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Bohren wie die Holzwespen

Um Löcher zu bohren, kennen Techniker bislang nur eine Methode: Sie lassen ein Werkzeug rasch rotieren, wie es jeder Heimwerker von seiner Bohrmaschine kennt. Doch es geht auch anders. Oliver Schwarz hat sich in der Natur umgeschaut, denn die Bionik ist sein Spezialgebiet. Er leitet beim Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA die Gruppe »Bionische Medizintechnik«. Bei den Hautflüglern ist er fündig geworden. Viele Arten von Holz- und Schlupfwespen bohren bis zu vier Zentimeter tiefe Löcher ins Holz, um ihre Eier abzulegen. Da ihnen Rotationen nicht möglich sind, raspeln sie die Hohlräume überaus trickreich aus dem Stamm. Wenn man ihren Legestachel genau unter die Lupe nimmt, erkennt man, dass er eigentlich aus drei separaten Raspeln besteht, die sich unabhängig voneinander bewegen können. Eine Art Leitschiene sorgt dafür, dass die Chitin-Teile beieinander bleiben. Beim Bohren bewegt sich das Raspel-Trio in einem ausgeklügelten Wechselspiel vor und zurück und frisst sich dabei ganz von selbst ins Holz. Techniker sprechen vom Pendelhubprinzip. Während sich der eine Teil bewegt, verklemmt sich der andere im Loch und sorgt so für den nötigen Halt. Auf diese Art muss das Tier den filigranen Stachel nicht andrücken, wie es etwa bei einer Bohrmaschine nötig ist.

© Fraunhofer IPA Bohren wie die Holzwespen – von den Holzwespen abgeschaut: Ein neuartiger Bohrer soll Chirurgen dabei helfen, Hüftprothesen einzusetzen.

Diese Bohrtechnik bietet gegenüber der herkömmlichen Methode erhebliche Vorteile. Vor allem ist sie nicht auf runde Löcher beschränkt. Da nichts rotiert, lassen sich Löcher mit beliebigem Querschnitt erzeugen. Man muss nur die Form der Raspeln entsprechend anpassen. Wählt man etwa ein Dreieck oder Rechteck, würde ein Dübel viel besser halten, weil er nicht durchdrehen kann. Man könnte sogar ganz auf Dübel verzichten und stattdessen den Bohrkopf im Loch stecken lassen und anschließend mit einem Stift oder einer Schraube spreizen. Und wenn man auch noch die Hohlräume im Legestachel nachahmt, die Holzwespen brauchen, um ihre Eier durchzuleiten, könnte man beim Bohren sogar Flüssigkeiten ins Loch drücken, etwa Öl oder – bei medizinischen Anwendungen – Medikamente. Und noch ein Vorteil: Weil ein Pendelhub-Bohrer kaum angedrückt werden muss, könnte man ihn selbst im Weltall oder unter Wasser nutzen, wo es schwierig ist, eine große Gegenkraft aufzubringen. Auch das Bohren über Kopf würde seine Schrecken verlieren. »Ich möchte, dass unser Bohrer irgendwann im Baumarkt zu haben ist«, sagt Schwarz deshalb. Für harten Stahl eignet er sich momentan zwar nicht, denn darin kann seine Spitze nicht eindringen. Und ohne Ansatz können die Raspeln erst gar nicht loslegen. Aber viele Spezialanwendungen sind denkbar, etwa das Bohren in Gasbeton oder in Hohlblocksteinen. Herkömmliche Bohrer haben Probleme, wenn sie auf Hohlräume stoßen, weil das ganze Gerät dann durch den großen Anpressdruck ruckartig nach vorne schnellt.

