Dirt Eater

November 2003

Gehirn-Computer-Schnittstelle macht Querschnittsgelähmten Hoffnung
Forscher entwickeln blitzschnellen Netzhautscanner

Oktober 2003

Elektronisches Papier spielt Videos ab
Gedankenkraft Bewegung schafft

September 2003

Nanoelektronik für intelligente Textilien
Kleinste Batterie der Welt patentiert

Juli 2003

Japanische Forscher entwickeln Nahrungsmittelsimulator
Forscher stellen mit Nanotechnologie künstliche Lebern her


Juni 2003

Gezüchtete Haut soll tiefe Wunden heilen
Forscher bauen Mikro-Flipper
Wissenschaftler lassen aus Muskelzellen Arterien wachsen
Elektronisches Papier erreicht höhere Auflösung


Mai 2003

Gedankenkraft Bewegung schafft
Künstliche Retina lässt Blinde wieder sehen


April 2003

Magische Zahlen für neue Metall-Legierungen
Muskeln aus Metall
Synthetische Matrix zur Geweberegeneration entwickelt


März 2003

Biogerüst kann durch Nadel injiziert werden
Elektronische Tinte ändert Farbe auf Knopfdruck
Wissenschaftler testen die erste Gehirnprothese der Welt
Ein Roboterfinger mit Gefühl
Einrollbares Display in Papierform


Februar 2003

Künstliche Haut für die Roboterhand


Januar 2003

Flüssiglinse fokussiert Licht auf Kommando
Oberflächen verändern ihre Eigenschaften auf Knopfdruck
Rekonstruierter Oberschenkelknochen wächst mit
Forscher stellen Bildschirm aus mikroskopisch kleinen Leuchtdioden her



Gehirn-Computer-Schnittstelle macht Querschnittsgelähmten Hoffnung

13.11.2003

Wissenschaftler in den Vereinigten Staaten planen, schon Anfang nächsten Jahres Querschnittsgelähmten einen kleinen Chip ins Gehirn einzupflanzen, der die Steuerung eines Computers ermöglichen könnte. Eine umfangreiche Versuchsreihe an Primaten wurde bereits erfolgreich abgeschlossen, und nun warten die Forscher auf die Zulassung der amerikanischen Food and Drug Administration. Darüber berichtete das Team auf der Jahrestagung der Society for Neuroscience in New Orleans.

Die Wissenschaftler um John Donoghue von der amerikanischen Firma Cyberkinetics machten sich bei der Konzeption ihres Computerchips die Tatsache zu Nutzen, dass die für motorische Steuerungen verantwortlichen Bereiche des Gehirns bei vielen Querschnittsgelähmten noch aktiv sind. Durch einen Bruch im Rückenmark können diese Signale allerdings nicht an die Extremitäten weitergeleitet werden.

Hier wollen Donoghue und seine Kollegen einen kleinen, mit einhundert Elektroden ausgestatteten Computerchip ins Spiel bringen. Wenn ein derartiger Chip in den passenden Gehirnbereich eines Gelähmten eingepflanzt wird, so kann er die dortigen Gehirnströme empfangen und an einen externen Computer weiterleiten. Auf diese Weise könnte dann etwa der Cursor auf einem Computerbildschirm von dem Gelähmten gesteuert werden.

Donoghue meint, dass ein derartiges System mit entsprechend angepassten Softwareprogrammen die Lebensqualität von Behinderten beträchtlich erhöhen kann. Erste Versuche an Primaten waren in der Tat erfolgversprechend – die Chips arbeiteten für über zwei Jahre problemlos und konnten zudem einfach ausgetauscht werden. Vielleicht könnte mittelfristig sogar eine ganze Reihe von Haushaltsgeräten mittels drahtloser Signalübertragung gesteuert werden.

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Forscher entwickeln blitzschnellen Netzhautscanner

10.11.2003

Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Universität von Wien hat zusammen mit amerikanischen Kollegen einen optischen Scanner entwickelt, der die komplette Netzhaut des menschlichen Auges in einem Zeitraum von einer Sekunde abtasten kann. Der "Optische Kohärenz-Tomograph" ist damit mehr als zehnmal schneller als vorherige Modelle und kann dreidimensionale Bilder eines Objekts mit einer Tiefe von etwa einem Millimeter erzeugen. Darüber berichtet der Online-Nachrichtendienst Optics.org.

Der unter der Leitung von Christoph Hitzenberger entwickelte optische Scanner kann ähnlich wie die aus der Medizin bekannten Magnetresonanz-Tomographen ein dreidimensionales, aus Schichten aufgebautes Bild eines Objekts erzeugen. Dabei tastet ein infraroter Laserstrahl die Oberfläche des Testgegenstands ab – in diesem Falle die Netzhaut einer Versuchsperson.

Um nun Schichten in verschiedener Tiefe abbilden zu können, setzt der optische Scanner ein cleveres, auf der Überlagerung von Lichtwellen beruhendes Verfahren ein. Dazu wird der Laserstrahl zunächst mittels eines Spiegelsystems in zwei Teile geteilt. Einer der beiden Teilstrahlen tastet nun die Netzhaut ab und wird dort teilweise reflektiert, während der andere mittels eines Modulators frequenzverschoben wird.

Die beiden Teilstrahlen werden dann wieder vereinigt und bilden so ein charakteristisches, aus Ringen bestehendes Interferenzmuster. Ein Computer kann dann aus diesem Muster ein Bild der Netzhaut in einer bestimmten Tiefe berechnen. Um weiter in die dritte Dimension vorzustoßen, muss nun nur der frequenzverschobene Strahl mittels eines Spiegels vor der Vereinigung mit dem Objektstrahl etwas aus seiner Richtung abgelenkt werden.

Wenn dies in cleverer Weise geschieht, so codiert das neu entstandene Interferenzmuster eine etwas tiefer liegende Schicht der Netzhaut. Auf diese Weise gelang es den Forschern, ein dreidimensionales Bild der Netzhaut mit einer Tiefe von etwa einem Millimeter zu erzeugen. Hitzenberger plant nun die baldige Vermarktung des Scanners zusammen mit einer amerikanischen Firma.

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Elektronisches Papier spielt Videos ab

21.10.2003

Wissenschaftler des Elektronikkonzerns Philips haben eine neue leistungsstarke Variante eines elektronischen Papiers hergestellt. Das Papier besteht aus einer Plastikfolie, die in kleine Bildpunkte eingeteilt ist. Diese können elektronisch innerhalb von etwa zehn Millisekunden mit verschiedenen Graustufen oder Farben versehen werden.

Die Idee hinter dem von Robert Hayes und Johan Feenstra von den Philips-Labors in Eindhoven hergestellten elektronischen Papier ist so einfach wie genial. Eine weiße, stromleitende Plastikfolie wird in winzig kleine Quadrate oder Pixel eingeteilt. In jedem dieser Pixel sitzt ein schwarzer Tintenfleck, der das Pixel komplett ausfüllt. Das "Papier" erscheint daher schwarz.

Wird nun aber eine Spannung an eines dieser Pixel angelegt, zieht sich der dort befindliche Tropfen zusammen. Auf diese Weise wird der weiße Hintergrund des Pixels teilweise sichtbar – das Pixel ist grau. Mittels dreier verschiedenfarbiger Tintenflecke können so auch Farbbilder dargestellt werden.

