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Technik

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Microsoft-Mitgründer will Riesenflugzeug bauen

Raumfahrt. Eine Flügelspannweite von 116 Metern, sechs Boeing-747-Triebwerke zum Antrieb, eine Tragkraft von 222 Tonnen: Multimilliardär Paul Allen plant ein gigantisches Flugzeug, das Satelliten und Raumschiffen als Startrampe dienen soll.

Das größte Flugzeug der Welt soll es werden: Microsoft-Mitgründer Paul Allen plant einen Riesenvogel, der während des Flugs eine mehrstufige Trägerrakete auf den Weg schicken kann. Das Flugzeug würde also als Startrampe für Satelliten oder Raumfahrzeuge dienen. Der Abschuss der Rakete soll in rund 10.000 Metern Höhe erfolgen.

Der erste Flug der Maschine sei innerhalb der nächsten fünf Jahre geplant. Allens Unternehmen Stratolaunch will bei der Konstruktion der Maschine mit dem Flugzeugdesigner Burt Rutan zusammenarbeiten. Beide hatten bereits bei der Entwicklung des SpaceShipOne kooperiert, das es 2004 als erstes privat gebautes bemanntes Fahrzeug in den Erdorbit schaffte.
„Ich habe lange davon geträumt, nach dem Erfolg von SpaceShipOne den nächsten großen Schritt in den privaten Raumflug zu tätigen“, sagte Allen. „Wir befinden uns am Beginn einer radikalen Wende in der Raumfahrt-Industrie.“

Die Ingenieure planen, sechs Boeing-747-Triebwerke in das Riesenflugzeug einzubauen. Die Flügelspannbreite der Maschine beträgt 116 Meter. Zum Start und zur Landung benötige das Flugzeug eine 3,65 Kilometer lange Bahn – es könnte beispielsweise vom Kennedy Space Center aus abheben. Die transportierte Trägerrakete soll bis zu 222 Tonnen wiegen können.

Shuttle-Nachfolger gesucht

Nachdem die Space Shuttles der US-Weltraumbehörde Nasa mittlerweile in Museen ausgestellt werden, sollen Raumfähren von privaten Unternehmen diese Lücke füllen. Mehrere Firmen konstruieren derzeit Systeme, um Astronauten zur Internationalen Raumstation ISS zu bringen. Im Rennen um die Shuttle-Nachfolge ist unter anderem Amazon-Chef Jeff Bezos mit am Start, der allerdings im September einen Rückschlag erleben musste: Bei einem Probeflug geriet die Rakete seines Unternehmens Blue Origin außer Kontrolle. Die Bodenkontrolle musste das Raumschiff sprengen.

Microsoft-Mitgründer Paul Allen investiert nicht nur in die Raumfahrt. Er hat erhebliche Teile seines Vermögens bereits in Sportteams wie die Basketball-Mannschaft Portland Trail Blazers und das Football-Team Seattle Seahawks gesteckt, finanzierte das Rock’n’Roll-Museum in Seattle und engagierte sich in einer Familienstiftung. Der Multimilliardär unterstützte auch das kalifornische Seti-Institut bei der Suche nach extraterrestrischer Intelligenz. Ein großes Radioteleskop in Nordkalifornien ist nach Allen benannt.

via: http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/

Forscher bauen rekordverdächtigen Mini-Motor

Was in großem Maßstab gelingt, klappt im Kleinen nicht immer. Deutsche Wissenschaftler haben es dennoch geschafft, eine Wärmekraftmaschine im Mikroformat zu bauen. Allerdings stottert der winzige Motor.

Vor knapp 200 Jahren präsentierte der schottische Ingenieur Robert Stirling den später nach ihm benannten Motor: eine Wärmekraftmaschine, die Wärme in mechanische Arbeit umwandelt. Nun ist es zwei Forschern vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme und der Universität Stuttgart gelungen, diesen Motor im Mikromaßstab nachzubauen.

Versuchsaufbau: Winziger Stirlingmotor an der Uni Stuttgart

„Wir haben die kleinste Dampfmaschine, genauer gesagt den kleinsten Stirlingmotor der Welt entwickelt und festgestellt, dass die Maschine tatsächlich Arbeit verrichtet“, erklärt Forscher Clemens Bechinger das im Fachmagazin „Nature Physics“ vorgestellte Prinzip. „Zu erwarten war das nicht unbedingt, weil die Maschine so klein ist, dass ihre Bewegung von mikroskopischen Prozessen gestört wird, die in der Makrowelt keine Rolle spielen.“
Im originalen Stirlingmotor wird ein mit Gas gefüllter Zylinder in regelmäßigen Abständen erhitzt und abgekühlt. Dadurch dehnt sich das Gas aus und zieht sich wieder zusammen, was einen Kolben bewegt. Der Kolben wiederum kann beispielsweise ein Rad antreiben – so wird die mechanische Arbeit nutzbar.

Maschine läuft unrund – ist aber effizient

Beim Mini-Motor ersetzt ein rund drei Mikrometer großes, in Wasser schwimmendes Kunststoffkügelchen das Gas. Statt eines Kohlefeuers liefert ein Laser die nötige Hitze. Und im Zusammenspiel mit einem zweiten Laserstrahl zeigt sich die mechanische Arbeit – wenn auch für Laien bei weitem nicht so plastisch wie ein sich bewegender Kolben.

Die Arbeit könne noch nicht praktisch genutzt werden, erklären die Forscher; es gibt also kein Rädchen, das sich am Ende dreht. Aber die Wissenschaftler konnten zeigen, dass die Wärmekraftmaschine funktioniert. „Uns ist es gelungen, die essentiellen Teile einer Wärmemaschine wie Arbeitsgas und Kolben auf nur wenige Mikrometer zu verkleinern und diese dann zu einer Maschine zusammenzusetzen“, sagt der ebenfalls an der Studie beteiligte Valentin Blickle.
Allerdings läuft die Maschine unrund – sie stottert gewissermaßen. Die Wassermoleküle, die das Kunststoffkügelchen umgeben, stoßen fortwährend mit ihm zusammen. Dabei tauschen Kugel und Umgebung Energie aus – die für den Prozess verlorengeht. „Dieser Effekt führt dazu, dass die gewonnene Energiemenge von Zyklus zu Zyklus stark variiert und die Maschine im Extremfall sogar zum Stillstand bringt“, sagt Blickle. Bei großen Motoren passiert dies zwar auch, fällt jedoch wegen der ungleich größeren Energiemenge, die dort umgesetzt wird, nicht ins Gewicht.

