Ausgabe - 36 - 2011 - Produktion

34 · F&E · Produktion · 8. September 2011 · Nr. 36
Beleuchtung
Daten mit Licht auf den Weg bringen
Produktion Nr. 36, 2011
Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Nachrichtentechnik,
Heinrich-Hertz-Institut HHI in Berlin haben eine neue Übertragungstechnik
per Licht für Videodateien entwickelt.
Berlin (ba). Stellen Sie sich folgendes
Szenario vor: Vier Personen
haben es sich in einem Raum gemütlich
gemacht. Jeder von ihnen
kann auf einem eigenen Laptop
einen anderen Film aus dem Internet
in HD-Qualität genießen. Möglich
wird dies dank eines optischen
WLAN. Als Medium für die Datenübertragung
dient Licht aus den
LEDs der Deckenbeleuchtung. Das
war lange eine Zukunftsvision.
Nun ist diese nähergerückt: Im
Mai konnten Forscher des Heinrich-Hertz-Instituts
ihr Projektergebnis
im französischen Rennes,
Frankreich, vorstellen: Es gelang,
mit Decken-LEDs, die mehr als
zehn Quadratmeter eines Raums
ausleuchteten, Daten mit 100 Megabit
pro Sekunde (Mbit/s) verlustfrei
zu übertragen. Der Empfänger
lässt sich innerhalb dieser zehn
Quadratmeter beliebig platzieren.
„Das heißt, wir haben vier Videofilme
in HD-Qualität gleichzeitig
auf vier Laptops gebracht“, sagt Dr.
Anagnostis Paraskevopoulos, Wissenschaftler
am HHI. „Die Grundlagen
für Visible Light Communication,
auch VLC genannt, wurden
im Projekt gemeinsam mit den In-
Produktion Nr. 36, 2011
dustriepartnern Siemens und
France Telecom Orange Labs entwickelt“,
sagt er. Zusammen mit einem
Team um Projektleiter Klaus-
Dieter Langer wird die neue Technik
jetzt am HHI weiterentwickelt.
„Bei VLC dienen die Lichtquellen
– in diesem Fall Weißlicht-LEDs
– gleichzeitig der Raumbeleuchtung
und der Informationsübertragung.
Mit Hilfe eines Spezialbauteils,
des Modulators, knipsen wir
die LEDs ganz schnell ein und aus,
und übertragen die Informationen
als Einsen und Nullen“, erläutert
Langer. Das menschliche Auge
nehme die Lichtmodulation nicht
wahr. Als Empfänger am Laptop
reiche eine einfache Fotodiode, die
das Licht auffängt. Eine Elektronik
dekodiert die Information und
übersetzt sie in elektrische Impulse,
also die Sprache des Computers.
Ein Vorteil dieser Vorgehensweise
ist: Die LEDs lassen sich mit nur
wenigen Bauteilen so präparieren,
dass sie als Überträger dienen. Ihr
Kohlenstoffmaterialien nach Maß verheißen Fachbeiträge in den renommierten
Zeitschriften „Nature Materials“ und „Nature Chemistry“.
An beiden Publikationen sind mit Prof. Ute Kaiser und Dr. Johannes
Biskupek Wissenschaftler der Ulmer Zentralen Einrichtung Elektronenmikroskopie
beteiligt.
lenstoffmaterialien die Anwendungsmöglichkeiten
von Graphen
in superschnellen Computerchips
oder etwa Touchscreens erweitern.
Der Nobelpreis 2010 für die Entdeckung
der Kohlenstoff-Variante
Graphen – dabei handelt es sich um
das dünnste Material der Welt – unterstreicht
weiterhin die Bedeutung
von Kohlenstoffnanostrukturen
für die Wissenschaft.
In der Publikation „Nature Materials“
beschreiben die Wissenschaftler
die Bildung von Graphen-
Nanostreifen in exakt definierten
Formen und Größen. Dabei dienen
winzige, aus Kohlenstoff gebildete
Röhrchen als Matrize und „Reagenzglas“.
Bei ihren Versuchen mit
Elektronenstrahlen haben die Forscher
zwei Schlüsselprinzipien entdeckt:
Wachsen die Graphen-Streifen
im Inneren der Kohlenstoffnanoröhrchen
heran, geben die
Röhren Größe und Dicke der winzigen
Streifen vor und schützen sie
vor Schädigungen durch den Elektronenstrahl.
Indem sich zusätzlich
Schwefel an die Graphen-Kanten
bindet, wird die Bildung eines zweiten
Kohlenstoffnanoröhrchens verhindert,
der Graphen-Streifen kann
in gewünschter Form wachsen.
Künftig können Daten mit an der Decke angebrachten LEDs übertragen werden.
Bild: Fraunhofer HHI
Nachteil: Sobald etwas zwischen
Lampe und Photodiode gerät,
wenn also etwa jemand eine Hand
dazwischenhält, wird die Übertragung
beeinträchtigt. Als mögliche
Endgeräte kommen Laptop, Palm
oder Handy in Frage.
Visible Light Communication
solle kein Ersatz für herkömmliches
„Mit den Ergebnissen unserer
Arbeit beschreiten wir neue Wege
in der Herstellung von Nanostrukturen.