Den holländischen Wissenschaftlern zu Folge könnte aus ihrem Papier schon bald ein flexibler Bildschirm hergestellt werden, der die Leuchtstärke und damit die Farbsättigung eines herkömmlichen Laptopbildschirms um ein Vielfaches übertrifft. Da die einzelnen Pixel zudem innerhalb von zehn Millisekunden mit verschiedenen Farben versehen werden können, lassen sich auch ganze Videofilme auf dem Papier abspielen.

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Gedankenkraft Bewegung schafft

13.10.2003

Amerikanische Forscher haben Rhesusaffen beigebracht, den Arm eines Roboters allein kraft ihres Gehirns zu lenken. Nur über zahlreiche Elektroden und ein Computersystem mit dem Roboterarm verbunden, konnten die Affen direkt Greifen und Zupacken. Mit diesem gelungen Experiment sind neue Technologien in greifbare Nähe gerückt, die es gelähmten Menschen ermöglichen sollen, künstliche Gliedmaßen wie ihre eigenen zu bewegen. Das berichten die Wissenschaftler im Fachblatt "Public Library of Science" (Online-Veröffentlichung vom 13. Oktober).

Tausende von Menschen leiden an einer teilweisen oder auch vollständigen Lähmung, und ihre Zahl nimmt jedes Jahr zu – etwa durch Unfälle, die zu Verletzungen des Rückenmarks führen. Das Interesse an neuen Therapiemethoden ist daher groß. Zur Umgehung solcher Nervenschädigungen wollen Experten so genannte Hirn-Maschine-Schnittstellen (brain-machine interfaces, BMI) nutzen, mit deren Hilfe etwa eine Kunstprothese durch gesunde Bereiche im Gehirn kontrolliert werden kann.

Miguel Nicolelis vom Medizinischen Zentrum der Duke-Universität in Durham und seine Kollegen sind diesem Ziel nun einen großen Schritt näher gekommen. Sie entwickelten ein BMI aus Elektroden und einem Computersystem, das die Gehirnsignale zweier weiblicher Rhesusaffen unmittelbar in die Bewegung eines Roboterarms übersetzte. Die Elektroden – kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares – waren in das Gehirn der Affen implantiert worden.

Besonders erstaunlich war, erklären die Forscher, dass die Tiere innerhalb weniger Tage lernten, mithilfe der gleichen Hirnregion sowohl das Bewegen des Arms zu steuern als auch das Zupacken mit ihm. Da dieses BMI-System bei den Tieren so gut funktioniere, sei eine Übertragung auf den Menschen sehr wahrscheinlich, meint Nicolelis. Allerdings müsse das System entsprechend angepasst sein, bevor es zur Therapie gelähmter Menschen eingesetzt werden kann.

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Nanoelektronik für intelligente Textilien

18.09.2003

Eigentlich soll die Nanoelektronik dazu beitragen, die weitere Miniaturisierung von Computern voranzutreiben. Doch Xiangfeng Duan von der Firma Nanosys in Medford hat jetzt mit seinen Kollegen gezeigt, dass man aus Nanodrähten auch leistungsfähige Dünnschichttransistoren bei Raumtemperatur herstellen kann. Die Forscher stellen ihre Arbeit im Fachmagazin Nature vor (Bd. 425, S. 274).

Bei der Herstellung von Computerchips aus Siliziumscheiben werden heute 95 Prozent des Materials verschwendet. Sie dienen einfach nur dazu, den Chip zusammenzuhalten. Da die Chips aber sehr klein und Computer, Digitalkameras oder andere Hightechgeräte sowieso relativ teuer sind, stellt dies kein allzu großes Problem dar.

Sehr viel mehr ins Gewicht fallen die Materialkosten, wenn man größere Flächen mit elektronischen Schaltkreisen bestücken will, wie es beispielsweise bei intelligenten Textilien geplant ist. Solche Textilien könnten als tragbare Computer fungieren, sie könnten aber auch medizinische Funktionen wie das Messen von Blutdruck oder die Zuführung von Medikamenten übernehmen.

Duan und seine Kollegen haben jetzt aus Nanodrähten, also wenigen Millionstel Millimeter dicken Drähten, leistungsfähige Transistoren hergestellt. Im Gegensatz zu der Mikroelektronik aus kristallinem Silizium, die bei Temperaturen um 1.400 Grad Celsius hergestellt wird, können diese Nanodrähte bei Raumtemperatur auf fast jede Oberfläche aufgebracht werden.

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Kleinste Batterie der Welt patentiert

02.09.2003

Amerikanische Wissenschaftler haben die bisher kleinste Batterie entwickelt. Sie ist eine Million mal kleiner als eine Autobatterie und könnte in Zukunft als Stromversorgung für Maschinen und Instrumente im Mikroformat dienen, schreibt der Online-Dienst der Fachzeitschrift Nature.

Zu Herstellung der Minibatterie gießen die Forscher um Dale Teeters von der Universität von Tulsa eine leitende Kunststoffmasse in wabenartig angeordnete Poren in einer Aluminiumoberfläche. Diese Poren sind so klein, dass 60 von ihnen zusammen etwa den Durchmesser eines menschlichen Haares haben. Die Poren werden dann oben und unten mit winzigen Elektroden versiegelt.

Strom fließt, wenn geladene Ionen durch den Kunststoff von einer Elektrode zur anderen wandern. Allerdings ist auch die Stromstärke sehr klein: Die Batterie liefert lediglich ein Millionstel eines Milliamperes. Diese Stromstärke könnte jedoch für die mikroskopischen Maschinen der Zukunft ausreichen, hofft Teeters.

Die winzigen Batterien sind so klein, dass sie nicht mit gewöhnlichen Drähten verkabelt werden können. Stattdessen verwenden die Forscher ein so genanntes Kraftmikroskop, das einzelne Atome in den Elektroden berührt und so einen Stromkreis aufbaut. Bis jetzt ist es auch noch nicht möglich, die Mini-Batterien wieder aufzuladen.

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Japanische Forscher entwickeln Nahrungsmittelsimulator

31.07.2003

Einen Simulator, der im Mund das Gefühl von Käse, Marmelade oder knackigen Keksen erzeugt, haben Forscher der japanischen Universität Tsukuba entwickelt. Das Gerät kann sogar traditionelles japanisches Essen nachstellen, erklärte Chefentwickler Hiroo Iwate gegenüber dem Wissenschaftsmagazin New Scientist (Ausgabe vom 2. August).

Für eine Simulation wird zunächst der Mund von Testpersonen mit diversen Sensoren ausgestattet, die die Bissfestigkeit und die Geschmackschemie von Lebensmitteln messen. Zu den Sensoren gehören auch Mikrophone für Kiefergeräusche.

Mit den Daten wird anschließend der Simulator gefüttert, bevor er in den Mund kommt. Motoren sorgen dafür, dass den Zähnen der zum simulierten Essen gehörende Widerstand entgegengesetzt wird. Tuben mit Geschmacksstoffen geben süße, saure, salzige und bittere Substanzen, sowie den Geschmack von Umami in einer passenden Kombination ab. Ein Lautsprecher sorgt für die dazugehörigen Essgeräusche.

"Der Lebensmittel-Simulator ist die erste Technologie ihrer Art", sagt Iwata. Damit sei nach Augen, Ohren, Tastsinn und Nase die letzte Grenze der virtuellen Realität überschritten.

Das neue Gerät sei ideal für Lebensmitteldesigner oder könne einfach nur zum Spaß benutzt werden, erklärt Iwata. Zumindest bei der Entwicklungsarbeit habe es für Belustigungen gesorgt, wenn sich mitten im Biss der simulierte Keks in Marmelade verwandelte.

