Bislang schien Antiferromagnetismus als ungeeignet, um Computern ein Gedächtnis zu geben. Mit seiner Hilfe haben die Wissenschaftler ein Datenbit nun aber in gerade einmal zwölf Atomen untergebracht und Information 100 Mal dichter gepackt, als dies in heute üblichen Festplatten möglich ist.

Heute übliche Festplatten speichern 700 Milliarden Datenpunkte sie auf mehr als der Fläche einer Briefmarke. Doch die IT-Industrie möchte, wie in den vergangenen Jahrzehnten, die Speicherdichte auch künftig etwa alle zwei Jahre verdoppeln.

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Am Computer werden Situationen eines Feuerwehreinsatzes simuliert und neue Technologien entwickelt.

Die Qualität von  Kommunikation und Information ist  für Feuerwehrleute  bei Einsätzen oft entscheidend für den Erfolg  und nicht zuletzt die eigene Sicherheit. Neue Technologien dafür  werden mit einem  Simulationsbaukasten des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Informationstechnik FIT in Sankt Augustin soll dabei helfen, neue Informations- und Kommunikationstechnologien zu entwickeln.

Kämpfen sich Rettungskräfte mit Atemschutzmasken und Schutzanzügen durch den Rauch, ist höchste Konzentration gefordert. Wo sind Verletzte? Wo ist der nächstgelegene Ausgang, falls sich die Helfer in Sicherheit bringen müssen? Bislang weisen Seile den Rückweg, doch diese können eingeklemmt werden oder sich um ein Hindernis wickeln. Kreidezeichen markieren bereits kontrollierte Räume, doch im Rauch sind diese oft schwer zu erkennen.

Neue Technologien wie beispielsweise sensorgestützte Systeme, die Rettungskräfte bei Einsätzen mit eingeschränkten Sichtverhältnissen unterstützen, sind gefragt. Allerdings bergen diese auch Risiken: Zuviele Informationen könnten die Einsatzkräfte verwirren und behindern. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Informationstechnik FIT in Sankt Augustin haben daher spezielle Simulationsmethoden und -werkzeuge entwickelt.

Mit ihnen können Helfer Technologien schon in der Entwicklungsphase realitätsnah testen und an ihre Bedürfnisse anpassen lassen, bevor sie sie im Ernstfall einsetzen. So sind sie in der Lage, sich auf sicherem Terrain an die ungewohnten Informationen zu gewöhnen.

Der Methodenbaukasten  „FireSim“  umfasst vier verschiedene Simulationsvarianten.

Das erste Modul besteht aus einem Brettspiel, mit dem Rettungskräfte Einsätze rollenbasiert durchspielen können. Auf einer Karte des Einsatzortes bewegen die Beteiligten die Einsatzkräfte. Die neuen Technologien werden dabei durch Hilfsmittel symbolisiert, etwa spezielle Spielsteine. So lassen sich neue Ideen mit minimalem Aufwand testen.

Das zweite Modul gleicht einem Computerspiel: Verschiedene Feuerwehrleute sitzen jeweils an einem PC, auf dessen Bildschirm sie den Einsatzort aus der Ich-Perspektive sehen. Die Spieler bewegen sich durch den virtuellen Raum, öffnen Türen und bergen Verletzte. Dabei können sie virtuelle Prototypen von neuartigen Unterstützungssystemen ausprobieren – etwa Sensorknoten, die gegangene Wege und kontrollierte Räume markieren.

,,Diese Simulationen ermöglichen es, die Prototypen in kurzer Zeit zu ändern und in komplexen Einsatzszenarien erproben zu lassen. Da wir die gesamte Einsatzhierarchie berücksichtigen wollen, bilden wir alle Kommunikations- und Koordinationsprozesse soweit wie möglich ab“, sagt Markus Valle-Klann, Projektleiter am FIT.

Die dritte Simulationsart mischt Virtuelles und Realität: Hier spielen die Einsatzkräfte ein Szenario in einer realen Umgebung durch, sie müssen etwa eine Person aus einem verrauchten Gebäude bergen. Dabei tragen sie ein in ihre Ausrüstung integriertes System, beispielsweise ein Display im Helm oder am Arm. Über dieses erhalten sie Positions- und Richtungsinformationen.

Parallel zu dieser Übung läuft eine virtuelle Simulation, in der alle realen Handlungen der Einsatzkräfte von Helfern nachgespielt werden. Neue Technologien wie die Sensorknoten werden simuliert und die Ergebnisse per Funk auf die Displays der Feuerwehrleute übertragen. So können diese in einer realen Umgebung Systeme testen, von denen es noch keine physikalischen Prototypen gibt.