Vorerst hat Schwarz aber ein ganz anderes Einsatzgebiet gefunden, das zu seinem Fraunhofer-Arbeitsfeld passt. Er und sein Team möchten den Orthopäden das Implantieren von künstlichen Hüftgelenken erleichtern. Knochen eignen sich wegen ihrer porösen Struktur besonders gut für den Raspelbohrer. Jedes Jahr lassen sich allein in Deutschland etwa 200 000 Patienten ein neues Hüftgelenk einsetzen. Dazu wird im Oberschenkelknochen ein passgenaues Loch mit einem rechteckigen Querschnitt gebohrt. Bei dieser Knochenarbeit ist große Präzision nötig, denn die meisten Implantate müssen ohne Zement auskommen, damit sie länger halten. Hohlräume dürfen nicht entstehen. Trotz der hohen Anforderungen arbeiten die Chirurgen bisher weitgehend von Hand, wobei ihnen ein Satz Raspeln mit unterschiedlichen Querschnitten zur Verfügung steht – ein zeitraubendes und fehleranfälliges Vorgehen.

Das Team um den Bioniker Schwarz hat nun ein pneumatisch betriebenes Gerät nach dem Pendelhubprinzip entwickelt, das den Ärzten das Bohren erheblich erleichtern und die Präzision erhöhen würde. Die Stuttgarter haben sich dabei eng mit Fachmedizinern abgestimmt, um deren Bedürfnisse berücksichtigen zu können und das optimale Design zu finden. Der handliche Apparat trägt den Namen »Sirex®« nach dem Gattungsnamen der Holzwespen, ein Patent wurde erteilt. Ein erstes Funktionsmuster hat gezeigt, dass man mit der Technik problemlos in Knochen bohren kann, aber auch in Holz oder Gasbeton. Schwarz: »Das geht rein wie Butter.« Ein pneumatisch angetriebener und zwei weitere elektrische Bohrer sind aufgebaut worden um in verschiedene Materialien zu bohren. Noch fehlt ein Partner aus der Industrie, um den innovativen Knochenbohrer in seiner endgültigen Form bauen zu können.

Die Natur ist der beste Erfinder, schließlich hatte sie Jahrmillionen Zeit, um ihre Methoden zu optimieren. Um von ihr lernen zu können, meint IPA-Experte Schwarz, brauche man nicht nur offene Augen. »Man muss noch staunen können.« (Klaus Jacob) 

Weitere Informationen finden Sie unter: https://www.ipa.fraunhofer.de/de/Branchenloesungen/medizin–und-biotechnik/schwerpunkte/medizintechnik.html

Fachliche Ansprechpartner
Dr. rer. nat. Oliver Schwarz | Telefon +49 711 970-3754 | oliver.schwarz@ipa.fraunhofer.de

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Gefühlvoll zupacken

Bionik zum Anfassen: Bei der Entwicklung einer neuen, formadaptiven Pinzette stand die Natur Pate. Die Greifer passen sich sanft der Oberfläche an, verteilen den Druck gleichmäßig und sorgen dafür, dass Oberflächen nicht beschädigt werden. Ein ideales Werkzeug für die biologische Forschung und Chirurgie.

»Die klassische Pinzette übt den größten Druck immer an der Spitze aus. Das ist für Biologen und Mediziner oft ein Problem: Wenn sie mit empfindlichem Gewebe hantieren, kann der Zellverband durch den hohen Druck beschädigt werden«, erklärt Dr. Oliver Schwarz vom Fraunhofer IPA. Zusammen mit seinem Team hat der Biotechniker eine »formadaptive Pinzette« entwickelt, die den Druck reduziert.

Die Inspiration für das neue Werkzeug lieferten Fische, genaugenommen deren Schwanzflossen. Diese enthalten strahlenförmige Strukturen, die durch querverlaufendes, elastisches Bindegewebe verbunden sind. Der Aufbau sorgt dafür, dass sich die Strahlen dem Wasserdruck entgegenbiegen und den Vortrieb des Fisches beschleunigen.

