Wie auch? So etwas auszudeuten, schafft noch nicht einmal ein qualifizierter Neurologe mit hochkomplexer Ausrüstung. Das begrenzt natürlich auch die Einsatzmöglichkeiten in komplexeren Spiele-Kontexten. Ein Durchbruch, eine Erweiterung der Möglichkeiten digitaler Spiele ist das Neuro-Headset allemal: Es ist das erste seiner Art, andere werden folgen. Und IBM arbeitet mit daran, entsprechend komplexe Anwendungen zu entwickeln. Der IT-Riese sieht Epoc vor allem als Steuergerät für die Bewegung in virtuellen Welten. Das würde passen.

(aus der NETZWELT von Spiegel Online)

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Anfänge des Trideo

07.02.2008

Dynamische holografische Displays

Einem amerikanischen Forscherteam ist es gelungen, ein handtellergroßes holografisches Display zu entwickeln, das sich löschen und wieder neu beschreiben lässt.

Hologramme besitzen eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber anderen dreidimensionalen Visualisierungstechniken: Weder sind für ihre Betrachtung spezielle Brillen nötig, noch ein spezieller Blickwinkel. Ihr Nachteil war bislang, dass sie statisch sind. Doch einem amerikanischen Forscherteam ist es nun gelungen, ein handtellergroßes holografisches Display zu entwickeln, das sich löschen und wieder neu beschreiben lässt.

„Unser Display lässt sich innerhalb weniger Minuten bespielen, lässt sich mehrere Stunden lang betrachten, kann komplett gelöscht und mit neuen Bildern beschrieben werden“, schreiben Savas Tay und seine Kollegen von der University of Arizona und der Nitto Denko Technical Corporation in Kalifornien. Das Gerät basiert auf einem preiswerten, leicht herstellbaren photorefraktiven Polymer und könnte sich deshalb relativ schnell am Markt durchsetzen.

Holografische Aufnahmen speichern im Gegensatz zur herkömmlichen Fotografie nicht ein direktes Bild des aufgenommenen Objekts ab, sondern ein Interferenzmuster. Dieses entsteht durch die Überlagerung von Laserlicht, das vom Objekt reflektiert wurde, mit einem Referenzstrahl. In kommerziellen Hologrammen finden heute so genannte Photopolymere Anwendung, in denen das Licht chemische Reaktionen auslöst, die lokal den Brechungsindex des Materials ändern.

Der Nachteil dieser Methode ist, dass sie ein statisches Bild erzeugt: Die Reaktion lässt sich nicht rückgängig machen. Einen möglichen Ausweg bieten photorefraktive Materialien wie etwa Lithium-Niob-Oxid. In ihnen lässt sich die Information – Amplitude und Phase des Interferenzmusters – durch einen elektro-optischen Effekt speichern, und dieser Effekt ist umkehrbar, die aufgezeichneten Bilder können also wieder gelöscht werden. Allerdings ist es schwierig und teuer solche anorganischen Kristalle in einer Größe herzustellen, wie sie für ein nutzbares Display nötig wären.

Savas Tay und seine Kollegen haben sich deshalb einem anderen Material zugewandt, nämlich den photorefraktiven Polymeren. Sie besitzen die gleichen Fähigkeiten wie die anorganischen Kristalle, lassen sich aber mit vergleichsweise einfachen Methoden in nahezu beliebiger Größe produzieren. Bisher entwickelte photorefraktive Materialien waren allerdings nicht in der Lage, Bilder über längere Zeit zu speichern – die über den elektro-optischen Effekt erzeugten Strukturen zerfallen genauso schnell, wie sie aufgezeichnet werden.

Dem Team ist es nun gelungen, durch die Kombination mehrerer Materialien ein Komposit-Polymer zu entwickeln, in dem sich das Interferenzmuster für eine Zeitdauer speichern lässt, die erheblich größer ist als die Aufnahmezeit. Für ihr 10 Zentimeter mal 10 Zentimeter großes Display benötigten sie eine Aufnahmezeit von jeweils etwa drei Minuten. Danach konnten sie das dreidimensionale Hologramm bis zu drei Stunden lang sichtbar machen.

Durch die Beleuchtung des Displays mit Strahlung mit einer Wellenlänge von 532 Nanometern ließ sich das Bild jeweils innerhalb weniger Minuten löschen und anschließend ein neues Bild aufzeichnen. Die Forscher betonen, dass es keinerlei technische Hürde für die Produktion noch größerer Displays aus dem Polymer-Material gibt. Mögliche Anwendungen sehen sie vor allem im militärischen und im medizinischen Bereich, etwa bei der Durchführung von minimal-invasiven Operationen.

Und wenn weitere Forschungen zu photorefraktiven Komposit-Polymeren führen, mit denen ein noch schnellerer Bildwechsel möglich ist, könnte die Holografie auch für die Film- und Unterhaltungsindustrie als Alternative zu anderen dreidimensionalen Displaytechniken interessant werden.