Trotzdem läuft die winzige Maschine nach Angaben der Physiker erstaunlich effizient. Es könnte demnach möglich sein, zuverlässige Mini-Motoren zu bauen.

via: http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/

Roboter bekommen Muskeln

Elektronik: Kunst-Muskeln machen Roboter zu Kraftmaschinen. Bislang trotten Roboter, anstatt zu sprinten. Doch nun sollen Muskeln aus Kunststoff die Robotik revolutionieren, sie arbeiten präziser als…

Nun haben sie auch das Rad neu erfunden. Es dreht sich, ohne das ein gewöhnlicher Motor es antreiben würde. Denn an der Stelle der Speichen sitzen sechs künstliche Muskeln, welche die Achse rotieren lassen.

Es gehe ihm nicht um Schnelligkeit oder Kraft, sagt Gruppenleiter Iain Anderson vom Auckland Bioengineering Institute. Im Gegenteil: Sein Ziel sei die Langsamkeit der Bewegung. Und da tun sich Elektromotoren schwer – viel besser hingegen wären Muskeln.

Der Muskel ist ein unterschätztes Meisterwerk der Natur. Motoren mögen Fahrzeuge schneller und stärker als jedes Lebewesen machen – in puncto Präzision dagegen sind sie den natürlichen Konkurrenten hoffnungslos unterlegen.

Muskeln aus einem neuen Kunststoff könnten die Robotik revolutionieren. In der Unterhaltungsindustrie wird ihr Einsatz bereits erprobt.

Besonders wenn die Techniker Roboter oder Prothesen konstruieren, wird die Schwäche der Motoren offenbar. Denn diese erzeugen stets zunächst eine Drehung, die erst durch schwere, aufwendige Getriebe in natürliche Streck- oder Beugebewegungen verwandelt werden muss. Das mindert die Wirksamkeit, weshalb die motorgetriebenen Roboter von heute nur langsam trotten und nicht sprinten.

Neue Materialien sollen hier Abhilfe schaffen und dem natürlichen Vorbild näher kommen. Vor einigen Jahren nahm die Forschung Fahrt auf, als eine neuartige Werkstoffgruppe entwickelt wurde, die sich durch elektrischen Strom verformt.

Am weitesten fortgeschritten sind die sogenannten dielektrischen Elastomere. Sie sind aufgebaut wie ein Sandwich: Zwischen zwei elektrischen Leitern sitzt eine flexible, isolierende Schicht. Bei elektrischer Spannung ziehen Plus- und Minuspol einander an und quetschen dabei die mittlere Schicht ein. Sie muss dem Druck zur Seite ausweichen, das Element streckt sich. Die Geräte haben entscheidende Vorteile: Sie sind weich, billig und – zumindest theoretisch – erstaunlich kräftig.

Armdrücken Mensch gegen Roboter

Um die Leistungsfähigkeit der neuen Technik zu demonstrieren, rief Yoseph Bar-Cohen, Materialforscher und lautstärkster Fürsprecher der Elastomere, 2005 einen Wettbewerb aus: Armdrücken Mensch gegen Roboter. Drei Teams, jedes mit einem eigenen Roboterarm, ließen sich herausfordern. Doch sie hatten ihre Kraft wohl überschätzt. Die Menschheit, vertreten durch eine 17-jährige Schülerin, obsiegte gegen sie alle.

„Es stellte sich heraus, dass die künstlichen Muskeln etwa hundertmal schwächer waren“, sagt Bar-Cohen. Offenbar gab es Probleme, die errechnete Leistungsfähigkeit auch unter praktischen Bedingungen abzurufen. Trotz der öffentlichen Demütigung glaubt der Forscher an eine große Zukunft der Technik.

Ihre erste kommerzielle Anwendung findet sie bereits heute in der Unterhaltungselektronik: Die kalifornische Firma Artificial Muscle hat eine Hülle für den iPod touch auf den Markt gebracht, die künstliche Muskeln für Vibrationen nutzt. Normalerweise werden Handys von kleinen Elektromotoren geschüttelt, sei es für den Vibrationsalarm oder um bei Spielen Explosionen zu simulieren. Doch die Ausdruckskraft der Maschinchen ist begrenzt: Nur Dauer und Stärke des Zitterns lassen sich variieren. Das neue Gerät dagegen bildet verschiedene Tasteindrücke realistisch nach, vom Rütteln eines Hubschraubers bis hin zum menschlichen Herzschlag.

Kompaktheit, Präzision und Geräuschlosigkeit

Smartphones könnten auch von einer anderen Technik profitieren, die auf künstliche Muskeln zurückgeht. Die Schweizer Firma Optotune entwickelt Kameralinsen, die durch dielektrische Elastomere fokussiert werden. Auch hier gelten Kompaktheit, Präzision und Geräuschlosigkeit als entscheidende Vorteile der neuen Materialien.

Auf lange Sicht haben die Forscher noch Größeres vor, wie Gabor Kovacs, Leiter der Abteilung für elektroaktive Polymere an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt. Seine Gruppe experimentiert schon seit Jahren mit künstlichen Muskeln und beteiligte sich auch am Armdrückwettbewerb. Zur Demonstration der Technologie haben Mitarbeiter der Gruppe ein kleines Luftschiff entwickelt, das sich rhythmisch nach links und rechts krümmt und dadurch wie ein unbeholfener Karpfen langsam durch die Luft schwimmt.