Diesen Fin-Ray®-Effekt, der 1997 entdeckt wurde, nutzen die IPA-Forscher für die Entwicklung medizinischer Geräte. »Unsere bionische Pinzette besteht – wie der Fischschwanz – aus Längs- und Querverstrebungen, die elastisch miteinander verbunden und so angeordnet sind, dass sie auf Druck reagieren und diesem entgegenwirken«, sagt Schwarz.

Der Druck dafür muss nicht groß sein: Vorsichtig greift der Forscher mit seiner Pinzette nach einem Strohhalm, der auf dem Tisch liegt. Die beiden Greifarme, die eben noch kerzengerade waren, passen sich sofort der Oberfläche des Halmes an. »Dieses formadaptive Verhalten sorgt dafür, dass der Druck nicht mehr an einem Punkt konzentriert auftritt, sondern sich auf die gesamte Auflagefläche verteilt«, erläutert der Forscher, während er den Strohhalm mit der Pinzette vom Tisch aufhebt. Der Halm verbiegt sich dabei nur leicht zu einem Oval, wird aber nicht gequetscht.

Das Geheimnis steckt im Design. In monatelanger Tüftelarbeit haben die IPA-Forscher am Computer unterschiedliche Modelle entwickelt. »Unser Ziel war es, die Pinzette so zu gestalten, dass sie gut in der Hand liegt, die gewünschte Adaption an die Oberfläche garantiert und dass sie sich sowohl kostengünstig als auch nachhaltig produzieren lässt«, berichtet Schwarz.

Das erfolgversprechendste Modell – es besteht aus Polyamid, einem Kunststoff, der aus Rizinusöl gewonnen wird und medizintechnisch zugelassen ist – kann mit 3D-Drucktechnik oder im Spritzgussverfahren gefertigt werden. Die ersten Prototypen befinden sich in der Chirurgie bereits im Praxistest.

Die Medizin ist dabei nur eines von vielen Anwendungsfeldern: Die neuen formadaptiven Pinzetten lassen sich überall nutzen, wo kleine empfindliche Teile fixiert oder transportiert werden müssen: In der biologischen Forschung genauso wie in der Produktion elektronischer Bauelemente.

© Fraunhofer IPA, Rainer Bez – Funktionsmuster der formadaptiven Pinzette halten Strohhalme. Wie links im Bild zu sehen, kann mit der Spitze der Pinzette Kraft ausgeübt werden. Wie rechts im Bild zu sehen, können Objekte zwischen den Maulflächen der Pinzette gehalten werden, ohne größere Kräfte zu erfahren.

 

© Fraunhofer IPA, Rainer Bez – Halten eines Stück Strohhalms mit einer formadaptiven Pinzette (rechts) und mit einer herkömmlichen Pinzette aus Metall (links). Mit der Metallpinzette wurde nur so viel Kraft ausgeübt, wie zum sicheren Festhalten des Strohhalms benötigt wurde.

 

© Fraunhofer IPA, Rainer Bez – Halten eines flächigen Stück Schaumstoffs mit einer formadaptiven Pinzette.

 

© Fraunhofer IPA Der Fin-Ray®-Effekt. – Links: Ein unbelasteter Fin Ray® Rechts: Ein Fin Ray® auf dessen Seite gedrückt wird (grüner Pfeil).

Mehr Informationen finden Sie unter: https://www.ipa.fraunhofer.de/de/Branchenloesungen/medizin–und-biotechnik/schwerpunkte/medizintechnik.html

Fachlicher Ansprechpartner
Dr. rer. nat. Oliver Schwarz | Telefon +49 711 970-3754 | oliver.schwarz@ipa.fraunhofer.de

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Digitalisierung: Läuft! Innenminister Strobl macht Station in Denkendorf

Schlaues Trikot aus Denkendorf misst die Vitalparameter der Läufer

Digitalisierung: Läuft! Dies ist der Leitsatz der sportlichen Veranstaltung, zu der der Marathonläufer und ehemalige Vize-Weltmeister Jürgen Mennel Unternehmen, digitale Start-ups, Kommunen und Technologie-Netzwerke eingeladen hat. Das Event verbindet Sport mit Informationen und Austausch rund um das Thema Digitalisierung und ist der Auftakt der Open-Innovation Plattform. Fünf Läufer der DITF waren dabei, als am 27. Juli 2018 in Stuttgart der Startschuss fiel.