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Forscher stellen mit Nanotechnologie künstliche Lebern her

09.07.2003

Amerikanische Wissenschaftler wollen mithilfe von Nanotechnik funktionsfähige menschliche Organe wie Lebern oder Nieren künstlich herstellen. Möglich werden soll dies durch ein System aus mikroskopisch kleinen Röhren, deren Verzweigungen dem Blutkreislaufsystem im Körper ähneln. Dieses Röhrennetz kann in einem künstlichen Organ die einzelnen Zellen mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgen, wie die Forscher auf der Konferenz der Amerikanischen Gesellschaft für Mikrobiologie in New York berichteten.

Das Verzweigungsmuster des Röhrennetzes wird am Computer entworfen und auf eine Siliziumoberfläche geätzt. Mit dieser Fläche wird dann wie mit einem Stempel das Röhrenmuster auf einen Film aus biologischem Material übertragen. Zwei solcher Filme werden aufeinander gelegt und miteinander versiegelt. So bilden sie das Grundgerüst für die Zellen des zukünftigen Organs, erklärt Mohammad Kaazempur-Mofrad vom Massachusetts Institut of Technology in Cambridge (USA). Die Zellen selbst werden zuvor in Petrischalen gezüchtet.

Schon länger können Gewebe wie Haut oder Knorpel künstlich hergestellt werden – größere Organe bislang jedoch nicht. Grund dafür ist die mangelnde Versorgung der Zellen mit Sauerstoff und Nährstoffen, die rasch zum Zelltod führt. Bei der neuen Technik dagegen blieben laut Kaazempur-Mofrad in ersten Versuchen fast alle der untersuchten Nieren- oder Leberzellen für ein bis zwei Wochen am Leben.

In einem weiteren Experiment pflanzten die Wissenschaftler Ratten eine künstliche Leberimitation ein, die jedoch nur eine Lage an Zellen enthielt. Eine voll funktionsfähige Leber dürfte aus 30 bis 50 Lagen bestehen, vermuten die Wissenschaftler. Auch in den Ratten überdauerte das künstliche Gewebe etwa eine Woche. Die Forscher hoffen, ihre Experimente bald auf höhere Säugetiere ausdehnen zu können.

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Gezüchtete Haut soll tiefe Wunden heilen

03.07.2003

Gezüchtete Hautzellen sollen tiefe Wunden schneller heilen. Mediziner haben eine neues Verfahren entwickelt, bei dem sie zunächst Hautzellen im Labor vermehren und anschließend in die Wunde transplantieren. Die Methode steht kurz vor ihrem ersten Einsatz an Patienten, berichtet die Universität Würzburg.

Die Ärzte entnehmen einem Patienten zunächst unter örtlicher Betäubung ein zentimetergroßes Hautstück an der Leiste. Daraus können Bindegewebs- und Oberhautzellen isoliert und dann getrennt vermehrt werden. Die gezüchteten Zellen werden dann in ein Geflecht aus dem körpereigenem Protein Fibrin eingebettet und so auf die Wunde aufgetragen. Die Bindegewebszellen der Haut können aus diesem Eiweiß dann genau wie bei der normalen Wundheilung Kollagengewebe aufbauen, welches das neue Hautstück mit dem vorhandenen Gewebe verbindet.

Mit dem neuen Verfahren konnten die Würzburger Mediziner Anke Hartmann und Peter Friedl bereits nach zwei bis sechs Wochen Gewebe im Labor züchten. Die Haut bildet dabei angefangen von der Hornhaut genau dieselbe Schichtung aus, wie natürliches Hautgewebe. Die Therapie am Patienten soll nun in den nächsten Monaten zeigen, ob die gezüchteten Zellen auch in der Praxis erfolgreich sind.

Bislang werden tief reichende Verletzungen in einem zeitaufwändigen Verfahren behandelt. Dabei wird Hautgewebe dazu angeregt, von unten nachzuwachsen. Salben und spezielle Verbände unterstützen den monatelangen Heilungsprozess. Anschließend wird zum Verschließen der Wunde Hautgewebe vom Oberschenkel oder von anderen Körperteilen transplantiert. Die von den Würzburgern entwickelte Methode lässt sich dagegen ambulant anwenden und heilt die Wunden deutlich schneller.

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Forscher bauen Mikro-Flipper

24.06.2003

Schwedische Wissenschaftler haben eine neue Methode zur Herstellung kompliziert aufgebauter, winzig kleiner Maschinen aus Silizium erfunden. Die Maschinen werden durch vereinfachte Musterungs- sowie Ätzschritte auf einem herkömmlichen Siliziumchip hergestellt.

Als erste Anwendung dieses Verfahren bauten die Forscher einen nur wenige Quadratmillimeter großen Flippertisch, bei dem winzig kleine Siliziumstäbe magnetische Mikrokugeln über den Tisch schleudern. Ihre Arbeit haben die Forscher im Fachblatt Journal of Micromechanics and Microengineering (Bd. 13, S. 51) veröffentlicht.

Der von Martin Bring von der Chalmers University of Technology in Göteborg und seinen Kollegen vom Institut für Mikroelektronik in Götheburg hergestellte Flippertisch weist eine Fläche von nur 25 Quadratmillimetern auf. Als Basis diente eine aus der Herstellung von Computerchips bekannte flache Siliziumscheibe, ein so genannter Wafer. Zur Herstellung der beweglichen Siliziumstäbe, die die Bälle umherschleudern, oxidierten die Forscher zunächst die obersten Atomschichten des Siliziumwafers.

Durch ein Lithographieverfahren wurden dann die gewünschten Strukturen mittels einer Maske in die Oxidschicht eingeätzt und durch einen weiteren Ätzschritt in den Siliziumwafer übertragen. Im Gegensatz zu bei der Herstellung derartig komplexer Maschinen herkömmlich eingesetzten Methoden musste dazu nur eine einzige Maske verwendet werden. Da es extrem schwierig ist, mehrere Masken genau übereinander zu positionieren, stellt dies eine beträchtliche Vereinfachung dar.

Nachdem die Forscher den Flippertisch mit den gewünschten Strukturen versehen hatten, brachten sie magnetische Bälle mit einem Durchmesser von etwa 150 Mikrometern auf diesem auf. Der Flipper musste dann nur noch um etwa 20 Grad gegen die Horizontale geneigt werden, und das Spiel konnte beginnen.

Die Wissenschaftler schätzen, dass sich die Kugeln während des Spiels mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,75 Kilometern pro Stunde (210 Millimetern pro Sekunde) bewegten. Der Impuls einer einzelnen Flipperkugel war damit so groß wie der eines Fußballs bei einer Geschwindigkeit von etwa 1.125 Kilometern pro Stunde!

Bring und seine Kollegen meinen, dass ihr neues Produktionsverfahren zu der einfacheren Herstellung großer Mengen mikroelektromechanischer Maschinen verwendet werden kann. Derartige MEMS werden bereits in vielen Bereichen des täglichen Lebens etwa als Sensoren oder Schaltelemente eingesetzt.

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Wissenschaftler lassen aus Muskelzellen Arterien wachsen

10.06.2003

Amerikanische Wissenschaftler haben aus Körperzellen erwachsener Spender im Labor menschliche Arterien hergestellt. Dafür veränderten sie Zellen der weichen Muskulatur genetisch derart, dass diese sich ständig weiter teilten. Auf einem biologisch abbaubaren Gerüst konnten die Forscher sie dann zur Röhrenform einer Arterie heranwachsen lassen. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift "EMBO Reports" (Ausgabe vom 6. Juni).