(aus dem Portal FORSCHUNG von pro-physik.de)

nature - International weekly journal of science, 7 February 2008

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Kontaktlinsen-Displays

20.01.2008

Filme mit Kinohelden wie dem Terminator oder der bionische Frau zeigen schon seit Jahr und Tag Augen-Bildschirme, mit denen sich die Protagonisten weit entfernte Ziele heranzoomen oder zusätzliche Informationen "ins Auge" holen. Die Universität Washington ist diesem Zukunftsszenario einen großen Schritt näher gekommen.

Einen ersten Prototypen für Kontaktlinsen mit virtuellem Display hat eine Forschergruppe um Babak Parviz, Professor für Elektro-Ingenieurswesen, vorgestellt. Dem Forscher-Team ist es erstmals gelungen, eine flexible und biologisch verträgliche Kontaktlinse mit elektronischen Schaltkreisen und Light Electronic Displays (LEDs) auszustatten.

Die Technologie verspricht eine breite Palette an Anwendungsmöglichkeiten: Sehbehinderten könnte geholfen werden, Autofahrer könnten sich Navigationshilfen anzeigen lassen oder Passanten wäre es auf der Straße möglich, im Gehen im Internet zu surfen. Außerdem sieht Babak Parviz das neue Display als Türöffner für eine neue Generation von Computerspielen und Simulations-Software.

"Wer durch eine funktionstüchtige Linse sieht, würde das vom Display generierte Bild der Außenwelt überlagert sehen", beschreibt Parviz. Der vorgestellte Prototyp sei ein sehr kleiner, aber vielversprechender Schritt in Richtung dieses Ziels. Harvey Ho, der bei Babak Parviz studierte und jetzt für Sandia National Laboratories in Kalifornien arbeitet, präsentierte den Prototypen auf der Messe "Micro Electro Mechanical Systems".

Auch wenn Lehrstuhl-Inhaber Parviz schon an viele praktische Umsetzungen gedacht hat, sieht er viel mehr Möglichkeiten: "Andere Leute dürften allerlei Arten von Anwendungen finden, an die wir gar nicht gedacht haben. Unser Ziel ist es, die grundlegende Technologie zu demonstrieren und zu zeigen, dass sie sicher ist".

Entsprechend steht die Entwicklung der Display-Kontaktlinsen noch am Anfang. Der Prototyp kombiniert wenige Nanometer dicke Schaltkreise und LEDs im Ausmaß von etwa einem Drittel Millimeter mit dem flexiblen Plastik einer Kontaktlinse. In Tests an Hasen wurde die Bioverträglichkeit geprüft, zwanzigminütiges Tragen habe keine negativen Auswirkungen gehabt. Die High-Tech-Linsen sollten getragen ebenso unbemerkbar sein wie normale Kontaktlinsen und auch genau so leicht einzusetzen und zu entfernen, nennt Parviz das Idealziel.

Wirklich funktional sind die Linsen noch nicht: Die roten LEDs leuchten nicht. Die dafür nötige Stromversorgung wollen die Forscher durch Energie-Übertragung per Radiowellen und Solarzellen auf den Linsen erreichen. Auch die drahtlose Kommunikation der Display-Linsen mit anderen Geräten muss erst implementiert werden.

Für entsprechende Elektronik biete der Bereich außerhalb des eigentlichen Sichtfeldes genügend Platz. Bis zur Verfügbarkeit eines vollwertiges Display werde es noch eine Weile dauern, räumen die Forscher selbst ein. Eine Version, die ein einfaches Display mit nur wenigen wenigen Pixeln biete, könne laut Parviz aber "recht schnell" betriebsfähig sein.

(aus Technik & Trends von WEB.DE)

Univeristy of Washington News and Information, Jan. 17., 2008

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Die erste Cyberware

15.01.2008

Affe bewegt Roboter durch Gedanken

Mit Hilfe einer sehr schnellen Internetverbindung und viel Zucker hat es ein Affe am vergangenen Donnerstag geschafft, einen Roboter mit seinen Gedanken zu bewegen. Wie die New York Times am heutigen Dienstag berichtet, stand der von den ATR Computational Neuroscience Laboratories entwickelte Roboter auf einem Laufband im japanischen Kyoto, während sich der Affe in einem Labor der Duke University im US-Bundesstaat North Carolina auf dem Laufband mühte.

Forscher hatten dem Affen in die Region seines Gehirns, welche die Beinbewegung steuert, Elektroden eingesetzt, die die Aktivität von 250 bis 300 Nervenzellen während der Geh-Bewegungen aufzeichnen. Außerdem wurden die Hüft-, Knie- und Fußgelenke mit einer fluoreszierenden Farbe markiert und die Beinbewegungen mit einer speziellen Hochgeschwindigkeitskamera gefilmt. Die aufgezeichneten neuronalen Aktivitäten wurden schließlich mit dem Bewegungsvideo "kombiniert" und in ein Format übersetzt, das von einem Computer verarbeitet werden kann. Das System soll die Permutationen der Beinbewegungen des Affen mit 90-prozentiger Wahrscheinlichkeit vorrausberechnen können – drei bis vier Sekunden vor der tatsächlichen Bewegung.