Großes Potential räumt Kovacs aber besonders der Energiegewinnung ein. Denn ähnlich wie elektrische Motoren können künstliche Muskeln nicht nur als Antrieb genutzt werden. Sie können auch umgekehrt Bewegung in Elektrizität verwandeln. Den Wissenschaftlern schweben schwimmende Elastomer-Matten vor, die, von Meereswellen gewalkt, Strom erzeugen.

Doch bevor in der Nordsee die ersten Energiefarmen gebaut werden, müssen noch grundsätzliche Probleme mit den neuen Materialien überwunden werden. „Alle beißen sich noch an der Herstellung der dünnen Elemente die Zähne aus“, sagt Kovacs. Fortschritte würden auch Bar-Cohen freuen. Er wartet immer noch auf den Tag, an dem künstliche Muskeln endlich die natürlichen besiegen.

via: http://www.spiegel.de/

Forscher erfinden lebende Geheimschrift

Leuchtende Bakterien. Geheime Depeschen gibt es nicht nur bei WikiLeaks: US-Forscher haben eine unsichtbare Tinte aus gentechnisch veränderten Bakterien entwickelt. Die kleinen Geheimnisträger geben ihre Botschaft erst auf Kommando preis – und die Nachrichten sollen sich sogar selbst zerstören können.

Schon vor Jahrtausenden wurden Botschaften heimlich übermittelt. Sie wurden mit Wachs überzogen, mit Pfeilen verschossen, in Lederriemen geritzt oder unter die Haare tätowiert. Eine der berühmtesten Methoden stammt aber aus dem 5. Jahrhundert. Damals entdeckten Gelehrte etwas, das viele Kinder bis heute prägt: unsichtbare Tinte. Die Geheimtinte, die oft aus Zitronensaft besteht, verfärbt sich erst durch Wärme oder chemische Stoffe bräunlich – und wird so sichtbar.

Geheimnisträger Bakterien: Verschlüsselung durch farbige Punkte

Seit Beginn des digitalen Zeitalters werden derartige Methoden zum Verschlüsseln und Verbergen durch komplizierte Codes ersetzt. Doch nun haben Forscher der Tufts University in Medford, Massachusetts, die Geheimtinte neu erfunden.

Im Fachmagazin „Proceedings of the National Academy of Sciences“ berichten die Wissenschaftler um den Chemiker David Walt, dass sie Bakterienstämme erzeugt haben, die in sieben verschiedenen Farben leuchten – und sensible Informationen transportieren können.

Dafür haben sich die US-Chemiker gewöhnliche Escherichia-coli-Bakterien zunutze gemacht. Indem sie das Erbgut der Mikroben änderten, produzierten diese fluoreszierenden Proteine, die erst unter UV-Licht leuchten. Die Leuchtgene, die dafür in die DNA der Darmbakterien eingeschleust werden, stammen ursprünglich meist von bestimmten Quallen. Jeder der sieben Bakterienstämme leuchtet dabei in einer eigenen Farbe und wird so zur lebenden Tinte, mit der geheime Botschaften geschrieben werden können.

SPAM durch leuchtende Bakterienstämme

Mit diesen sieben Farben lassen sich sensible Informationen verschlüsseln. Dazu entwickelten die Forscher ein eigenes Kodierungssystem: Darin setzt sich jeder Buchstabe aus zwei Farben zusammen. So stehen rot und grün beispielsweise für den Buchstaben „S“, zweimal gelb für ein „T“. Auf diese Weise lassen sich 49 verschiedene Kombinationsmöglichkeiten generieren – das reicht für das Alphabet, die Zahlen von Null bis Neun und ein paar Symbole.

Die Forscher um Walt ließen die Bakterien beispielsweise den Satz „this is a bioencoded message from the walt lab at tufts university 2011″ (Dies ist eine biologisch verschlüsselte Nachricht aus dem Walt-Labor der Tufts Universität 2011) schreiben. Ihr Projekt nannten sie „SPAM“: „Steganography by Printed Arrays of Microbes“, das Verbergen von Botschaften durch eine bestimmte Anordnung der Mikroben.

Um mit farbig leuchtenden Bakterien ganze Sätze schreiben zu können, lässt man diese punktförmig in winzigen Schalen mit Nährboden wachsen, die auf einer größeren Platte hintereinander angeordnet ist. So entsteht ein Muster, das anschließend auf einen nährstoffreichen Nitrozellulosefilm gestempelt wird, bevor es der Empfänger erhält. Zu sehen ist auf dem dünnen Papier zunächst einmal: nichts.

Wie bei „Mission Impossible“

Die Folie bleibt so lange leer, bis die Nachricht durch einen Stoff namens Isopropyl–D-thiogalactopyranosid (IPTG) aktiviert wird. Damit werden die Bakterien angeregt, die leuchtenden Proteine zu produzieren, was eine Weile dauert. Wenn der Empfänger dann die geheime Botschaft unter Fluoreszenz-Licht hält und den Code kennt, kann er das Pünktchen-Muster auf der Platte entschlüsseln.

Doch das genetische Verändern der Bakterienstämme bestimmt nicht nur ihre Farbe, sondern auch auf welchem Nährboden sie am besten wachsen. Dadurch kann die Nachricht noch sicherer verschlüsselt werden – zum Beispiel mit Bakterien, die gegen ein bestimmtes Antibiotikum resistent sind. Ist dieses Antibiotikum beispielsweise Ampicillin, leuchtet die geheime Botschaft erst auf, wenn die Schrift auf diese Chemikalie trifft.

Laut Walt sei es auch möglich, dass die Bakterienstämme im Fall des falschen Nährbodens eine Fehlernachricht anzeigen: „Sie haben den falschen Code verwendet“. Außerdem könne er sich vorstellen, E.-coli-Stämme genetisch so zu verändern, dass sie ihre Leuchteigenschaften im Laufe der Zeit verlieren. So ließe sich eine weitere Sicherheitsstufe einbauen, weil sich die Nachrichten wie im Film „Mission Impossible“ selbst zerstören, schreiben die Forscher. Das ist aber noch absolute Grundlagenforschung.
Ähnliche Ansätze mit Hilfe von Gentechnik gibt es bereits: Bereits seit etlichen Jahren werden Botschaften direkt in DNA-Sequenzen geschrieben, zum Beispiel um gentechnisch veränderte Organismen mit einem Wasserzeichen vor Konkurrenten zu schützen.