Normalerweise hören Körperzellen – im Gegensatz zu Tumorzellen – zu einem bestimmten Zeitpunkt auf, sich weiter zu teilen. Der Grund dafür ist, dass die Enden der Chromosomen, der Träger des Erbguts, allmählich immer kürzer werden. Ab einer gewissen Kürze erhält die Zelle ein Signal und stoppt ihr Wachstum.

Den Wissenschaftlern um Laura Niklason von der von der Duke-Universität in Durham (USA) ist es nun gelungen, diesen Prozess aufzuhalten: Sie brachten isolierte Muskelzellen dazu, das Eiweiß Telomerase herzustellen, das die Verkürzung der Chromosomenenden verhindert. Diesen Trick nutzen auch Krebszellen für ihre Vermehrung.

Die Muskelzellen ließen sich nun unbegrenzt auf einem Gerüst aus biologisch abbaubarem Material heranziehen und in die röhrenförmige Gestalt von Arterien bringen. Ein Bioreaktor versorgte sie mit Vitaminen und Nährstoffen. Nach einer gewissen Zeit fügten die Wissenschaftler zusätzlich Endothelzellen hinzu, die das Innere der Blutgefäße auskleiden, und vervollständigten die Arterien damit.

Die Herstellung von Arterien aus nicht-embryonalem Gewebe sei ein wichtiger Schritt beispielsweise für die Behandlung von Herzerkrankungen, bei denen ein Bypass nötig ist, erklärt Niklason. Besonders vorteilhaft sei, dass die Blutgefäße keinerlei Abstoßungsreaktionen hervorrufen, da sie aus Zellen der jeweiligen Person gezüchtet werden könnten.

Die Wissenschaftlerin schätzt jedoch, dass noch etwa zehn Jahre verstreichen werden, bis ein routinemäßiger Einsatz der Arterien möglich sein wird. Ein Blutgefäß müsse derzeit etwa 12 bis 13 Wochen wachsen, bis es dem hohen Blutdruck im menschlichen Körper standhalten kann. Weitere Experimente sollen sich daher darauf konzentrieren, das Wachstum zu beschleunigen. Auch die Reaktion des Körpers auf die künstlichen Arterien muss noch überprüft werden.

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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Elektronisches Papier erreicht höhere Auflösung

07.06.2003

Das elektronische Papier auf flexiblen Plastikfolien wird erwachsen. Das US-Unternehmen E-Ink präsentierte nun auf einer Fachtagung für Display-Technologie in Baltimore einen Prototyp mit einer Auflösung von 160 Bildpunkten pro Zoll (160 dpi). Damit steht diese Technologie, die E Ink zusammen mit Philips entwickelt, der Qualität des klassischen Zeitungsdrucks in nichts mehr nach. Nun soll die Massenproduktion dieser beliebig wiederverwendbaren rollbaren Anzeige-Folien im kommenden Jahr beginnen können.

"Das ist das erste Mal, dass E Ink und Philips solche Komponenten in ein voll funktionstüchtiges Display integriert haben", sagt Jim Veninger von Philips. "Es ist ein Meilenstein auf dem Weg zur Kommerzialisierung dieser Technologie." Der jüngste Prototyp ist lediglich drei Zehntel Millimeter dick und kann wie ein Magazin aufgerollt werden. Bei dieser Gemeinschaftsentwicklung steuert E Ink die Mikrokapsel-Technik bei, die die Grundlage für die schwarzen Bildpunkte liefert. Philips trägt die Verantwortung für die dünnen Transistor-Flächen, über die die Mikrokapseln aktiviert werden.

Zwischen der Transistor-Folie auf flexiblen Kunststoff und einer durchsichtigen Deckschicht wird die elektronische Tinte eingefüllt. In dieser befinden sich die winzigen Mikrokapseln mit einem Farbstoff, der auf Strom reagiert. Über eine von außen angelegte Spannung können die Transistoren geschaltet werden.

Fließt durch einen Transistor Strom, bewegen sich die Farbstoffteilchen zur Frontabdeckung. Auf dem Monitor erscheint ein Punkt in der Farbe dieses Pigments, wahlweise schwarz oder weiß. Wird der Stromfluss unterbrochen, driften die Pigmentteilchen zurück und ein schwarzer Fleck wird auf dem Bildschirm sichtbar. Mit anderen Farbstoffen können auch farbige Displays mit der gleichen Technologie gebaut werden.

Auch wenn andere Entwickler im Wettlauf um das elektronische Papier bereits Prototypen mit 256 Graustufen oder sogar einer farbigen Anzeige vorgestellt haben, wird wohl die einfachere Schwarz-Weiß-Anzeige als erste auf den Markt kommen. Nutzer dieser Displays können sich dann beliebig die Inhalte aktueller Tageszeitungen, Bücher oder anderer Druckwerke auf ihre flexible Anzeige-Folie laden und bequem mitnehmen. Da dieses Display die jeweils letzte Seite ohne Spannungsversorgung anzeigt, lässt sich auch der Stromverbrauch in Grenzen halten.

Eine andere Anwendung liegt in der so genannten "Intelligenten Kleidung". Pullover oder Jacken, die mit Mobilfunkmodul und Computer ausgestattet sind, können dem Träger alle Informationen über den flexiblen im Ärmel integrierten Bildschirm anzeigen. Sie ersetzen dann die starren und empfindlichen Flachbildschirme, die noch heute in den "smart clothes"-Prototypen eingesetzt werden.

Von großem Vorteil für alle mobilen Geräte ist der geringe Stromverbrauch des elektronischen Papiers. Da auf eine Hintergrundbeleuchtung verzichtet werden kann, sollen diese Displays nur ein Zehntel der Energie verbrauchen können, die heutige "Low power"-Displays benötigen.

Philips kooperiert nicht nur mit der Firma E-Ink, die aus heutiger Sicht einem kommerziellen e-paper - Produkt wohl am nächsten kommen. Der Konzern engagierte sich auch bei der israelischen Firma Visson. Ohne Flüssigkristalle und Mikrokapseln arbeitet das Technologie-Unternehmen an farbigen und flexiblen Displays aus ineinander verwobenen leitenden Fasern. Sobald Strom durch dieses Gewebe geleitet wird, soll an den Schnittpunkten der Fasern Licht in verschiedenen Farben ausgesendet werden.

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Gedankenkraft Bewegung schafft

16.05.2003

Mit Gedankenkraft Computer lenken und Prothesen steuern – das könnte bald mehr als bloße Zukunftsmusik sein. Fraunhofer-Informatiker und Neurologen vom Universitätsklinikum Benjamin Franklin in Berlin stellen in der Ausstellung Leuchttürme der Berliner Wissenschaft im Berliner Abgeordnetenhaus (15. bis 30. Mai) ihr neuestes Projekt vor: ein "Brain-Computer-Interface" (BCI), das auf der Basis von menschlichen Gehirnströmen lernt und arbeitet.