Über eine Internetverbindung wurden die Gehmuster und Nervenzellensignale des Affen an den Roboter in Japan übertragen, der zu menschenähnlichen Bewegungen fähig sein soll: Er kann tanzen, hocken, Fußspitzen ausrichten und dank Sensoren den Boden unter seinen "Füßen" spüren. Angeblich fällt er nicht, wenn man ihn schubst.

Während sich der Affe auf dem Laufband in North Carolina bewegte, strömten seine Gehirnsignale in das Antriebssystem des Roboters in Kyoto. Das Tier hatte einen großen Monitor vor Augen, auf dem Livebilder der Roboterbeine zugespielt wurden. Mit Belohnungen wurde das Tier motiviert, seine Beinbewegung mit denen des Roboters zu synchronisieren. Aufzeichnungen zeugten davon, dass die Affen-Neuronen jedesmal feuerten, wenn Tier und Roboter gleichzeitig einen Schritt machten und sich synchron bewegten.

Als die Forscher nach etwa einer Stunde das Laufband des Affen abschalteten, ihm aber weiter eine Menge Zucker gaben, geschah das Ungewöhnliche: Der Affe blieb, auf die Roboterbeine schauend, stehen. Der Roboter aber ging weiter. Drei Minuten lang zeigte der Affe, dass er den Roboter mit seinen Gedanken gehen lassen konnte, ohne sich selbst dabei zu bewegen. Die Wissenschaftler erklären sich dies mit der starken Kraft der Bilder. Das Videobild als Feedback hätte den Affen dazu gereizt, weiterzumachen.

Verantwortlich für das Experiment ist der Neurowissenschaftler Miguel A. L. Nicolelis. Er hofft Ende dieses Jahres mit einem brasilianischen Kollegen zeigen zu können, dass sie Menschen dazu befähigen können, mittels Gedanken ein Exoskelett zu bewegen und zu steuern. Das wäre eine große Hilfe für Menschen mit gelähmten Gliedern. (Thomas Pany)

(aus dem News-Ticker heise online)

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Anfänge der WiFi-Welt

14.01.2008

WLAN-Navigationssystem leitet Nürnberger Fußgänger

Wo finde ich eine Apotheke? Wie kann ich ein Taxi rufen, wenn ich nicht genau weiß, in welcher Straße ich bin? Die Orientierung in einer fremden Stadt ist oft nicht einfach. Als erste deutsche Stadt hat Nürnberg am Montag ein spezielles Navigationssystem für Fußgänger bekommen. Das Pilotprojekt des Erlanger Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS nutzt dafür WLAN, das in vielen Städten inzwischen zahlreich vorhanden ist. Der großflächige Test soll die Grundlagen für eine Standardortung mit WLAN-Hilfe in Städten liefern, wie das Institut mitteilte.

Die WLAN-Ortung ist als Alternative zum satellitengestützten Global Positioning System (GPS) gedacht, das nach Institutsangaben zu ungenau ist, um Fußgänger durch enge Innenstädte, Gebäude oder U-Bahn-Stationen zu navigieren. Das Projekt soll im März auch auf der Computermesse CeBIT in Hannover vorgestellt werden.

Mit Hilfe der Funknetze und eines speziell programmierten Minicomputers (PDA) oder intelligenten Handys (Smartphone) sollen Fußgänger ihre Position auf wenige Meter genau bestimmen können. "Dabei machen wir es uns zunutze, dass Städte sehr gut mit WLAN-Netzen ausgestattet sind und dass immer mehr Handys WLAN-fähig sind", erläuterte der Leiter der Abteilung Kommunikationsnetze am IIS, Jürgen Hupp, in einer Mitteilung. So befänden sich in der Nürnberger Innenstadt durchschnittlich 2000 WLAN-Sender pro Quadratkilometer. Dies ermögliche in Gebäuden eine Ortung mit einer durchschnittlichen Genauigkeit von drei Metern und im Freien von sieben bis zehn Metern, erklärte Hupp.

Dafür nutzt das System die Signalstärke der WLAN-Basisstationen, die an verschiedenen Referenzpunkten der Stadt gemessen wird und auf einem zentralen Computer hinterlegt ist. Es berücksichtigt sowohl kommerzielle Funknetze als auch private WLAN-Sender, funktioniert ohne Anmeldung am Datennetz und beim Zugriff darauf. Die Ortsinformation sei daher nur auf dem jeweiligen Endgerät verfügbar, betont Hupp. "Der Nutzer kann also nicht von außen lokalisiert werden." Der Anwender könne zudem frei entscheiden, ob er weitere Serviceangebote wie etwa den Taxiruf oder einen Apothekenfinder nutzt.