Dafür ist die Methode von Walt und seinen Kollegen besonders einfach zu nutzen. Man braucht kein Sequenzierungsgerät, nur Fluoreszenz-Mikroskope. Jedes Labor sei somit theoretisch dazu in der Lage, auf diese Weise geheime Nachrichten zu schreiben.

via: http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik

Was moderne Stromzähler verraten könnten

Forscher analysieren Datenstrom. Verräterische Smart Meter: Mit den intelligenten Messgeräten könnten Stromanbieter herausfinden, welche Filme sich ihre Kunden anschauen, behaupten Forscher der Fachhochschule Münster.

Intelligente Stromzähler, sogenannte Smart Meter, sind potentielle Überwachungsgeräte. Das ist eine der Hauptaussagen eines Arbeitspapiers der Fachhochschule Münster. Eine Forschergruppe des Labors für IT-Sicherheit hatte analysiert, welche Verbrauchsdaten von einem Smart Meter eines privaten Haushalts an die Stromfirma übertragen werden. Mithilfe der Daten soll der Anbieter unter anderem in der Lage sein, Rückschlüsse auf die Nutzung von Geräten wie Herd und Kühlschrank zu ziehen. Möglich macht das ein Ablese-Intervall von zwei Sekunden.

Die übertragenen Daten sollen aber noch mehr verraten. Wenn seine Kunden ein Smart Meter nutzen, könne der Stromanbieter sogar feststellen, welche Programme oder welche Filme auf dem Fernseher geschaut wurden, heißt es in dem Arbeitspapier.

Damit diese theoretische Überwachungsmöglichkeit Realität wird, müssen aber sehr viele Voraussetzungen erfüllt sein. Von extrem kurzen Ausleseintervallen einmal abgesehen, müssten die Filmidentifizierer auch auf eine Datenbank mit speziellen Signaturen aller Filme zugreifen können. Als Beleg für die Identifizierbarkeit von Filmen führen die Forscher einen eigenen Versuch an. Sie hatten einen selbstproduzierten Film abspielen lassen, der im Wechsel helle und dunklen Szenen zeigte.

Dadurch, dass die Forscher das Muster des Films kannten, konnten sie später anhand der Stromverbrauchsdaten feststellen, dass ihr Film abgespielt wurde und wann welche Stelle auf dem Fernsehbildschirm zu sehen war. Es ist unklar, ob dieses Verfahren bei allen Filmen funktioniert.

„Erheblicher Eingriff in die Privatsphäre“

Nach Ansicht der Münsteraner Forscher stellen kurze Ablese-Intervalle bei modernen Stromzählern „einen erheblichen Eingriff in die Privatsphäre der Stromkunden“ dar. Dem überwiegenden Anteil der Stromkunden sei nicht bewusst, welche Informationen aus der Privat- und Intimsphäre über die Auswertung von Stromverbrauchsdaten gewonnen werden könnten, vermuten die Forscher.

Als mögliche technische Gegenmaßnahmen erwähnen sie eine Erhöhung des Ablese-Zeitintervalls sowie ein gezieltes Verrauschen des Signals. Für die Daten fordern sie kurze Löschfristen, zudem sollten die übertragenden Daten verschlüsselt werden. Das soll während ihres Tests nicht der Fall gewesen sein.

Getestet haben die Forscher nur ein einziges Messgerät. Nach eigenen Angaben analysierten sie dabei nur jene Daten, die an einen bestimmten Stromanbieter übertragen wurden, um später dem Stromkunden zur Verfügung gestellt zu werden.

Grundsätzlich haben Smart Meter den Zweck, den Kunden detaillierte Informationen zu ihrem Stromverbrauch zu liefern. So ist es mit den modernen Stromzählern zum Beispiel möglich, Geräte mit besonders hohem Stromverbrauch zu identifizieren. Den Stromanbietern helfen die Messdaten unter anderem beim Optimieren ihrer Netze.

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Neuartiger Lügendetektor

Wärmesensor soll Schwindler enttarnen. Lüge oder Wahrheit?: Temperaturveränderungen im Gesicht sollen Hinweise darauf geben. Ein Lügendetektor, für den der Befragte nicht verkabelt wird: Britische Forscher haben diese neue Technik präsentiert. Das Gerät nimmt Mimik und Veränderung des Blutflusses im Gesicht wahr. Allerdings ist die Trefferquote bescheiden. Trotzdem planen die Wissenschaftler einen Test am Flughafen.

Den klassischen Lügendetektor kennt man aus zahlreichen Filmen. Mit ein paar Elektroden versehen, müssen Verdächtige harmlose und verfängliche Fragen beantworten – bis der sogenannte Polygraf bei den entscheidenden Antworten deutlich ausschlägt oder eben nicht.

Lüge und Wahrheit anhand verschiedener körperlicher Reaktionen wie Blutdruck und der elektrischen Hautfähigkeit zu messen, ist keine neue Idee. Bereits vor über 90 Jahren haben Forscher das Konzept entwickelt. Eine absolute Gewissheit haben die Geräte allerdings nie gegeben.
Britische Wissenschaftler um Hassan Ugail von der Bradford University haben jetzt eine neue Form von Lügendetektor präsentiert. Sie kommt ohne eine Verkabelung des Befragten aus und könnte so auch ohne dessen Wissen angewendet werden – damit unterscheidet sich die Technik vom Polygrafen. Das Gerät haben die Forscher in Zusammenarbeit mit der Aberystwyth University und der für Grenzschutz und Zoll zuständigen UK Border Agency entwickelt.