Um neue Technologien auch bei Großbränden mit vielen Einsatzkräften und Zivilisten bewerten zu können, genügen diese Methoden jedoch nicht. Daher haben die Forscher ein weiteres Modul entwickelt: ,,Wir gehen von der Verhaltensweise eines Einzelnen aus. Wie verhält sich ein Feuerwehrmann und wie ein Zivilist? Wir erstellen daraus entsprechende Verhaltensmodelle – Agenten – der Computer errechnet anschließend, wie der Großeinsatz unter Berücksichtigung dieser Verhaltensmodelle verlaufen wird“, erläutert der Experte.

Um die Ergebnisse abzusichern, können Rettungskräfte an diesen Simulationen teilnehmen: Dabei steuern einige von ihnen am PC  eine virtuelle Figur, andere wiederum bewegen sich real durch das Einsatzgebiet.

Auf der  CeBIT vom 6. bis 10. März 2012 in Hannover stellen die Forscher vom FIT den Methodenbaukasten vor (Halle 9, Stand E 02).

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Unter der Leitung der AUDI AG haben sich deshalb Autohersteller, Zulieferer, Halbleiterhersteller und Universitäten aus acht europäischen Ländern zu einem Verbundprojekt EM4EM zusammen geschlossen, um EMV-gerechte Konzepte für Elektrofahrzeuge grundlegend zu erforschen. Ein Ziel des Verbundes ist es, Elektroniken zu entwerfen, die robuster gegenüber elektromagnetischen Einflüssen sind. Zum anderen sollen die Störaussendungen der leistungselektronischen Komponenten des elektrifizierten Antriebsstrangs (z.B. Pulswechselrichter, Gleichspannungswandler, elektrische Motoren) und der elektrisch-elektronischen Systeme des Fahrzeugs reduziert werden.

Die Zusammensetzung des interdisziplinären Projektkonsortiums ermöglicht es zum ersten Mal, die neuen auftretenden elektromagnetischen Störpotenziale entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu untersuchen und durchgängig zu vermindern. Beginnend bei den kleinsten Einheiten, den Schaltkreisen, über die Leiterplatte, den Komponenten und Steuergeräten sowie den Kabelsystemen bis zum Gesamtfahrzeug werden im Laufe des Projektes Entwurfs- und Designrichtlinien erarbeitet. Alle Untersuchungen an realen Technologien fließen in eine Simulationsplattform ein.

Diese Simulationsplattform ermöglicht künftig den Austausch von EMV-Modellen und -Anforderungen für jedes Glied der Wertschöpfungskette über das Konsortium hinaus. Die vereinheitlichten Anforderungen sind die Basis für einen optimierten Entwicklungsprozess für sichere und effiziente Elektrofahrzeuge.

Durch die Zusammenführung von Messungen und Simulationen werden internationale Standards hinsichtlich Messverfahren und Messtechnik gesetzt.

Das europäische CATRENE-Verbundprojekt EM4EM wird in Deutschland vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Hightech-Strategie der Bundesregierung im Förderprogramm IKT2020 mit ca. 7,2 Mio. € gefördert. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit im EMV-Bereich ist eine der Schlüsselkomponenten, um den Standort Deutschland zum Leitanbieter für Elektrofahrzeuge zu entwickeln. Die Ergebnisse von EM4EM werden zudem in Normungs- und Standardisierungsgremien eingebracht und in einen europäischen Masterstudiengang umgesetzt.

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Sehen und Gesehenwerden sind im nächtlichen Straßenverkehr entscheidend. „Gerade bei Fahrten in der Dämmerung steigt die Wahrscheinlichkeit, in einen Unfall mit einem Fußgänger, Radfahrer oder Wild verwickelt zu werden, exponentiell“, sagt Marko H. Hörter, Entwickler des Systems. Zwar gebe es bereits Fahrerassistenzsysteme auf Basis von Infrarot-Kameras, doch bisher müsse der Fahrer die Bilder noch selbst auf einem Display anschauen. „Das lenkt ab und kann wertvolle Reaktionszeit kosten.“ Deshalb geht Hörters Technologie einen Schritt weiter: Ein komplexes mechatronisches System übernimmt vollautomatisch die Bildanalyse und leuchtet bei Bedarf potenzielle Gefahren am Straßenrand mit einem sehr präzisen Lichtspot aus besonders hellen LED-Lampen kurz an. So wird der Fahrer aufmerksam, ohne die Augen von der Fahrbahn nehmen zu müssen.