Um das System in der Praxis zu testen, stellt das IIS den Angaben zufolge in Nürnberg die Technik zur Lokalisierung auf einer Fläche von 25 Quadratkilometern zur Verfügung. Gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft würden ortsabhängige Dienste entwickelt und unter realen Bedingungen untersucht.

Unterdessen hat heute der niederländische Anbieter von Navigationslösungen TomTom eine exklusive Zusammenarbeit mit Vodafone Deutschland bekannt gegeben, um den Dienst "High Definition (HD) Traffic" in Deutschland anbieten zu können. Zu den finanziellen Konditionen wurden keine Angaben gemacht. HD Traffic ist ein neues Verkehrsinformationssystem von TomTom, das aktuelle Informationen liefern und damit verbesserte Angaben zur Reisedauer ermitteln soll. Es wird erwartet, dass HD Traffic in Deutschland in der zweiten Jahreshälfte 2008 für TomTom-Kunden verfügbar sein wird.

TomTom verwendet verschiedene Quellen, um Verkehrsinformationen für wichtige Verkehrsstraßen in Deutschland bieten zu können – dazu gehören neben dem Autobahnnetz nun auch vielbefahrene Bundesstraßen und Straßen in Ballungsgebieten. Die von TomTom entwickelte Technologie verwendet Daten aus dem deutschen Vodafone-Netz, die Auskunft darüber geben, wie schnell und in welche Richtung sich die Mobiltelefone bewegen. Diese Daten kombiniert TomTom mit Verkehrsinformationen aus anderen Quellen für den Verkehrsinformationsservice TomTom HD Traffic. TomTom HD Traffic wird in den Niederlanden bereits angeboten.

(aus dem News-Ticker heise online)

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Auf dem Weg zur Nanomaschine

13.11.2007

Metallstäbchen mit Spürnase - Forscher nutzen Chemotaxis, um kleine Bauteile zu bewegen

Transportprozesse innerhalb von Zellen beruhen oftmals darauf, dass bestimmte Molekülkomplexe und Transportvesikel von Chemikalien angezogen werden, so dass sie in der Zellflüssigkeit zu Bereichen mit einer höheren Konzentration schwimmen. Wissenschaftler der Staatsuniversität von Pennsylvania haben diesen als Chemotaxis bezeichneten Vorgang nun erstmals in mit einem anorganischem System nachgebildet. In ihrem Experiment wurden mikroskopisch kleine Metallstäbchen von Wasserstoffperoxid in wässriger Lösung angezogen. Die Forscher glauben, dass Chemotaxis einmal in der Sensorik oder zur Verrichtung mechanischer Arbeit in der Nanotechnologie eingesetzt werden kann.

Um einen Konzentrationsgradienten von Wasserstoffperoxid zu erzeugen, gaben Ayusman Sen und seine Kollegen ein mit dieser Verbindung angereichertes Gel in eine wassergefüllte Petrischale. Die Wasserstoffperoxidmoleküle diffundierten so im Laufe der Zeit in die umgebende Flüssigkeit hinein.

Für ihr Experiment stellten die Forscher nun etwa zwei Mikrometer lange Metallstäbchen her, deren eine Hälfte aus Gold und die andere aus Platin bestand. Da diese beiden Edelmetalle unterschiedliche chemische Reaktionen mit Wasserstoffperoxid eingingen, entstand um die Teilchen herum eine Strömung, erklärt Sen.

Durch diese Strömung wurden die Stäbchen langsam, aber sicher zu dem Gel hingezogen. Nach etwa 110 Stunden hatten sich etwa 70 Prozent von ihnen darum herum angeordnet. Die Forscher konnten somit dank ihres Tricks erstmals Chemotaxis mit anorganischen Mikrostrukturen beobachten.

Sie wollen nun herausfinden, ob sich die Bimetallstäbchen durch Katalyse auch mit Licht steuern lassen – ein in der Biochemie als Phototaxis bezeichneter Vorgang. Sen glaubt, dass derartige Vorgänge einmal beim Aufbau von Nanomaschinen eingesetzt werden können.

Physical Review Letters, Band 99, Artikel 178103

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Ein Chip für die Balance

7.6.2007

Amerikanische Wissenschaftler haben ein künstliches Gleichgewichtsorgan von der Größe eines Stecknadelkopfes entwickelt. Der winzige Chip könnte einmal Menschen mit schweren Schäden ins Innenohr implantiert werden, um so ihren Gleichgewichtssinn wiederherzustellen.

Das künstliche Organ arbeitet mit drei Zungen aus einem Siliziummaterial, die durch einen elektrischen Strom in Schwingung versetzt werden. Wird das Organ gedreht, so verändert dies die Schwingung der Zungen, was von einer Elektronik registriert werden kann. Gleichzeitig ist der Chip mit drei Beschleunigungsmessern ausgestattet, die Bewegungen in alle drei Raumrichtungen registrieren. Diese sechs Messgeräte befestigten die Forscher auf einer Siliziumoberfläche und falteten diese so zu einem nur einen Millimeter großen Würfel, dass alle Geräte in Winkeln von neunzig Grad zueinanderstanden.