Durchblutung weist auf veränderte Hirnaktivität

Ein Wärmesensor misst Veränderungen des Blutflusses im Gesicht, insbesondere in der Augenregion. Wenn jemand lüge, verändere sich die Hirnaktivität und das könne die Wärmekamera erkennen, erklärt Ugail gegenüber der BBC. Zusätzlich nimmt eine normale Kamera Veränderungen der Mimik auf. Dass beim Lügen bestimmte Muster im Gesicht zu erkennen sind, ist aus der psychologischen Forschung bekannt. Tatsächlich sind Mimikdetektoren seit einigen Jahren im Einsatz. Mittels eingebauter Algorithmen berechnet das System aus den gewonnenen Informationen – Wärme und Mimik – ob jemand die Wahrheit sagt oder nicht.

An der Genauigkeit werden Ugail und seine Kollegen jedoch noch schrauben müssen. In zwei von drei Fällen liege das Gerät richtig, sagte der Forscher der BBC. Im Juni hatte er gegenüber der Bradforder Lokalzeitung „Telegraph & Argus“ noch von einer Genauigkeit zwischen 70 und 80 Prozent gesprochen. So oder so unterliegt das Gerät bisher dem Polygrafen, dem je nach Situation bis zu 90 Prozent Genauigkeit zugesprochen werden.

Die Entwicklung sei längst nicht fertig, wird der Ugail zitiert. Allerdings peilt er bereits Praxistests an einem nicht näher benannten britischen Flughafen an. Das Gerät könne neben erfahrenen Sicherheitskräften, die Befragungen durchführen, zum Einsatz kommen. Dann könnten die Forscher ihre Ergebnisse mit denen der Beamten abgleichen.

Tausende falsch verdächtigt

Ob sich so ein Einsatz bewährt ist allerdings fraglich, wenn man sich Berechnungen aus den USA zum Polygraphen anschaut. Dort – und wenigen anderen Staaten – werden die Geräte in drei Bereichen eingesetzt, wie die American Polygraph Association mitteilt:

– Bei der Befragung von Bewerbern, die bei der Polizei oder bei anderen Behörden arbeiten wollen,
die mit der nationalen Sicherheit betraut sind.

– Bei der Befragung von Behördenmitarbeitern, die mit speziellen Projekten betraut sind.

– Bei der Befragung von Verdächtigen in Kriminalfällen.

Der National Research Council der USA hat den Einsatz der Geräte umfangreich untersucht und dabei einige Berechnungen aufgestellt, die stutzig machen können. Zu bedenken ist grundsätzlich: Der Test liefert sowohl falsch-positive Ergebnisse – so dass ein die Wahrheit sagender als Lügner eingestuft wird -, oder falsch-negative, bei denen ein Lügner unerkannt davon kommt.

Ein prägnantes Szenario: Der Lügendetektor arbeitet mit einer Genauigkeit von 90 Prozent und die Auswertung wird so gesetzt, dass man in einer Gruppe von 10.000 Mitarbeitern einer US-Behörde die große Mehrheit der darunter verborgenen Spione findet – im Beispiel sind es zehn. Dann würden acht der Spione durch den Test als solche erkannt – aber auch 1598 loyale Mitarbeiter als vermeintliche Spione eingeordnet werden. In weiteren Tests müsste man dann aus dieser großen Gruppe Verdächtiger die wahren Schuldigen aussieben. Alternativ ließe sich der Test so durchführen, dass es deutlich weniger falsch-positive Ergebnisse gibt – nämlich nur 39. Dann allerdings würden acht der zehn Spione als treue Mitarbeiter durchgehen.

Der Polygrafen-Test stelle die Behörde vor die unmögliche Entscheidung, dass zu viele loyale Mitarbeiter fälschlicherweise als Lügner eingestuft werden oder aber zu viele Sicherheitsrisiken nicht entdeckt werden, folgern die Forscher im Bericht.

An einem Flughafen dürfte das nicht anders aussehen. Dort werden tagtäglich Menschenmengen durchgeschleust und auch viele befragt – von denen die überwiegende Mehrheit einfach nur auf Reisen ist.

Ein grundsätzliches Problem des Lügendetektors löst nämlich auch das neue Gerät nicht. Ebenso wie der Polygraf misst es nur indirekt, ob jemand lügt. Erkannt wird anhand der körperlichen Reaktionen vielmehr, ob der Befragte aufgeregt ist, sich fürchtet, nervös ist. Und natürlich können unschuldig Verdächtige aufgeregt sein – oder harmlose Touristen bei einer Befragung bei den falschen Fragen schrecklich nervös werden. Ob sich die Technik an Flughäfen durchsetzt, ist also mehr als fraglich.

via: http://www.spiegel.de/

Solarflug nach Paris

Öko-Flieger „Solar Impulse“. Rückschlag für die „Solar Impulse“: Nachdem der erste internationale Flug des Schweizer Sonnenenergie-Flugzeugs nach Brüssel glattgegegangen war, scheiterte die Passage nach Paris am Wetter. Doch schon Dienstag soll es nach Willen der Initiatoren einen weiteren Versuch geben.

Hamburg/Brüssel – Fliegen ohne Sprit – ein Traum? Der Schweizer Abenteurer und Flugzeugkonstrukteur Bertrand Piccard wollte ihn wahrmachen und entwickelte die „Solar Impulse“. Ohne Probleme war das Sonnenenergie-Flugzeug am 13. Mai vom Schweizer Militärflughafen Payerne gestartet und kam genau 13 Stunden später in Brüssel an.

Doch am Samstag musste ein weiterer Test des Ökö-Fliegers aufgrund des Wetters abgebrochen werden: Wegen starken Gegenwinds und technischer Probleme kehrte Pilot André Borschberg auf halber Strecke nach Paris wieder um und landete am späten Abend sicher am Startflughafen Brüssel-Zaventem. Immerhin: fünf Stunden soll sich die „Solar Impulse“ bei einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 40 Stundenkilometern und auf einer Höhe von gut 900 Metern in der Luft gehalten haben.