Weltweit beschäftigen sich Forschergruppen mit BCIs, bei denen meist die Versuchspersonen lernen müssen, ihre Gehirnströme zu kontrollieren. Nicht so bei Klaus-Robert Müller vom Fraunhofer-Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik (FIRST) in Berlin und seinen Kollegen: Bei ihnen lernt der Computer. Die Forscher nutzen dabei aus, dass sich die menschlichen Gehirnströme etwa eine Sekunde vor einer tatsächlichen Bewegung ändern. Genau diese Veränderung ist das Signal für den Computer. Da das menschliche Gehirn jedoch ununterbrochen eine Unmenge solcher Signale produziert, haben die Wissenschaftler eine besondere Software entwickelt, über die der Computer das jeweils gesuchte Signal herausfiltern kann und anschließend einer bestimmten Bewegung zuzuordnen lernt.

Beispielsweise sitzt eine Versuchsperson vor dem Computer und tippt mit dem rechten oder linken Zeigefinger auf die Tastatur. Bereits nach zwanzig Minuten reicht es aus, nur an die Bewegung zu denken, und schon wandert der Cursor auf dem Bildschirm nach rechts oder links. Auch eine Art mentale Schreibmaschine könnte auf diese Weise funktionieren, wenn sich der Cursor in einem Buchstabenfeld bewegt.

Die Wissenschaftler hoffen, durch dieses BCI-System künftig Prothesen zu steuern oder sogar bei Querschnittsgelähmten die zerstörte Verbindung zwischen Gehirn und Muskeln zu überbrücken. Noch dieses Jahr wollen sie erste Studien an Menschen mit amputierten Extremitäten beginnen. Doch die Forscher sind sich sicher: Sie werden noch viel Zeit und Gedankenkraft investieren müssen, bevor ihr Verfahren einmal routinemäßig zum Einsatz kommen wird.

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Künstliche Retina lässt Blinde wieder sehen

09.05.2003

Amerikanische Wissenschaftler haben eine künstliche Retina entwickelt, die bereits einige blinde Menschen wieder Licht und Schemen erkennen lässt. Die Forscher stellten die Ergebnisse einer einjährigen Testphase auf dem Jahrestreffen der Forschungsvereinigung für Sehen und Augenheilkunde in Fort Lauderdale vor.

Im Februar 2002 pflanzten die Wissenschaftler um Mark Humayun von der "Keck School of Medicine" dem ersten Patienten die vier mal fünf Millimeter kleine Retina ein. Mittlerweile tragen drei Patienten die Retina-Prothese in ihrem Auge. Das Scheibchen aus Platin und Silizium sitzt auf der eigentlichen Retina der Patienten, die jedoch nur noch wenige funktionierende Zellen enthält. Die Prothese stimuliert nun mithilfe von 16 Elektroden genau diese gesunden Zellen durch einen elektrischen Reiz – die Zellen wiederum leiten die Information dann an das Gehirn weiter.

Die Patienten können zum Teil erkennen, wenn ein Licht an- und ausgeschaltet wird oder ein Gegenstand sich bewegt, und sind sogar in der Lage, einzelne Dinge zu zählen. Das klingt im ersten Moment nicht überzeugend, verbessert aber die Lebensqualität der vormals blinden Patienten deutlich. Humayun hofft, dass die Retina-Prothese bald vielen Menschen helfen wird, die durch Augenerkrankungen wie die so genannte Retinitis pigmentosa oder die altersbedingte Macula-Degeneration ihr Sehvermögen eingebüßt haben.

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Magische Zahlen für neue Metall-Legierungen

22.04.2003

Leicht, stabil und gut zu verarbeiten: Die Anforderungen an moderne Metall-Legierungen werden immer größer. Doch anstatt nach dem "Trial and Error"-Verfahren einfach reihenweise verschiedene Legierungen herzustellen, weisen theoretische Berechnungen und Simulationen auf der Basis der Quantenmechanik einen kürzeren Weg zum perfekten Werkstoff. So entwickelten japanische Materialforscher nun neue Legierungen auf Titanbasis, die extrem beanspruchbar sind, für Metall überraschende plastische und elastische Eigenschaften aufweisen und zugleich überraschend wenig wiegen.

"Wir zeigen eine Gruppe von Legierungen, die zahlreiche 'Super-Eigenschaften' und drastische Änderungen der physikalischen Eigenschaften bei Raumtemperatur aufweisen", berichten Takashi Saito und seine Kollegen von der Universität Tokio in der Fachzeitschrift Science (Bd. 300, S. 464). Zugleich bieten die Legierungen für Metalle nach Angaben der Entwickler bisher unerreichte Eigenschaften in Hinblick auf Elastizität, Stärke und Verformbarkeit bei niedrigen Temperaturen. Basierend auf theoretischen, quantenphysikalischen Erkenntnissen über das Verhalten von Atomen in der direkten Nachbarschaft zu anderen Elementen mischten die Wissenschaftler ihre Legierungen aus Titan, Tantal, Niob, Vanadium, Zirkonium und Sauerstoff.

Auch ein gewünschtes Verhalten in Bezug auf Magnetisierbarkeit ließ sich so erreichen. Hauptbeitrag aus der Theorie ist, dass alle verwendeten Elemente bestimmte Werte bei drei so genannten elektronischen, magischen Zahlen aufweisen. Dazu gehört eine passende Anzahl der Elektronen in der äußersten Schale (Valenzelektronen) von im Durchschnitt 4,24, eine bestimmte Bindungsstärke der Atome im reinen Element und ein Wert für die Elektronegativität von 2,45 Elektronenvolt, das in der Anordnung der inneren "d-Orbital"-Elektronen begründet liegt.

Mit verschiedenen Spektroskopie-Methoden – von Aufnahmen mit einem Rastertunnelmikroskop bis zur Analyse der elektronischen Eigenschaften – analysierten Saito und Kollegen die innere Struktur ihrer Legierungen bis in den Nanometer-Bereich. So verändert sich die Kristallstruktur der Legierungen selbst bei starker plastischer Verformung nur wenig. Bei den meisten Metallen dagegen ordnen sich die Atome in diesen Gittern neu an und begründen damit eine typische Sprödigkeit der Metalle, die schließlich zu Brüchen führt. In den neuen Legierungen verhindern dagegen gezielt eingebaute, elastische Bereiche diese Schwächung des Materials.

Experten sehen in dieser neuen Art der "Planung" von Legierungseigenschaften die Zukunft der Materialforschung. Erste Anwendungen für ultraleichte, verformbare und dabei stabil bleibende Legierungen ergeben sich unter extremen Bedingungen wie an Bord von Raumfähren oder der Internationalen Raumstation.

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Muskeln aus Metall

11.04.2003

Auch Metalle können sich ausdehnen oder zusammenziehen, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird. Das konnte ein deutsch-österreichisches Wissenschaftlerteam zum ersten Mal zeigen. Möglicherweise könnten diese Erkenntnisse bei der Herstellung von "Muskeln" in Robotern eine praktische Anwendung finden. Veröffentlicht wurden diese Ergebnisse im Fachmagazin "Science" (Ausg. 300, S. 312).

Die Forscher um Jörg Weissmüller am Institut für Nanotechnologie in Karlsruhe haben einen Metallkörper entwickelt, der durch elektrische Ladung deutlich seine Ausmaße verändert. Er besteht aus einem kontinuierlichen Netzwerk aus speziellen Platin-Nanopartikeln, die von einer Elektrolytlösung umspült sind. Besonders an diesem Körper ist die durch die feinen Metallpartikel ungewöhnlich große Metalloberfläche. Die Volumenveränderung beim Ausdehnen oder Zusammenziehen des Metalls reichte dabei aus, um mechanische Arbeit zu leisten. Auf diese Weise konnte also elektrische Energie direkt in mechanische Energie umgewandelt werden.