Dass die neue Technologie die Sicherheit im nächtlichen Straßenverkehr tatsächlich erhöht, konnte der Wissenschaftler in einem zweiwöchigen Praxistest mit 33 Probanden auf einer Landstraße bei Bad Bergzabern bestätigen. Mit Hilfe beheizbarer Reh- und Personenfiguren hat er die Wahrnehmungszeit sowie die daraus resultierende Erkennbarkeitsentfernung bei Fahrern mit und ohne Fahrerassistenzsystem verglichen. Das Ergebnis: Mit markierendem Licht erkannten die Fahrer die Gefahren im Schnitt 35 bis 40 Meter früher, damit hatten sie zwei bis drei Sekunden mehr Zeit zum Reagieren.

Foto: Markus Breig

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Vom Motor über die Klimaanlage bis zur elektrischen Kofferraumklappe reicht die Bandbreite der Entwicklungsaufgaben in der Automobilindustrie. Um die Funktionen der Baugruppen zu testen, gibt es zahlreiche spezialisierte Simulationsprogramme. Solche Prognosen über das Verhalten der Fahrzeugbauteile beruhen auf physikalischen Gesetzen, welche sich wiederum in mathematischen Gleichungen ausdrücken lassen, die es im Rahmen der Simulation zu lösen gilt.

Hier setzte das von der MLU in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen und zwei mittelständischen Softwareanbietern durchgeführte Projekt an. „Wir haben den Weg vom mathematischen Modell zu einer Lösung, die für die ingenieurstechnische Anwendung nutzbar ist, optimiert“, erklärt Projektleiter Prof. Dr. Martin Arnold vom Institut für Mathematik der MLU. „Hierzu haben wir die üblicherweise bei einer gekoppelten Simulation auftretenden Fehler analysiert und schließlich die der Simulation zugrunde liegenden Lösungsverfahren so verändern können, dass sie zu zuverlässigeren Ergebnissen führen.”

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Hinterteil erzeugt “Fingerabdruck” 
Diebe könnten in Zukunft auf eine neue Hürde beim Klau von Pkws stoßen. Trotz Zugang ins Wageninnere und Schlüssel könnten Autos dann trotzdem den Dienst verweigern, Der Grund: Ihr Hinterteil fällt bei der Analyse durch die Sitzgarnitur durch. Modernes Pkw-Mobiliar sorgt dann nicht nur für Komfort beim Stehen im Stau, sondern auch für mehr Sicherheit. Die AIIT-Forscher haben in den Fahrersitz eine Vielzahl strategisch verteilter 360-Grad-Drucksensoren eingebaut. Diese erfassten die Gewichtsverteilung des Insassen und erzeugen daraus ein dreidimensionales Abbild als “Fingerabdruck”.

Aufgrund der anatomisch individuellen Beschaffenheit jedes Menschen soll der Besitzer des Autos auf diese Weise eindeutig erkennbar sein. Laut einem Statement des Institut liegt die Genauigkeit der Zuordnung derzeit bei 98 Prozent.

Foto: AIIT

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Das Projekt Plug&Play Range Extender untersucht, wie ein Modul aus einem kleinen, verbrauchsarmen Verbrennungsmotor und einem Generator die Reichweite von Elektroautos vergrößern kann. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Bei der voranschreitenden Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen spielen Effizienz, Bauraum und Gewicht der einzelnen Komponenten eine entscheidende Rolle. Leistungselektronische Wandler sind dabei Schlüsselkomponenten, für die immer höhere Schaltfrequenzen gefordert werden.

Das Konsortium aus den Firmen FEV, Siemens und Daimler sowie der Universität RWTH Aachen wird zunächst die Anforderungen für ein hochintegriertes Range Extender Modul definieren. Zusätzlich werden marktfähige Fahrzeugkonzepte erstellt. In einer späteren Phase soll dann ein Fahrzeug mit Range Extender Modul gebaut werden.

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Volkswagen bildet zusammen mit der Technischen Universität Clausthal einen Forschungsverbund für angewandte Softwareentwicklung (automotiveIT 12/2012).

Softwareentwicklung für Motorsteuergeräte ist aufwendig und teuer. Gemeinsam wollen deshalb Volkswagen und die Technische Universität Clausthal nach Wegen suchen, um diese Entwicklung effektiver zu machen. Mit der Gründung des „Institute for Applied Software Systems Engineering“ (IPSSE) haben Europas größter Automobilkonzern und die Hochschule – mit gerade mal 4000 Studenten Deutschlands kleinste Technische Universität – einen Forschungsverbund für angewandte Softwareentwicklung ins Leben gerufen. Für Volkswagen ist die Aggregate-Entwicklung mit von der Partie. Auf Software für den Antriebsstrang wird sich das Institut zunächst konzentrieren. Denn moderne Automotoren mögen technisch noch so perfekt wirken, der Fachmann sieht immer noch Verbesserungspotenzial. Das gilt zum Beispiel für die Senkung des Kraftstoffverbrauchs. Da kann ein effektives Motorsteuergerät durch präzise Steuerung, Regelung und Überwachung einiges bewirken. Zeit und Geld sparen sollen Projekte des neuen Forschungsverbundes bei der Entwicklung von Steuerungssoftware für den Antriebsstrang. Heute arbeiten nicht selten bis zu hundert Ingenieure mehr als ein Jahr lang daran, die Software für ein Motorsteuergerät mit bis zu 200 Anschlüssen bereitzustellen. Das ist dann neben dem Motor selbst und dem Getriebe der kostenintensivste Teil des Antriebsstranges und schlägt gleich mit einigen hundert Euro zu Buche. „Da sind noch ganz enorme Effizienzgewinne möglich“, sagt Andreas Rausch, Vizepräsident für Informationsmanagement und Infrastruktur an der TU Clausthal und Leiter des neues Institutes. Er denkt dabei unter anderem an verbesserte Verfahren und Techniken zur Automatisierung von Softwaretests.