Flugleiter Raymond Clerc sagte: „Wir haben gesehen, dass wir nicht ausreichend Energie hatten, um sicher nach Le Bourget (bei Paris) zu gelangen. Es gab keinen geeigneten Flughafen auf der Hälfte der Strecke, und so war die Rückkehr die sicherste Lösung.“ Die ausschließlich von Sonnenenergie getriebene Maschine war bei wechselhaftem Wetter von Zaventem aus zu ihrem zweiten internationalen Flug gestartet. Anlass: In Le Bourget wird bald die internationale Luftfahrtschau eröffnet.

Die einsitzige „Solar Impulse HB-SIA“ hat mit 64 Metern die Spannweite einer Boeing 777 – allerdings wiegt sie nur 1,6 Tonnen. Das Flugzeug wird von vier Elektromotoren mit einer Leistung von etwa 10 PS vorangetrieben, die ihre Energie aus 12.000 Sonnenzellen auf den Tragflächen beziehen.

Ist der Traum vom umweltbewussten Fliegen nun ausgeträumt? Keineswegs, meinen die Initiatoren. Pilot Borschberg erklärte nach der Paris-Pleite: „Das ist ein experimentelles Vorhaben, deshalb machen wir Versuche, die nicht immer erfolgreich sind.“ Und Konstrukteur Bertrand Piccard ergänzte: „Die Erfolge der ersten Flüge haben zum falschen Eindruck geführt, wonach die Dinge einfach sind.“

Unterkriegen lassen wollen sich die Verantwortlichen aber nicht. Sie sehen gute Chancen dafür, dass die Batterien der „Solar Impulse“ über Pfingsten wieder aufgeladen werden könnten – mit einigem Glück wird die Maschine am Dienstag dann ein weiteres Mal nach Frankreich aufbrechen.

via: http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/

Fliegende Kraftwerke sollen Windenergie ernten

Experiment mit Lenkdrachen. Delft University of Technology. Mit Lenkdrachen wollen Wissenschaftler die Windkraft revolutionieren. Die Fluggeräte arbeiteten effizienter, leiser und unauffälliger als Bodenturbinen, beteuern die Erfinder. In den Niederlanden ist bereits ein Prototyp in Betrieb.

Im Wind steckt ein gigantisches Energiepotential, doch der größte Teil davon bleibt ungenutzt. Wubbo Ockels will das ändern. Er gilt in den Niederlanden als Vater einer Idee, die auf den ersten Blick bizarr erscheint: Ockels will Drachen steigen lassen, um Strom zu gewinnen – und den inzwischen allgegenwärtigen Windrädern schließlich Konkurrenz machen.

Lenkdrachen-Konzept: Jagd auf die Kraft des Windes

Wubbo Ockels, Professor für Luft- und Raumfahrttechnik und vor 26 Jahren der erste Niederländer im Weltall, hat die Technologie schon 1997 zum Patent angemeldet. Inzwischen entwickeln 13 Mitarbeiter und Studenten an der Technischen Universität Delft die Idee weiter. „KitePower“ heißt das Prinzip, und seine Entwickler überschlagen sich fast mit ambitionierten Versprechen: Die Lenkdrachen seien billiger als Windräder und machten kaum Geräusche. Sie könnten zuverlässiger Energie liefern – und vor allem in größerer Menge als Windparks heute.

Seit kurzem gibt es in den Niederlanden einen Prototyp, der zeigen soll, dass das Höhenkraftwerk funktionieren kann. Die Idee basiert auf der Funktionsweise eines Jo-Jos: An einem langen Seil steigt der Lenkdrachen in die Luft. Dabei schraubt er sich in der Flugbahn einer liegenden Acht in die Höhe. Durch diese sogenannten Cross-Wind-Manöver, wie sie auch Kitesurfer anwenden, wird eine hohe Zugkraft erzeugt. Das Kabel wird beim Aufstieg durch die Flugbewegung immer wieder kürzer und der Drachen zurückgezogen. Die Drehbewegung beim Auf- und Abwickeln des Zugseils treibt einen Generator an. Er produziert Strom, der in einer Batterie zwischengespeichert wird.

Ist das Seil vollständig abgewickelt, wird der Flugwinkel so verändert, dass sich die Zugkraft wieder verringert („Depower-Phase“). Der Drachen lässt sich so mit viel weniger Kraft wieder einholen. Unter dem Strich bleibt ein deutlicher Energiegewinn.

Wolken-Kraftwerke sollen günstiger sein als Windparks

Technische Grenzen gibt es dabei fast keine – glauben die Entwickler: Wie hoch der Drachen fliegen kann, hänge vor allem von den lokalen Luftraum-Begrenzungen ab, erklärt der deutsche Ingenieur Roland Schmehl, Leiter der Forschungsgruppe an der TU Delft. Auf dem Testgelände in der Nähe des Flughafens Amsterdam-Schiphol dürfe der Lenkdrachen höchstens 300 Meter hoch steigen. „In Friesland war dagegen eine Höhe von 500 Metern möglich“, sagt Schmehl.

In diesen Höhen wird Energiegewinnung interessant: Dort sind die Windströme konstanter, und sie werden nicht durch Gebirge oder Gebäude gebremst. Energiedrachen könnten deshalb zuverlässig Strom produzieren, im Idealfall sogar in großen Mengen. Windturbinen am Boden sind heute maximal zweihundert Meter hoch, sie ernten nur einen Bruchteil der vorhandenen Energie.

Die weiteren Vorteile liegen für die Forscher in den Niederlanden auf der Hand. So seien die fliegenden Kraftwerke in Bau und Unterhalt deutlich günstiger als Windparks. Erste Studien gingen davon aus, dass ihr Strom ein bis vier Cent pro Kilowattstunde Strom kosten würde. Sollte das stimmen, wären die Drachen günstiger als Windräder. Deren Stromerzeugungskosten liegen nach Angaben des Bundesverbands Windenergie derzeit bei durchschnittlich 6,4 Cent pro Kilowattstunde, bei besten Windverhältnissen an der Küste bei 4,5 Cent.