Die Signale der Messinstrumente werden in elektrische Impulse umgesetzt und an den Gleichgewichtsnerv übertragen. Nachdem Tierversuche gezeigt haben, dass sich mit einem solchen Aufbau der Gleichgewichtssinn zumindest teilweise wiederherstellen lässt, hoffen die Forscher um Andrei Shkel von der Universität von Kalifornien in Irvine, künftig Menschen mit schwersten Gleichgewichtsstörungen solche künstliche Organe einpflanzen zu können. Zusammen mit der Batterie zur Stromversorgung hat das System ein Volumen von lediglich fünf Kubikmillimetern und wäre damit klein genug.

Mit dem künstlichen Organ ahmen die Forscher die Wirkungsweise des menschlichen Gleichgewichtsorgans im Innenohr nach. Dieses besteht aus einem mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraumsystem, das mit feinsten Härchen versehen ist. Bei Bewegung registrieren die Härchen die Bewegungen in der Flüssigkeit und wandeln diese in Nervensignale um. Das Gleichgewichtsorgan kann durch einen extremen Knall, durch Infektionen oder schwere Unfälle geschädigt oder ganz zerstört werden. Betroffene Patienten leiden nicht nur unter Schwindel, sondern können im Extremfall nicht mehr aufrecht gehen.

New Scientist, 9. Juni, S. 32

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Zelle mit Kabelanschluss

4.6.2007

Amerikanische Wissenschaftler haben lebende Zellen mit einer Art Kabelanschluss ausgestattet: Es gelang ihnen, Säugetierzellen direkt an winzige, elektrisch leitfähige Drähte aus Silizium anzuschließen. Dafür züchteten sie die Zellen auf einem Nährmaterial, aus dem Nanodrähte aus Silizium aufragten. Durch die direkte Verbindung von Zellen mit der Außenwelt über solche Nanodrähte hoffen Forscher, einmal biologische Vorgänge in und zwischen Zellen untersuchen und beeinflussen zu können.

Für ihre Experimente benutzten die Wissenschaftler kultivierte Stammzellen von Mäusen sowie Nierenzellen von Menschen, die jeweils noch nicht ausgereift waren. Diese ließen sie auf einen Nährboden wachsen, in den ein Netzwerk von senkrecht nach oben stehenden Nanodrähtchen eingebettet war. Diese winzigen Drähte waren sechs tausendstel Millimeter lang und besaßen einen Durchmesser von etwa einem zehntausendstel Millimeter. Anschließend untersuchten die Forscher die Zellen unter einem Mikroskop. Das Ergebnis: Die Nanodrähte hatten die die Zellen während deren Wachstum durchdrungen, ohne diese dabei sichtbar zu beschädigen. Ob dabei allerdings Zellfunktionen beeinflusst werden, müssen die Forscher erst in weiteren Versuchen herausfinden. Entscheidend für die Überlebensfähigkeit der Zellen war der Durchmesser der Drähtchen: Je schmaler er war, desto länger überlebten die Zellen.

Die Stammzellen der Mäuse verhielten sich auf dem Nährboden mit den eingebetteten Nanodrähten genauso wie auf den normalerweise in der Stammzellforschung verwendeten Nährböden: Bei Zusatz bestimmter Substanzen entwickelten sie sich zu Herzmuskelzellen. Mit einem weiteren Experiment konnten die Forscher zeigen, dass die Nanoröhrchen wirklich mit dem Zellinneren in Verbindung stehen und nicht nur einfach als Fremdkörper eingedrungen sind. Dazu hefteten sie ein Stück Erbgut an die Nanoröhrchen, das den Bauplan für ein leuchtendes Eiweiß trug. Anschließend gaben sie die Zellen auf den Nährboden mit den Nanodrähten und konnten bereits nach einem Tag dieses Eiweiß in einigen der Zellen nachweisen.

Eine solche direkte Verbindung des Zellinneren mit der Außenwelt eröffne ganz neue Möglichkeiten, biologische Prozesse in lebenden Zellen zu untersuchen und zu manipulieren, schreiben die Wissenschaftler. Auch Wechselwirkungen mit anderen Zellen könnten auf diese Weise überwacht werden. Die Ergebnisse der Versuche zeigten, dass die verwendeten Siliziumnanodrähte ein geeignetes Werkzeug für derartige Ansätze seien.

Woong Kim (University of California, Berkeley) et al.: Journal of the American Chemical Society, Online-Vorabveröffentlichung, DOI: 10.1021/ja071456k

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Schleim für die künstlichen Nasen

27.4.2007

Nasenschleim ist nicht nur für den Geruchssinn des Menschen wichtig, auch elektronische Geruchsensoren werden mit künstlichem Schleim empfindlicher. Dies haben britische Wissenschaftler beim Versuch herausgefunden, die Leistungsfähigkeit so genannter elektronischer Nasen zu verbessern. Dank des Tricks, ihre elektronische Messeinheit mit einer feinen Schicht künstlichen Schleims zu überziehen, gelang es den Forschern, das Gerät zwischen den Gerüchen von Milch und Bananen unterscheiden zu lassen.