Die Bedeutung des neuen Forschungsverbundes unterstreicht Volkswagen mit einer ersten Investition. Zunächst will der Konzern fünf Millionen Euro binnen fünf Jahren in Forschungs- und Entwicklungsprojekte des neuen Instituts investieren. Für die TU Clausthal ist es eines der größten Drittmittelprojekte mit der Industrie überhaupt – höchst willkommen in einer Zeit, in der die öffentliche Förderung von Forschung und Wissenschaft immer weiter zurückgefahren wird. „Wir freuen uns sehr über die langfristige Kooperation mit Europas größtem Automobilhersteller. Die Partnerschaft ist ein hervorragendes Beispiel für die Verknüpfung von Wissenschaft und Praxis. Zugleich würdigt sie die industrienahe und renommierte Ausbildung an der TU Clausthal“, schwärmt TU-Präsident Thomas Hanschke. Die Hochschule stellt vor allem die notwendige Manpower. Mindestens acht wissenschaftliche Mitarbeiter sowie bis zu fünfzehn studentische Hilfskräfte forschen zunächst am IPSSE. Die zu finden, dürfte kein unlösbares Problem sein: Bei mehr als 500 der Clausthaler Studenten steht in irgendeiner Kombination Informatik auf dem Stundenplan. Doch die Pläne reichen weiter. So soll Mitte 2013 ein Elitestudiengang starten, 2018 könnte das Institut dann 35 Mitarbeiter und mehr als 40 Studenten haben.

Standorte des Forschungsverbundes sind Clausthal-Zellerfeld und das nahe Goslar, nicht etwa die im Umland reichlich vorhandenen Städte mit Volkswagen- Werken. Das zeigt, dass es nicht um die Lösung tagesaktueller Probleme des Autokonzerns, sondern um grundlegende Prozess- und Verfahrensverbesserungen mit jahrelanger kontinuierlicher Entwicklung und Forschung geht. „Wir stehen nicht unter Zeitdruck. Da ist ein unwahrscheinlich gut funktionierendes System zwischen Industrie und Forschung entstanden, wie ich es bisher noch nirgendwo erlebt habe“, sagt Institutsleiter Rausch. Für Volkswagen geht es natürlich nicht nur um Erkenntnisgewinn, sondern auch um ganz handfeste Marktvorteile. „Für Innovationen in der Antriebsstrangentwicklung müssen Hardwarekomponenten und Software perfekt zusammenspielen. Die Kooperation mit der TU Clausthal erlaubt uns, wissenschaftliche Erkenntnisse für den Entwicklungsprozess der Software schnellstmöglich in die Praxis zu integrieren“, erklärt Stefanie Jauns- Seyfried, Leiterin Funktions- und Softwareentwicklung der Antriebselektronik des Autokonzerns.

Die strategische Partnerschaft von TU und Automobil bei Volkswagen hat aber noch weit mehr Potenzial – etwa bei der Ausbildung von künftigen Fachkräften. Der Entwicklungsvorstand der Marke Volkswagen, Ulrich Hackenberg, betont: „Volkswagen möchte engagierten Nachwuchs mit fundiertem technischem Wissen und Begeisterung für das Automobil fördern und zeigen, wie spannend es ist, schon früh den Bogen zwischen Wissen und praktischer Anwendung zu schlagen. Nur so werden wir auch künftig herausragende Innovationen auf den Markt bringen können.“ Das IPSSE als Bestandteil der TU Clausthal ist für Volkswagen auch deshalb interessant, weil Anknüpfungspunkte zu allen klassischen Ingenieursdisziplinen vorhanden sind. Der Automobilkonzern und die Oberharzer Universität arbeiten bereits seit Jahren in vielen Projekten erfolgreich zusammen.

Autor: Gert Reiling

Foto: VW

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