Ray Baughman von der University of Texas (USA) beschreibt in "Science" mögliche Anwendungen dieser Neuentwicklung. So lassen sich vielleicht Roboter konstruieren, die neben "Knochen" und "Haut" auch "Muskeln" aus Metall enthalten. Diese könnten dann direkt durch einen elektrischen Impuls zur Bewegung angeregt werden.

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Synthetische Matrix zur Geweberegeneration entwickelt

10.04.2003

Eine Matrix aus synthetischem Hydrogel könnte bald zur Herstellung von neuem Gewebe dienen. Diese Gele ermöglichen Zellen die Wanderung durch das Gewebe, da sie empfindlich sind gegenüber bestimmten Proteasen, berichten Wissenschaftler in der Zeitschrift Proceedings of the National Acadamy of Science (Online Early Edition, April 7 - 11, 2003).

Bisher mussten Wissenschaftler bei der Herstellung künstlicher Gewebe auf natürliche Biomaterialien wie Fibrin oder Kollagen zurückgreifen. Nun haben Jeffrey Hubbel von der ETH in Zürich und seine Kollegen eine synthetische Matrix entwickelt, welche die Aufgabe dieser Biomaterialien übernehmen könnte.

Wichtig bei Herstellung derartiger Gewebe ist die Nachahmung der so genannten extrazellulären Matrix, in welche die Zellen im Körper eingebettet sind. Diese besitzt bestimmte Eigenschaften, die es Zellen möglich machen, sich in der Matrix zu bewegen. Die Bewegung erfordert die Aktion von Proteasen, also Enzymen, die Proteine - und damit Bestandteile der Matrix - spalten und so einen Weg für die Zellwanderung schaffen können.

Um die Wirksamkeit dieser Matrix zu demonstrieren, erzeugten die Wissenschaftler Defekte an Schädelknochen von Ratten. Unter Verwendung des Hydrogels konnte bei allen Ratten eine vollständige Reparatur dieser Schäden erzielt werden.

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Biogerüst kann durch Nadel injiziert werden

20.03.2003

Forscher der Universität von Nottingham haben einen neuen Weg zur Heilung großer Wunden im Körperinnern gefunden. Dabei wird mittels einer gewöhnlichen Spritze eine Mischung aus winzig kleinen, biologisch abbaubaren Kunststoffteilchen und Gewebezellen in die Wundhöhle gespritzt. Wenn nun eine zweite Lösung aus Proteinen durch eine weitere Injektion verabreicht wird, so ordnen sich die Kunststoffteilchen in einer löchrigen Matrix innerhalb der Wundhöhle an. Diese Matrix dient als Gerüst, auf dem neues Gewebe zur Heilung der Wunde wachsen kann. Darüber berichtet das Fachmagazin Advanced Materials (Band 15, Seite 210ff).

Die von Kevin Shakesheff und seinen Mitarbeitern zum Aufbau des Gerüsts eingesetzten Kunststoffteilchen bestehen aus Polymilchsäure und haben Durchmesser von nur wenigen Zehntausendstel Millimeter. Die Oberfläche dieser Teilchen ist zudem mit bestimmten Molekülgruppen, die den Namen Biotin tragen, versehen. Wenn die Teilchen nun in einer wässrigen Lösung mit Avidin – einem weiteren Protein – versetzt werden, so verbindet dieses die Biotingruppen zu einem Netzwerk. Auf diese Weise kann sich die flüssige Teilchenlösung in ein festes, biologisch abbaubares Gerüst mit einer großen inneren Oberfläche umwandeln.

Die Forscher glauben, dass ihre Entdeckung zur Heilung von voluminösen Wunden im Körperinnern eingesetzt werden kann. Durch zwei Injektionen – zuerst die Teilchenlösung, dann das Avidin – lässt sich somit eine Wundhöhle zunächst mit einer Flüssigkeit füllen, die dann auf Kommando durch das Avidin in ein Gerüst umgewandelt werden kann. Wenn die Kunststoffteilchen zusätzlich mit Zellen vermischt werden, so können diese nach dem Aufbau des Gerüsts zu einem funktionsfähigen Gewebe verwachsen.

Die Forscher haben bereits erste Pilotexperimente mit Hühnerembryos durchgeführt. Dabei fanden sie heraus, dass ihr Biogerüst in der Tat mit den im Körperinnern vorherrschenden Bedingungen gut verträglich ist. Innerhalb von wenigen Wochen war das Biogerüst in dem Embryo zudem von Knochen und Blutgefäßen durchsetzt. Innere Verletzungen könnten somit in Zukunft ohne gefährliche und zeitintensive Operationen behandelt werden.

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Elektronische Tinte ändert Farbe auf Knopfdruck

20.03.2003

Hauchdünn, flexibel und farbig. Von der organischen Leuchtdiode bis zum schimmernden Halbleiterfaden existieren viele Ansätze für neue, biegsame Displays. Kanadischen Wissenschaftlern gelang es nun, eine elektronische Tinte zu entwickeln, die auf Knopfdruck ihre Farbe wechselt. Bisher konnten einzelne, farbige Bildpunkte nur zwischen leuchtend und nicht leuchtend geschaltet werden. Die Grundlagen für die neuen Farbdisplays, die für elektronisches Papier oder empfindliche Sensoren eingesetzt werden könnten, präsentieren die Forscher im Fachblatt Advanced Materials.

Alle Farben des Regenbogens können dabei durch die geschickte Lagerung von winzigen Siliziumoxid-Kügelchen gebildet werden. Dazu nutzen die Forscher von der University of Toronto das gleiche Prinzip wie bei einem Schmetterling: Über marginale Veränderungen der Brechung eines einfallenden Lichtstrahls können alle Farben des sichtbaren Lichtspektrums ohne jeden Farbstoff erzeugt werden.

Die regelmäßig gestapelten Kügelchen mit einem Durchmesser von rund 300 Millionstel Millimeter bilden die Basis der "P-Ink", der photonischen Tinte. Ian Manners und Kollegen ordneten die Kugeln in eine Matrix aus einem leitfähigen Polymer-Gel. Je nach Abstand der Kugeln zueinander wird einfallendes Licht anders gebrochen und dem menschlichen Auge erscheint eine andere Farbe.

Über eine angelegte Spannung kann das Polymer mehr oder weniger positiv aufgeladen werden. Diese Aufladung bestimmt, wie viel Lösungsmittel das Gel aufnehmen kann. Je nach Menge schwillt das Gel nun mehr oder weniger stark an und die Abstände zwischen den Siliziumoxid-Kügelchen verändern sich. Das Ergebnis ist ein sich verändernder Farbton.

Nach vielen Versuchen gelang es den Wissenschaftlern, dass Wechselspiel zwischen Spannungsaufladung und Anschwellen des Gels gezielt in den Griff zu bekommen. Über den Stromfluss können sie nun das gesamte sichtbare Lichtspektrum über die variablen Abstände der Kügelchen erzeugen. Allerdings vollzieht sich das Anschwellen und Trocknen des Gels in etwa einer halben Sekunde. Diese Geschwindigkeit reicht für eine elektronische Zeitung oder ein variables Werbeplakat aus, jedoch nicht für schnelle Bewegungen. So scheint für flexible Computerdisplays heute die schnell schaltende, organische Leuchtdiode (OLED) der beste Ansatz für die Zukunft der Monitore zu sein.