Während den Menschen in ihrer Nase über 100 Millionen Kopien von etwa 350 verschiedenen Riechsensoren zur Verfügung stehen, bestimmen elektronische Geruchsmessgeräte die Zusammensetzung eines Dufts in der Regel mit höchstens 40 Gassensoren. Damit lassen sich zwar komplexe chemische Düfte wie jene von Pfefferminz oder Vanille erkennen, die Unterscheidung der Gerüche von Bananen und Milch gelang jedoch nicht – bis jetzt: Das Team um Gardner überzog den fast zweieinhalb Meter langen Messkanal, in dem ihre Geruchsensoren angeordnet waren, mit einer zähen Flüssigkeit, die normalerweise zur Auftrennung von Gasen verwendet wird. In dieser feinen Schleimschicht lösen sich die Duftstoffe laut den Wissenschaftlern und trennen sich in ihre chemischen Bestandteile. Die Gerüche von Bananen und Milch können letztlich deswegen auseinander gehalten werden, weil sich die einzelnen Geruchskomponenten unterschiedlich schnell in der Schleimschicht fortbewegen.

Elektronische Nasen werden in der Lebensmittelproduktion eingesetzt, um eine gleichbleibende Aromazusammensetzung zu gewährleisten. Ebenso sind Anwendungen in der Medizin geplant, etwa um Lungenkrankheiten anhand der ausgeatmeten Gase zu diagnostizieren, oder bei Autos der gehobenen Klasse, bei denen die Lüftung bei zu hohen Abgaskonzentrationen in Tunnels oder bei Staus automatisch ausschaltet wird. Ihre Entdeckung wollen Gardner und seine Kollegen nun zur Entwicklung einer neuen Generation elektronischer Nasen verwenden, die mehr Düfte identifizieren können und schneller sind als bisherige Geräte.

New Scientist, Onlinedienst

Originalarbeit: Julian Gardener (Universität Warwick) et al.: Proceedings of the Royal Society A, Online-Vorabveröffentlichung, DOI 10.1098/rspa.2007.1844

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Spiderman-Anzug bald für jedermann?

26.4.2007

Glatte Wände hochklettern, sich von Haus zu Haus schwingen und blitzschnell die Position wechseln - ein Traum nicht erst seit "Spiderman" im Comic und auf der Leinwand sich wie das achtbeinige Tier bewegte. Jetzt will ein italienischer Forscher durch einen Spezial-Anzug diesen Traum realisieren.

Wie das gehen soll? Ganz einfach: Um die geschickten Bewegungen des Helden nachzumachen, seien lediglich geschickt angeordnete Kohlenstoffröhrchen im Nanoformat nötig. Das glaubt zumindest der italienische Tüftler Nicola Pugna von der Universität in Turin.

Seine Idee: Um das effektive Haftprinzip von Geckos oder Spinnen für den schweren Körper eines Menschen nutzen zu können, müssten die mikroskopisch kleinen verzweigten Härchen an den Beinen der Tiere mithilfe winziger Kohlenstoffröhrchen nachgebaut werden - und zwar so, dass von einer größeren Röhre immer wieder eine kleinere abzweigt.

Mit einer derartigen Struktur beschichtet, sollten Handschuhe, Stiefel und auch künstliche Spinnenfäden gut an verschiedenen Oberflächen haften können, berichtet das Wissenschaftsmagazin "New Scientist".

Schon mehrmals haben Wissenschaftler versucht, das Haftprinzip von Geckofüßen zu kopieren. Diese sind mit winzigen elastischen Härchen mit einer feinen Spitze versehen, die von den Atomen einer Oberfläche aufgrund von so genannten Van-der-Waals-Kräften angezogen wird. Zwar ist diese Kraft bei jedem einzelnen Haar sehr gering, durch die Kombination aller Härchen an einem Fuß reicht sie jedoch aus, um den Gecko selbst auf Glas problemlos zu halten.

Ein vielversprechender künstlicher Ersatz für diese auch Setae genannten Härchen sind Kohlenstoffnanoröhrchen, mikroskopisch kleine röhrenförmige Gebilde aus Kohlenstoffatomen, die sogar noch etwa 200 Mal stärkere Wechselwirkungen mit Oberflächen ausbilden als die Setae.

Die künstlichen Geckofüße funktionieren allerdings bisher nur im Kleinformat und können noch keinen Menschen an eine Oberfläche heften. Der Grund: Sobald die Röhrchen verlängert werden, verlieren sie ihre Standhaftigkeit und verkleben untereinander. Dickere, festere Varianten sind hingegen nicht flexibel genug, um sich an die Oberfläche anzupassen und haften daher auch nicht richtig.