Beim Drachen-Prototyp in den Niederlanden habe die Herstellung der Bodenstation rund 60.000 Euro gekostet, so Schmehl. In der Serienproduktion könnte dieser Preis auf wenige tausend Euro sinken, sagt der Entwickler. Dazu kämen eine Kontrolleinheit zum Preis von 5000 Euro in der Serienproduktion und die nötigen Bauteile wie Drachen und Kabel für rund 1200 Euro.

„Die Flexibilität ist ein weiterer Pluspunkt“, meint Schmehl. Die beste Flughöhe des Drachens könne einfach an die aktuellen Windbedingungen angeglichen werden. Das Konzept der mobilen Kraftwerke könne außerdem auch dort genutzt werden, wo wenig Platz zur Verfügung steht oder gerade Strom gebraucht wird. Die Drachen seien unauffällig, geräuschlos und schadeten der Umwelt nicht.

Theo de Lange vom unabhängigen Energie-Forschungszentrum der Niederlande (ECN) teilt den Optimismus der Entwickler nur zum Teil. Die Drachen könnten in Zukunft durchaus eine Rolle bei der Energieerzeugung spielen. Fraglich sei allerdings, in welchem Maße: „Das hängt davon ab, wie die technologische Entwicklung verläuft – und wie stark die Gesellschaft das Konzept der Energiedrachen annimmt.“

Im jetzigen Entwicklungsstadium seien Antworten auf diese Fragen schwierig, meint de Lange. „Deshalb ist es wichtig, dass die Idee verfolgt und ausgetüftelt wird.“ Allerdings seien die Drachen im Unterhalt eher aufwendiger als Windräder. „Auch über die Risiken von Windturbinen ist heute mehr bekannt als über die von Drachen“, warnt de Lange.

Bei Gewitter automatisch zurück zum Boden

Um eine echte Alternative zu Windrädern zu bieten, müssten die Drachen zudem einen weiteren entscheidenden Test bestehen: Sie müssen tagelang selbstständig in der Luft bleiben. Bisher mussten die Forscher den Prototyp immer aktiv steuern. Nun aber gibt es aber zumindest hier Fortschritte: An einer neuen Version des Lenkdrachens steckt eine Messeinheit, die GPS-Daten, Höhe, und Drehgeschwindigkeit des Drachens zur Bodenstation funkt. Dort werden sie von einem Computer verarbeitet, der sie mit der Windgeschwindigkeit abgleicht und die beste Flugbahn berechnet.

Eine Steuerungseinheit kümmert sich dann um die Umsetzung. Sie hängt etwa zehn Meter unter dem Drachen und arbeitet wie ein kleiner Roboter, der den Drachen durch Zug an den Leinen lenkt. Mit der Technologie könnte das Fluggerät im Prinzip auch automatisch eingeholt werden: Wenn schwere Stürme oder Gewitter aufziehen, würde es zunächst in eine Parkposition mit weniger Zugkräften gebracht. Verschlechtert sich das Wetter weiter, muss der Energiesammler zurück an den Boden.

Die eigentliche Schwierigkeit liegt darin, dass die Niederländer die Drachen gleich in ganzen Schwärmen fliegen lassen wollen. Mehrere Drachen nebeneinander oder gar übereinander sollen die Oberfläche des Gesamtsystems vergrößern. „Laddermill“ hat Wubbo Ockels die Konstruktion genannt. Der Prototyp in Delft erreicht bei einer Oberfläche von 50 Quadratmetern eine Leistung von eher mageren 20 Kilowatt. Zum Vergleich: Schon kleine Windkraftanlagen bringen es auf Leistungen von mehreren Hundert Kilowatt.

Für richtige Höhenwindkraftwerke müssten also auf jeden Fall mehrere Drachen zusammengeschaltet werden – oder man entscheidet sich für ein besonders großes Modell: „Mit einem Drachen von 500 Quadratmetern Größe würde man mit heutigen Materialien schon in den Megawatt-Bereich kommen“, vermutet Schmehl.

Inzwischen haben auch andere Wissenschaftler die Idee aufgegriffen, Wind in großen Höhen einzufangen. In den USA forscht eine Firma mit finanzieller Unterstützung der Google-Stiftung an ähnlichen Drachen. Ein Unternehmen im niederländischen Den Haag, das aus dem Projekt von Wubbo Ockels hervorgegangen ist, will 2013 ein Drachenkraftwerk mit einem Megawatt Leistung auf den Markt bringen.

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Extrem schnell ladende Akkus

Forscher entwickeln extrem schnell ladende Akkus. Das Aufladen des Notebooks dauert nur Minuten, das Handy ist binnen Sekunden wieder einsatzbereit: US-Forscher haben Akkus entwickelt, die sich bis zu hundertmal schneller aufladen als gewöhnliche Akkus – und trotzdem über eine hohe Kapazität verfügen. Für den Bau genügten Standardmaterialien.

Herkömmliche Akkus speichern in der Regel entweder eine größere Menge Energie – oder sie können sich schnell auf- und entladen. US-Forscher haben jetzt beide Eigenschaften in einem Akku kombiniert. Das Modell verbinde die Kraft eines Kondensators mit der Energie einer Batterie, meint Paul Braun von der University of Illinois in Urbana-Champaign, dessen Team im Fachmagazin „Nature Nanotechnology“ über den Akku berichtet.

Materialforscher Paul Braun (M.) und Mitarbeiter: Schnell ladende Akkus entwickelt

Solche Akkus sind nicht nur für Handys oder Notebooks interessant, sie könnten zum Beispiel auch in der Medizintechnik eingesetzt werden oder vom Militär verwendet werden, berichten die Forscher. Braun hält sie vor allem für Elektrofahrzeuge für interessant. Die Lebensdauer der Batterie und die langen Ladezeiten seien bisher große Hindernisse bei diesem Autotyp. „Könnte man den Akku innerhalb von fünf Minuten aufladen, würde einem das nicht anders vorkommen als mit einem Verbrennungsmotor.“ Der Fahrer halte einfach wie an einer Tankstelle und würde kurz sein Auto aufladen.

