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Diamantkugeln für Energie und dreidimensionales Sehen


Joseph-von-Fraunhofer-Preise

Diamantkugeln für die Energie der Zukunft

Kleine Kugel - großer Knall. Fraunhofer-Forscher können winzige, hochpräzise Hohlkugeln aus synthetischem Diamant herstellen. Diese Winzlinge könnten eine zentrale Rolle bei der künftigen Energiegewinnung mittels Kernfusion spielen.

Wissenschaftler am Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in den USA wollen bis 2011 einen Reaktor für die lasergestützte Kernfusion in Betrieb nehmen, die National Ignition Facility. Die Vision: eine schier unerschöpfliche umweltfreundliche Energiequelle nach dem Vorbild der Sonne zu erschließen. Bei dem Verfahren trifft ein gewaltiger Laserblitz auf eine mit Wasserstoff gefüllte Hohlkugel und komprimiert die Kugel auf etwa ein Zehntausendstel ihres ursprünglichen Volumens. Dabei kommen sich die Atomkerne so nahe, dass sie miteinander verschmelzen. Voraussetzung: Eine perfekte Kugelform. »Diamant bietet hervorragende Eigenschaften, die ihn für diese Anwendung prädestinieren«, erklärt Dr. Christoph Wild vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik in Freiburg. »Er besteht aus dem leichten Element Kohlenstoff, ist extrem hart und druckfest.«

Die Freiburger sind für ihre künstlichen Diamantscheiben in der Fachwelt bekannt. Bislang gab es den Diamant vor allem in Form von Scheiben unterschiedlichen Durchmessers und Dicke. Aber wie werden aus Diamantscheiben kleine hohle Kugeln? Diese Frage löste das Freiburger Team auf Anregung und mit Unterstützung von Dr. Jürgen Biener und Dr. Alex Hamza vom LLNL. Ausgangsbasis sind kleine Siliziumkügelchen, die in einem vom IAF patentierten Plasmareaktor mit Diamant beschichtet werden. Im Unterschied zur Scheibe müssen die Kugeln für eine homogene Beschichtung im Reaktor permanent bewegt werden. Auch das anschließende, extrem präzise Schleifen und Polieren der Diamantenkugeln hat das Team am IAF entwickelt. Das Ergebnis kann sich in jedem Fall sehen lassen: Spiegelglatte, perfekt geformte Diamantkugeln. Noch aber ist das Silizium in der Kugel. Um das herauszubekommen, bohren die Forscher mit einem Laser ein winziges, wenige Mikrometer großes Loch. Eine spezielle ultraschallunterstützte Ätztechnik sorgt dafür, dass das Silizium aus der Kugel herausgelöst wird.

Für diese Entwicklungsarbeiten werden Dr. Christoph Wild, Dr. Eckhard Wörner und Dipl.-Ing. Dietmar Brink mit einem der Joseph-von-Fraunhofer-Preise 2006 ausgezeichnet. Die Jury war von der wissenschaftlichen und technischen Leistung beeindruckt. Und dass sich eine renommierte amerikanische Forschungseinrichtung Know-how in Deutschland einholt, spricht für sich.


Dreidimensional sehen ohne Datenbrille

Virtuelle dreidimensionale Objekte ohne Hilfsmittel sehen und bewegen - 3-D-Displays machen es möglich. Mit ihrer Hilfe lassen sich etwa Produkte im Internethandel realitätsnah präsentieren oder ein Urlaubsland virtuell erkunden. Auch Video-Telefonie wird damit lebensechter.

In der virtuellen Welt ist der Nutzer oft einsam. Datenhandschuh und Shutterbrille koppeln ihn ab von der realen Welt. Dieses Manko wollten Dr. Siegmund Pastoor, Dr. René de la Barré und David Przewozny vom Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI, in Berlin beseitigen. Sie entwickelten Displays, auf denen 3-D-Objekte mit bloßem Auge zu sehen sind und mit einfachen Gesten bewegt werden. Für ihre Arbeiten zur interaktiven 3-D-Visualisierung mit Gesteninteraktion erhalten die Berliner Forscher einen der Joseph-von-Fraunhofer-Preise 2006.

Die neue Technologie bietet einige Vorteile: Das Objekt wird vor das Display projiziert, etwa dorthin, wo Hand und Objekt die gleiche Entfernung zum Betrachter haben; so hat das Auge kein Problem mit der Tiefenschärfe. »Um den dreidimensionalen Eindruck zu erzeugen, projizieren wir zwei unterschiedliche Bilder - eines für das rechte und eines für das linke Auge. Sie stellen das Objekt aus zwei unterschied-lichen Blickwinkeln dar«, so Pastoor. Diese Bilder werden auf hochauflösenden Flüssigkristallbildschirmen wiedergegeben und in der menschlichen Wahrnehmung zu einem dreidimensionalen Eindruck verschmolzen. Eine Kamera am Monitor registriert die Position des Betrachters und reagiert, wenn er den Kopf bewegt. Über ein kinematisches System wird die Projektion an den Blickwinkel angepasst. So erhält der Betrachter immer die richtigen Bilder für das jeweilige Auge. Das 3-D-Display lässt sich zudem kinderleicht bedienen: Ein Video-Hand-Tracking-System ermittelt die genaue Position der Finger und analysiert die Bewegung. Anhand dieser Informationen wird das Objekt entsprechend bewegt. »Unsere Bildschirme sind Single-User-Displays, das heißt, der 3-D-Effekt ist nur für einen Nutzer sichtbar. Der Wechsel auf einen anderen Betrachter funktioniert aber schnell und problemlos«, erzählt Dr. René de la Barré. »Ein nächster Schritt ist, Multi-User-Displays zu entwickeln, damit mehrere Personen gleichzeitig an einem 3-D-Objekt arbeiten können.«

Eine Anwendung des Systems ist »Explore the World« - ein 3-D-Display speziell für die Reiseassistenz. Wer vorher wissen möchte, was ihn am Zielort erwartet, kann sich mit einem virtuellen Stadtrundgang schon einmal umsehen. Interessant sind interaktive 3-D-Technologien auch für Präsentationen. Die Firma Rittal nutzt die Technologien des HHI, um auf Messen ihre Produkte darzustellen. Auch die Telekom plant den Einsatz von interaktiven 3-D-Anwendungen wie 3-D-Online-Shopping und 3-D-Video-Telefonie in ausgewählten T-Punkten.

Quelle im Internet und weitere Informationen unter: www.fraunhofer.de


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