Pugna glaubt nun jedoch, eine Lösung gefunden zu haben: Seinen Berechnungen zufolge müsste eine hierarchische, verzweigte Struktur aus Nanoröhren beide Eigenschaften vereinigen - die größeren Basisröhrchen sollten Stabilität gewährleisten, während die dünnsten an den Spitzen der Verzweigungen ausreichend flexibel sein sollten, um gut zu haften.

Dasselbe Prinzip könnte auch für die elastischen Fäden angewendet werden, mit denen Spiderman sich von Haus zu Haus schwingt, so der Forscher. Seine Vision ist eine Art Kabel aus etwa vier Millionen, jeweils mehrere Meter langen Nanoröhren mit Verzweigungen an jedem Ende, mit deren Hilfe die Seilenden an einer Oberfläche haften können.

Würde es zusätzlich noch gelingen, die extrem feinen Fasern in einem Abstand von wenigen tausendstel Millimetern voneinander zu halten, wäre das gesamte Seil sogar unsichtbar, erklärt der Forscher.

(aus dem News-Ticker RP-Online)

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Mini-Chip lässt Blinde Schemen sehen

15.3.2007

Dieser Chip macht Blinden neue Hoffnung: Forscher in Baden-Württemberg haben einen Mini-Chip entwickelt, mit dem Blinde wieder helle Objekte sehen können. Bereits sieben Menschen wurde der Chip im Rahmen einer Studie erfolgreich unter die Netzhaut eingesetzt. Einer der Probanden weigerte sich sogar, das Implantat wie vorgesehen wieder entfernen zu lassen.

Die sieben Probanden konnten mit Hilfe des Chips helle Objekte lokalisieren, sagte Dr. Walter Wrobel, der Geschäftsführer der Reutlinger Firma Retina Implant GmbH, die den Chip entwickelt hat. Gesichter zu erkennen sei noch nicht möglich.

Der Chip könne Menschen, deren Erblindung durch eine Degeneration der Netzhaut verursacht wurde, zu "ersten Seheindrücken" verhelfen, erklärte der Ärztliche Direktor der Universitäts-Augenklinik in Tübingen, Eberhart Zrenner. Dies bedeute neue Hoffnung für etwa elf Prozent der 130.000 Blinden in Deutschland.

Es gehe um Mobilität und Orientierung durch Licht, sagte Zrenner. So sollen Blinde Fenster und Lampen lokalisieren und beispielsweise unterscheiden können, "ob sie vor einem Menschen oder vor einer Haustür stehen". Dies sei erreicht und der Chip von allen Patienten gut vertragen worden. Das neuartige Operationsverfahren durch die Augenhaut habe sich als sicher erwiesen und bewährt, betonte der Mediziner.

Der von der Reutlinger Firma Retina Implant GmbH entwickelte Chip ist nur drei mal drei Millimeter klein und etwa so dick wie ein Haar. Er enthält 1500 Photozellen mit Schaltkreisen, über die die Zellen individuell eingestellt werden können. Die Photozellen reagieren auf Licht und schalten Strom auf die Nervenzellen des Auges. Der Chip sei daher auf eine funktionsfähige Nervenverbindung zwischen Auge und Hirn angewiesen, betonte Zrenner. Deshalb helfe er beispielsweise nicht bei Glaukom (grüner Star), Erkrankungen des Sehnervs, Netzhautablösungen oder Blindheit durch Unfall.

Um mit Hilfe des Chips auch Gesichter erkennen zu können, müsse in den kommenden Jahren das "Feintuning" zwischen Implantat und Nervenzellen verbesert werden, sagte Wrobel unserer Redaktion. Der Chip selbst sei leistungsfähiger als das, was die Probanden bislang sehen. Ende 2008 wolle seine Firma mit einem Produkt auf den Markt gehen, das Blinden bei der Orientierung im Alltag helfe. Bis auch Gesichter erkennbar seien, dauere es noch einige Jahre, sagte Wrobel.

Zrenner betonte, Forschung und Entwicklung hätten zwar bereits 1995 begonnen, das Projekt stehe aber noch am Anfang. Der Chip sei noch nicht medizinisch zugelassen und müsse weiter erprobt werden. Denkbar, aber bislang "noch Zukunftsmusik" sei es, den Mini-Chip auch bei altersbedingter Netzhautdegeneration einzusetzen. Hiervon seien weitere 15 Prozent aller erblindeten Menschen betroffen, europaweit etwa sechs Millionen.

(aus dem News-Ticker RP-Online)

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Voll einsatzbereit dank Titan

23.1.2007

Das ideale Material für Implantate scheint gefunden. Handballer Florian Kehrmann und Rennrodlerin Sylke Otto können mit eingepflanzten Stücken aus dem Leichtmetall Titan sogar ihre Sportlerkarrieren fortsetzen.