Nickel-Metallhydrid- oder Lithium-Ionen-Akkus büßen deutlich an Effizienz ein, wenn sie schnell ge- oder entladen werden. Das lässt sich zwar verhindern, wenn das aktive Material nur in einer hauchdünnen Schicht vorliegt. Doch dadurch sinkt gleichzeitig die Kapazität drastisch, weil einfach nicht genug Substanz vorhanden ist, um die Energie zu speichern.

Porös wie ein Schwamm

Das Team von Paul Braun hat dieses Problem gelöst – nicht mit neuen Materialien, sondern mit einer geschickten Anordnung im Kathodenbereich des Akkus. Als erstes füllten sie diesen mit winzigen Styroporkügelchen, so dass ein dicht gepacktes Gitter entstand. Die Wissenschaftler betonten, dass die Herstellung solcher Gitter oft zeitaufwendig und teuer sei. Beim neuen Herstellungsprozess fügten sich die Kügelchen jedoch automatisch an den passenden Platz.

Anschließend füllten sie das Gitter per Elektrolyse mit Nickel auf. Die Kügelchen schmolzen oder lösten sich auf, so dass ein poröses, schwammartiges Nickelgerüst entstand. In einem weiteren Schritt wurden durch sogenanntes Elektropolieren die Hohlräume vergrößert, so dass ein Gitternetz übrigblieb. Dieses wurde dann mit dem elektrolytisch aktiven Material überzogen.
Die so erstellten Nickel-Metallhydrid- und Lithium-Ionen-Akkus können zehn- bis hundertmal schneller geladen werden als herkömmliche Modelle und trotzdem in gewöhnlichen Geräten eingesetzt werden. Auf diese Weise könnte man den Handyakku binnen Sekunden wieder voll aufladen, den eines Laptops innerhalb von Minuten. Hochenergetische Laser oder Defibrillatoren müssten sich vor oder zwischen ihren Energieentladungen nicht erst aufladen.

Jedes in Akkus eingesetzte Material, das auf einen Metallrahmen aufgetragen werden kann, könne in dieser Form verarbeitet werden, meinen die Materialforscher. Ihren Angaben zufolge könnte die Herstellungstechnik auch in industriellem Maßstab genutzt werden. Gefördert wurde die Arbeit vom US-Energieministerium und von der Forschungsabteilung der US-Streitkräfte.

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Lenkrad-Vibrator weist Autofahrern den Weg

Navigations-Interface. Wer nicht hören will, darf fühlen: Mit vibrierenden Knöpfen am Lenkrad wollen Forscher die Navigation im Straßenverkehr verbessern. Der Fahrer muss sich nicht mehr auf Stimme oder Display des GPS-Geräts konzentrieren, sondern kann seinen Tastsinn benutzen.

Auf wie vielen Kanälen kann ein Mensch zugleich kommunizieren? Der moderne Büroarbeiter von heute scheint da kaum Grenzen zu kennen. Telefonhörer am Ohr, Blackberry in der Hand, blinkendes Instant-Messenger-Fenster auf dem Monitor und dann noch den Kollegen Handzeichen geben – Multitasking ist für immer mehr Menschen Alltag.

Testperson am Fahrsimulator: Richtungshinweise an die Daumen

Auch beim Autofahren müssen mehrere Tätigkeiten und Wahrnehmungen parallel gemeistert werden. Wer dann noch zusätzlich telefoniert und seinen Lieblingssong auf dem MP3-Player sucht, erhöht nachweislich sein Unfallrisiko. Psychologen der University of Utah in Salt Lake City setzen deshalb auf einen neuen Informationskanal, um Autofahrer vor einer Überforderung zu bewahren.

Statt von der Stimme oder dem Display eines Navigationsgeräts wurden Testpersonen via Trackball am Lenkrad darüber informiert, wann sie rechts oder links abbiegen sollten. Ein solcher Trackball ist in manche Laptoptastaturen integriert. William Provancher und seine Kollegen montierten zwei davon an das Lenkrad eines Fahrsimulators. Durch minimale Bewegungen zeigten die beiden Minihebel den darauf liegenden Daumen die Fahrtrichtung an.

Die Forscher stützten sich bei dem Experiment auf das sogenannte Modell multipler Ressourcen. Darin werden die Sinne Sehen, Hören und Berührung als verschiedene Ressourcen betrachten, die Informationen ans Gehirn liefern. Die Kapazität jeder einzelnen Ressource sei begrenzt, erklärt Provancher. „Laut Theorie kann man mehr Informationen weiterleiten, wenn man mehrere verschiedene Kanäle dafür benutzt.“ Der Tastsinn bleibe beim Autofahren bislang nahezu ungenutzt.

Deutlich geringere Fehlerquote

Die Ergebnisse der Studie sprechen für das Ressourcenmodell: Testpersonen bogen in nur 74 Prozent der Fälle richtig ab, wenn sie zugleich telefonierten und das Navigationsgerät wie üblich per Stimme und Display die Richtung angab. Kamen die Informationen hingegen via Trackball am Lenkrad an, fuhren die Testpersonen zu 98 Prozent richtig, obwohl sie auch dabei telefonierten.

„Man kann nicht auf zwei Dinge zugleich schauen“, sagt Provancher. Die auf Berührung basierende Kommunikation sei viel besser, als zwischen Straße und GPS-Display hin- und her zu wechseln.

Die Studie belege jedoch nicht, dass es sicher sei, beim Autofahren zu telefonieren, betonen die Wissenschaftler. Grundsätzlich könne das neue Tast-Interface aber Fahrern helfen, die ohnehin laufend akustischen und visuellen Ablenkungen ausgesetzt seien. Die Technik könne die Navigation sicherer machen, sagt Provancher. Sie biete auch Chancen für Menschen mit Hör- oder Sehbehinderung. Der Forscher kann sich beispielsweise vorstellen, Blindenstöcke mit Trackballs zu bestücken, um Blinden die Orientierung zu erleichtern.

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