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Wissenschaftler testen die erste Gehirnprothese der Welt

13.03.2003

Kalifornische Wissenschaftler haben einen Mikrochip entwickelt, der die Funktionen des Hippocampus übernehmen kann – jene Hirnregion, die für die Speicherung neuer Erfahrungen im Gedächtnis verantwortlich ist. Das berichtet das Wissenschaftsmagazin New Scientist (Ausgabe vom 15. März).

Der Siliziumchip könnte Menschen helfen, die durch Schlaganfälle, Epilepsie oder andere Erkrankungen Schäden am Hippocampus erlitten haben. Die Forscher von der University of Southern California in Los Angeles wählten für ihre Entwicklung diese Gehirnregion, da sie einer der strukturiertesten und am besten erforschten Teile des Gehirns ist und sich ihre Funktionen zudem relativ einfach testen lassen.

In zehnjähriger Arbeit erfasste die Arbeitsgruppe um Theodore Berger zunächst im Detail die Reaktionen verschiedener Regionen des Hippcampus auf elektrische Stimulation. Daraus entwickelten die Forscher ein mathematisches Modell, das die Funktionsweise des gesamten Hippocampus wiedergibt, und programmierten dieses auf einen Siliziumchip.

Beim Menschen soll der Chip auf der Schädeloberfläche angebracht und mit dem Gehirn durch zwei Elektrodenbündel verbunden werden: eines, das die elektrischen Signale des Gehirns an den Chip weiterleitet, und eines, das geeignete Impulse an das Gehirn zurückgibt.

Berger und seine Kollegen wollen den neu entwickelten Mikrochip zunächst an konservierten Gehirnen von Ratten testen. Anschließend soll er lebenden Ratten und später Affen eingesetzt werden, deren Hippocampus vorher außer Gefecht gesetzt wird. Um die Funktion der Prothese zu testen, sollen die Tiere anschließend verschiedene Gedächtnisaufgaben ausführen.

Selbst wenn sich das Implantat in diesen Versuchen als erfolgreich erweist, seien für die Anwendung beim Menschen zusätzlich auch ethische Aspekte zu berücksichtigen. So sei zum Beispiel unklar, ob man mit dem Mikrochip noch kontrollieren könne, woran man sich erinnert und woran nicht, kommentiert Bernard Williams, Philosophieprofessor an der University of Oxford (GB) im "New Scientist". Williams hält dies für bedenklich, denn Vergessen ermögliche es dem Menschen, schmerzhafte oder unangenehme Erfahrungen nicht erneut zu durchleben.

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Ein Roboterfinger mit Gefühl

07.03.2003

Dank eines an der Polytechnischen Universität von Cartagena entwickelten Verfahrens könnten zukünftige Roboter Objekte gefühlvoller handhaben als bisher. Die Finger des Roboters müssen dazu mit einem Kunststoff überzogen werden, dessen elektrische Leitfähigkeit druckabhängig ist. Das berichten spanische Forscher im Fachblatt Advanced Materials (Bd. 15, S. 279). Der Roboter kann somit die von ihm aufgewandten Kräfte dem jeweiligen Objekt genau anpassen.

Toribio Fernández Otero und Maria Teresa Cortés benutzten für ihre Experimente einen unter dem Namen Polypyrrol bekannten Kunststoff, der sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung ausdehnt. Wenn dieser nun zu beiden Seiten eines biegsamen Stücks Plastik aufgebracht wird, kann dieses durch elektrische Spannungen verbogen werden. Dazu muss nur die eine Kunststoffseite unter eine positive, die andere unter eine negative Spannung gesetzt werden, so dass sich einer der Filme zusammenzieht, der andere hingegen ausdehnt. Die Anordnung kann somit als ein "Finger" einer Roboterhand eingesetzt werden.

Dieser clevere Finger hat dank der elektrischen Eigenschaften von Polypyrrol automatisch einen Tastsinn. Dies hängt damit zusammen, dass sich die elektrische Leitfähigkeit des Kunststoffs ändert, wenn dieser unter mechanischen Druck gesetzt wird.

Wenn der Finger ein schweres Objekt bewegen soll und somit einen größeren Widerstand spürt, legt der Roboter automatisch eine größere Spannung an den Finger an als für ein leichteres Objekt. Somit können Objekte verschiedenen Gewichts mit genau der gleichen Geschwindigkeit bewegt werden, da der Kunststoffüberzug dem Roboter quasi signalisiert, wie viel Kraft zur Verschiebung des Objekts aufgewendet werden muss.

Die besonderen elektrischen Eigenschaften von Polypyrrol hängen mit dessen molekularen Aufbau zusammen. Je stärker der auf den Film ausgeübte Druck, umso mehr werden die Polypyrrol-Moleküle zusammengepresst. Dies führt wiederum zu einer Veränderung des elektrischen Widerstands des Films.

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Einrollbares Display in Papierform

07.03.2003

Einrollbare Folien-Displays würden für Notebooks oder Handys in Zukunft ein völlig neues Design ermöglichen. Siemens zeigt auf der CeBIT das Muster eines elektronischen Papiers, das biegsam und weniger als einen halben Millimeter dick ist.

Auf dem rund zehn mal zehn Zentimeter großen Display ist die Oberfläche eines Organizers mit E-Mail- und Kalenderfunktion fest installiert. Das Display steckt seitlich in einem zigarrenförmigen Stift, der die Steuerungselektronik und die Stromversorgung beherbergt. Auf der Messe zeigen die Entwickler auch eine größere Version: Auf einer DIN-A4-Folie erscheinen wie von Zauberhand nacheinander das Bild einer Zeitung, Kinoprogramme und Anzeigen. Die Folie wird dabei sogar bewegt.

Die Technik beruht auf elektrochromen Molekülen. Diese verändern ihre Farbe, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird. Der Kern des Displays besteht aus einer Elektrolytfolie, in der ein Muster eingeprägt ist. Über die Elektronik werden abwechselnd bestimmte Teile aktiviert, um die Bilder sichtbar zu machen.

Die Forscher arbeiten bereits an einer Version, die beliebige Bilder darstellen kann. Dafür müssen sie die elektrochromen Moleküle in eine Matrix überführen, in der sie jeden Bildpunkt separat ansteuern können. Im Prinzip wären solche Displays mit einfachen Drucktechniken und damit kostengünstig herzustellen. Ein weiterer Vorteil: Die Schrift ist auch ohne Stromzufuhr über einen längeren Zeitraum stabil. Der Stromverbrauch läge damit deutlich unter dem heutiger LCD-Displays.

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Künstliche Haut für die Roboterhand

25.02.2003

Amerikanische Ingenieure haben eine angeblich perfekte Haut für Roboterhände entwickelt. Die Haut soll künstliche Finger feinfühlig genug machen, um beispielsweise mit den Instrumenten eines Chirurgen präzise Schnitte setzen zu können, berichten Jonathan Engel von der Universität Illinois und seine Kollegen im amerikanischen Fachmagazin Journal of Micromechanics and Microengineering (Bd. 13, S. 353).

Die Haut besteht aus einem robustem Polymer mit eingelassenen Sensoren. Der Kunststoff soll der Haut auf verschiedensten Gegenständen festen Halt geben. Mit Hilfe der Sensoren könnte sich ein Roboter zudem ein ungefähres Bild von Dingen in seiner Umgebung ertasten.

Die Erfinder sehen mögliche Einsatzgebiete ihrer künstlichen Haut überall dort, wo Tastvermögen gefragt ist, Menschen aber bei einem Einsatz an ihre Grenzen stoßen würden oder in Gefahr geraten können. Das kann etwa in der Mikrochirurgie sein, bei der Erkundung ferner Planeten oder bei militärischen Einsätzen.