Fast wäre Florian Kehrmanns Traum, bei der Handball-WM dabei zu sein, zerplatzt. Der Profi-Spieler hatte sich am 18. November bei einem Spiel gegen Schweden den linken Mittelhandknochen gebrochen. „Beim Zurücklaufen merkte ich, dass sich der Knochen verschieben lässt“, erzählt er.

Doch nun spielt Kehrmann: Ein Implantat verhalf dem linkshändigen Rechtsaußen-Spieler zur raschen Wiederherstellung seiner so gefürchteten Wurfhand. Beim Eingriff an der Spezialklinik für Handchirurgie in Bad Neustadt wurde ihm eine Titanplatte eingesetzt. „Das Implantat ist dünn wie die Wand einer Zigarettenschachtel“, so Unfall-Chirurg Volker Broy, der das Stück mit fünf Schrauben am Knochen fixierte.

Nicht nur für Sportler bedeutet die moderne Endoprothetik einen Segen. Materialien, wie Titan, Kunststoff oder Keramik sorgen - verglichen mit früher - inzwischen für nahezu märchenhafte Heilungsverläufe. Titan-Implantate gelten unter Fachleuten als besonders langlebig. „Bei hochbelasteten Implantaten wie Knie- oder Hüftgelenken sind Titanwerkstoffe die metallischen Biomaterialien der ersten Wahl“, sagt Professor Jürgen Breme, Werkstoffwissenschaftler an der Universität des Saarlandes.

Die Legierungen werden vom Organismus besonders gut angenommen. Körpereigene Zellen wachsen sogar am Implantat an, so als merkte das Gewebe gar nicht mehr, dass es sich um einen Fremdkörper handelt. Künstliche Gelenke etwa erhalten auf diese Weise eine Lebensdauer von inzwischen rund 17 Jahren, bevor sie erneuert werden müssen. Manche Patienten reagieren allerdings allergisch auf Titan.

Die Suche der Mediziner nach dem optimalen Material für Implantate begann bereits vor über hundert Jahren. 1890 implantierte ein Berliner Chirurg seinem Patienten ein Elfenbein-Scharniergelenk als Handgelenkersatz. Das entzündete sich allerdings rasch und musste wieder entfernt werden. Später setzten die Operateure auf Materialien aus Schweineharnblasen, Holz, Magnesium, Gummi oder Metallen.

Der englische Chirurg Sir John Charnley leistete schließlich Pionierarbeit für die moderne Hüftprothetik: Er kombinierte Metall- mit Polyethylen-Implantaten. Auch die schonenderen Operationsverfahren, so genannte minimal-invasive Methoden, bei denen mit einer feinen Sonde gearbeitet wird, sorgen für eine wesentlich günstigere Prognose.

Auch Kardiologen hoffen inzwischen auf medizinischen Fortschritt mit Hilfe des Leichtmetalls Titan: Im größten europäischen Herzzentrum in Bad Oeynhausen testen sie, inwieweit ein Kunstherz aus Titan eine Alternative zum menschlichen Spenderherz werden könnte. „Das Kunstherz aus Titan ist kleiner als andere Kunstherzen und vollständig implantierbar“, sagt Professor Reiner Körfer, Ärztlicher Direktor des Herzzentrums. Das Herz-Implantat könne die Lebensqualität während der Wartezeit auf ein Spenderherz verbessern.

Während der jüngsten Medica präsentierten Fachleute nanobeschichtete Implantate, die wie winzige Prozessoren funktionieren. So könnten Stoffwechselvorgänge gesteuert oder Körperbewegungen vermessen werden. Gelenkprothesen würden zum Beispiel mit winzigen Beschleunigungssensoren bestückt. Sie registrieren Bewegungen und leiten sie weiter. So kann der behandelnde Arzt erkennen, wie gut die Prothese noch sitzt, und eine vorzeitige Erneuerung kann vermieden werden. Denn von rund 20.000 Korrektur-Eingriffen entpuppe sich jeder zweite als unnötig. Nanobeschichtete Protein-Implantate im Gehirn könnten künftig die gefürchteten Bewegungsstörungen bei Parkinson-Patienten lindern.

Auch der Sportlerin Sylke Otto verhalf ein Implantat zur ersehnten Olympia-Teilnahme vergangenen Winter. Eine poröse Bandscheibe in der Halswirbelsäule schien im Sommer zuvor das Aus für ihre Karriere als Rodlerin zu bedeuten. Die 36-Jährige litt unter starken Schmerzen. Nach gründlicher Beratung entschied sich Otto für den Eingriff, der als relativ riskant galt. Eine künstliche Bandscheibe wurde eingesetzt. Alles ging gut, und Otto sauste schmerzfrei wenig später auf ihrem Schlitten durch den Eiskanal von Cesana. „Es gibt noch nicht viele Chirugen, die sich daran wagen“, sagt Operateur Professor Michael Mayer . „Aber die Entwicklung auf diesem Gebiet ist rasant.“

(aus dem News-Ticker RP-Online)

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