Schließlich werden für nanotechnologische
Anwendungen
Graphen-Streifen mit genau definierten
Eigenschaften benötigt“,
sagt Ute Kaiser. Neben den Ulmer
Forschern haben Chemiker der
University of Nottingham und Dr.
Andrey Chuvilin von der spanischen
Forschungseinrichtung CIC
nanoGUNE Consolider (zuvor Uni
Ulm) zu der Veröffentlichung beigetragen.
Die zweite Publikation ist in „Nature
Chemistry“ erschienen. Im
Fokus dieser Veröffentlichung stehen
Prozesse innerhalb der beschriebenenKohlenstoffnanoröhrchen.
Bisher war man davon
ausgegangen, dass im Inneren der
WLAN, PowerLAN oder UMTS werden,
sagen die Wissenschaftler.
Dort wo Funknetze unerwünscht
oder nicht möglich sind, eignet es
sich vielmehr als zusätzliche Datenübertragungsoption
– ohne dass im
Haus neue Kabel oder Geräte nötig
werden. Dabei sind auch Kombinationen
möglich, etwa für eine Rich-
Nanoröhrchen keine chemischen
Reaktionen ablaufen. Dank hochauflösender
Niederspannungs-
Transmissionselektronenmikroskopie
konnten die Ulmer Forscher
nun das Gegenteil beobachten:
Wird ein katalytisches Element,
beispielsweise Rhenium, in die
Röhrchen gegeben, bilden sich
Ausstülpungen, die aus dem Röhren-Inneren
herauswachsen. Die
Zentrale Einrichtung Elektronenmikroskopie
der Uni Ulm zählt mit
ihren hochtechnologisierten
Transmissionselektronen- sowie
Focus-Ion-Beam-Mikroskopen
(FIB) zu den angesehensten Zentren
dieser Art.
tung optisches WLAN und für den
Rückkanal PowerLAN. So lassen
sich Filme auf den PC übertragen
und auch wieder von dort zurückspielen
und auf einen anderen
Rechner senden.
Die neue Übertragungstechnologie
könnten sich gut für Krankenhäuser
eignen, denn in diesen sind
Funknetze nicht erwünscht. Dennoch
müssten dort hohe Datenraten
verlustfrei und unkomprimiert
übertragen werden, sagen die Experten.
Wenn ein Teil der Kommunikation
über die OP-Lampe laufen
könnte, ließen sich drahtlos OP-
Roboter steuern oder Röntgenbilder
übermitteln. In Flugzeugen
könnte jeder Passagier sein eigenes
Unterhaltungsprogramm auf einem
Display sehen. Zugleich könnten
die Flugzeugbauer dank der neuen
Flugzeuge und Fabrikhallen
als Anwendungsorte
Technik den Einbau von Kilometern
an Kabeln sparen. Ein weiterer
möglicher Einsatzort sind Fabrikhallen.
Auch hier stören Funknetze
oft die betrieblichen Abläufe.
Derzeit entwickeln die Forscher
ihre Systeme weiter in Richtung
höherer Bitraten. „Im Labor konnten
wir mit einer rot-blau-grünen
Weißlicht-LED 800 Mbit/s übertragen“,
sagt Langer: „Das ist Weltrekord
für die VLC-Methode.“
Kohlenstoffmaterialien
Graphen-Nanostreifen wachsen in definierten Formen
Ulm (ba). Die neuen Erkenntnisse
sind äußerst relevant für die Nanotechnologie:
Schließlich zählt die
Kontrolle der Größe, Form und
chemischen Funktionalität von
Graphen und Kohlenstoffnanoröhrchen
auf atomarem Niveau zu
den aktuellen Herausforderungen
in diesem Bereich. In der Praxis
könnten maßgeschneiderte Koh-
„Mit den Ergebnissen unserer
Arbeit beschreiten wir
neue Wege in der Herstellung
von Nanostrukturen.“
Professorin Ute Kaiser hat in der
Zentralen Einrichtung Elektronenmikroskopie
der Uni Ulm
maßgeblich zu den Publikationen
beigetragen.
Bild: Universität Ulm
LEDs dienen als Überträger
elektrischer Impulse
In Nanoröhrchen laufen
chemische Reaktionen ab
MaßgeschneiderteKohlenstoffmaterialien
könnten die Anwendungsmöglichkeiten
von
Graphen in superschnellen
Computerchips
oder etwa in
Touchscreens erweitern.
Bild: Daniel700 / Fotolia.com
Die Forschungsarbeiten der beiden
Ulmer Wissenschaftler sind in
das Ulmer Großprojekt SALVE
(Sub-Angström Low-Voltage Electron
Micorscopy) eingebettet. Im
Rahmen dieses Projektes werden
neue Methoden und Gerätetechniken
für atomare Abbildungen bei
niedrigen Spannungen entwickelt.
Weiterhin untersuchen die beteiligten
Forscher Wechselwirkungen
zwischen Elektronenstrahlen und
diversen Materialien.
Das Forschungsprojekt wird von
der Deutschen Forschungsgemeinschaft
(DFG) und dem Land Baden-
Württemberg gefördert. Partner im
SALVE-Projekt sind die badenwürttembergischen
Firmen Carl
Zeiss AG und die Corrected Electron
Optical Systems GmbH
(CEOS).