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Flüssiglinse fokussiert Licht auf Kommando

28.01.2003

Amerikanische Wissenschaftler haben eine mikroskopisch kleine Linse hergestellt, deren Brennweite mittels einer elektrischen Spannung verändert werden kann. Die nur zwei Millimeter große Linse besteht aus einer leitenden Flüssigkeit und könnte unter anderem Anwendungen in hochintegrierten optischen Schaltkreisen finden. Darüber berichten die Forscher der Bell Forschungslaboratorien in New Jersey im Fachblatt Applied Physics Letters (Band 82 Seite 316).

Die von Tom Krupenkin und seinen Kollegen hergestellte Linse besteht aus einem nur zwei Millimeter großen Tropfen der Flüssigkeit Kaliumsulfat. Dieser befindet sich auf einer durchsichtigen Schicht, die aus zwei Sorten Glas und einem organischen Kunststoff aufgebaut und zudem mit vier nur wenige Millimeter großen Elektroden versehen ist. Da Kaliumsulfat den elektrischen Strom leitet, verformt sich der Tropfen, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird.

Der Tropfen kann nun aufgrund seiner gekrümmten Oberfläche wie eine gewöhnliche Linse aus Glas einen ihn durchdringenden Lichtstrahl fokussieren. Mittels der Elektrodenspannung lässt sich daher die Größe der Brennweite der Linse elektrisch verändern - in dem Experiment um bis zu 25 Prozent ihres ursprünglichen Wertes.

Den Forschern nach könnten Mikrolinsen in zukünftigen optischen Schaltkreisen sowie in der medizinischen Biodiagnostik Anwendung finden. Zuvor müssen jedoch noch einige Hindernisse überwunden werden. Zum Beispiel nimmt eine Brennweitenänderung zur Zeit fünf Mikrosekunden in Anspruch - zu lange für optische Schalter. Die Forscher arbeiten daher bereits intensiv an einer weiteren Verbesserung ihrer Linse.

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Oberflächen verändern ihre Eigenschaften auf Knopfdruck

17.01.2003

Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben Oberflächen entwickelt, die ihre Eigenschaften auf Knopfdruck ändern. Im Fachmagazin "Science" (Bd. 299, S. 371) stellen sie ein Material vor, das beliebig zwischen den Zuständen wasserabstoßend und wasseranziehend umgeschaltet werde kann.

Der Trick ist eine Schicht winziger Moleküle, die sich in einem engen Raster auf der Oberfläche befinden. Die Moleküle sind länglich und elastisch. Ihre Spitze ist negativ geladen und zieht gleichzeitig Wassermoleküle an, für die Basis gilt das Gegenteil. Wird nun ein schwaches elektrisches Feld angelegt, zieht es je nach Polung die Moleküle entweder nach oben oder nach unten. Dadurch kann zwischen wasseranziehend und wasserabstoßend hin und her geschaltet werden.

Nach diesem Prinzip lassen sich aber auch andere Eigenschaften wie beispielsweise die Reibung beeinflussen. Eingesetzt werden könnte die patentierte Erfindung etwa, um Zellmaterial oder Chemikalien sehr gezielt zu handhaben.

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Rekonstruierter Oberschenkelknochen wächst mit

13.01.2003

Mit einer außergewöhnlichen Technik haben italienische Ärzte den krebsbefallenen Oberschenkelknochen eines kleinen Mädchens so rekonstruiert, dass er sogar mit dem Wachstum des Kindes mithält. Das berichten die Mediziner in der renommierten britischen Fachzeitschrift The Lancet (Bd. 361, S. 140).

Der obere Teil des Oberschenkelknochens musste 1997 aufgrund eines bösartigen Knochentumors entfernt werden. Das fehlende Stück ersetzten die Chirurgen um Marco Manfrini damals mit einem toten Spenderknochen und einem Stück des Wadenbeins des Mädchens, dem dünneren Knochen des Unterschenkels. Das besondere: Mit dem oberen Teil des Wadenbeins entnahmen die Mediziner auch die Blutgefäße des Unterschenkelknochens. Diese mit Titanplatten fixierte Konstruktion setzten sie ins Hüftgelenk ein und verbanden die Blutgefäße.

Da die Wadenbeingefäße den reparierten Knochen versorgten, wuchs er wie ein ganz normaler Oberschenkelknochen. Der lebende und der tote Knochen verschmolzen und Blutgefäße wanderten in den Spenderknochen ein, der darauf wieder lebendig wurde.

Heute, fünf Jahre nach der Operation, wächst der rekonstruierte Knochen weiterhin mit. Das Mädchen kann laufen, schwimmen, Fahrrad fahren und reiten und hat keinerlei Probleme mit den Gelenken, schreiben die Forscher. Bei gängigen Methoden für Knochenoperationen bei Kindern wird nicht berücksichtigt, dass sie noch wachsen. Die Patienten müssen dann später weitere Operationen oder sogar eine Amputation über sich ergehen lassen.

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Forscher stellen Bildschirm aus mikroskopisch kleinen Leuchtdioden her

13.01.2003

Britische Wissenschaftler haben einen Bildschirm aus mehr als zehntausend winzig kleinen Leuchtdioden hergestellt. Die Dioden weisen einen Durchmesser von nur 20 Mikrometern auf und senden blaues Licht aus. Die einzelnen Dioden des nur wenige Quadratmillimeter großen Schirms können dabei einzeln ein- und ausgeschaltet werden. Die Forscher denken, dass derartige Bildschirme innerhalb nur weniger Jahre kommerzielle Anwendungen finden werden.

Die von Martin Dawson geleitete Forschergruppe des Photonik-Instituts der Strathclyde Universität stellte ihren Leuchtdiodenbildschirm mit einem vollkommen industriekompatiblen Prozess her. Die einzelnen Leuchtdioden werden dabei auf einer aus mehreren Halbleiterschichten bestehenden Scheibe, einem so genannten Wafer, in einem parallelen Produktionsverfahren mittels mehrerer Belichtungen und Ätzschritte hergestellt. Der aktive Bereich der Dioden besteht aus dem Halbleiter Gallium-Nitrit und sendet beim Anlegen einer elektrischen Spannung blaues Licht einer Wellenlänge von 470 Nanometern aus.

Der hergestellte Leuchtdiodenbildschirm hat eine aktive Fläche von 3,5 mal 2,5 Millimetern und besteht aus insgesamt 12.288 Leuchtdioden, die in einem Rastergitter angeordnet sind. Jede einzelne Diode des Gitters kann innerhalb eines Zeitraums unterhalb einer Milliardstel Sekunde angesprochen werden. Der Bildschirm eignet sich daher nicht nur zur Darstellung von nur wenigen Millimetern großen Bildern, sondern auch für Anwendungen in der biologischen und medizinischen Diagnostik.

Eine mögliche biologische Anwendung des Leuchtdiodenrasters liegt den Forschern nach in der Untersuchung von mit Fluoreszenzfarbstoffen versehenen Präparaten des menschlichen Erbguts, der DNA. Zudem könnte die Rasterfläche mit mehreren Phosphorschichten versehen werden, die das blaue Licht der Leuchtdioden zu höheren Wellenlängen hin verschieben und somit Farbbilder ermöglichen.

(aus dem News-Ticker Bild der Wissenschaft)

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