Mennel organisiert den Lauf im Rahmen der Digitalisierungsstrategie der Landesregierung Baden-Württemberg in Zusammenarbeit mit dem Ministerium für Inneres, Digitalisierung und Migration Baden-Württemberg. Er führt in drei Etappen von Stuttgart über Reutlingen, Karlsruhe und Kehl nach Straßburg.

Foto: DITF

Der Innenminister und stellvertretende Ministerpräsident Thomas Strobl war bei der ersten Etappe dabei. Nach dem Start am Fraunhofer IAO an der Universität machten der Minister und Mennel auch bei den Deutschen Instituten für Textil- und Faserforschung in Denkendorf Station.

Nach der Begrüßung durch Vorstand Peter Steiger und den stellvertretenden Vorstand und Leiter des Bereichs Biomedizintechnik, Professor Michael Doser, zeigten Wissenschaftler der DITF Beispiele ihrer interdisziplinären Forschung zum Thema Digitalisierung und Industrie 4.0.

Bereits beim Lauf kam das in Denkendorf entwickelte Sensorische T-Shirt zum Einsatz, das die Vitalparameter von Läufern erfasste. Die anschließende Auswertung der Daten am Bildschirm machte deutlich, wie sich Herzfrequenz und EKG des Hochleistungssportlers Mennel von den Werten eines „normalen“ Hobbysportlers unterscheiden.

Das smarte Textil kann nicht nur beim Sport eingesetzt werden, sondern auch bei allein lebenden älteren Menschen oder in Schutzkleidung, zum Beispiel für Feuerwehrleute. Intelligente Technik alarmiert im Notfall Hilfe.

Die Möglichkeiten, in welche Textilien Sensorik integriert wird, sind vielfältig. Ein Handschuh überprüft Blutdruck, Sauerstoffsättigung, Herzrate, Atmung und Körpertemperatur und löst Alarm aus. Sensorische Socken warnen Diabetiker, wenn der Druck auf einzelne Regionen des Fußes zu groß wird und beugen auf diese Weise Druckgeschwüren vor. Mit intelligenter Technik ausgerüstete Wundverbände überwachen und beeinflussen die Feuchtigkeit in der Wunde, bekämpfen Infektionen und fördern die Regeneration des Gewebes.

Foto: DITF

Ein weiteres Thema der Denkendorfer Forscher sind textile Schalter. Wenn sie mit dem Finger berührt werden, ändert sich der elektrische Widerstand, was elektronisch erfasst und als Schaltsignal verwendet wird.

Sensoren in Faserverbundwerkstoffen, wie sie zum Beispiel in Fahrzeugen oder modernen Bauwerken eingesetzt werden, können Verformungen und Schädigungen frühzeitig erkennen.

Moderne Sicherheitsmarkierungen schützen vor Plagiaten. Dabei wird mit einem Inkjet-Drucker ein „Datamatrixcode“ aufgedruckt, der für das Auge nicht zu erkennen ist und erst mit einer Infrarot-Lampe sichtbar gemacht wird. Auch die Oberflächen von Textilien können zukünftig direkt per Digitaldruck funktionalisiert werden. Spezielle Tinten wirken wasserabweisend oder elektrisch leitend.

Die DITF sind auch Partner des Kompetenzzentrums „Textil vernetzt“ der bundesweiten Initiative Mittelstand 4.0. Im Rahmen dieser Initiative wurde an den DITF ein Schaufenster gestaltet, das „Digitalisierung“ greifbar und erlebbar macht. Schwerpunktthemen sind die voll vernetzte, integrierte Produktionskette „Simulate, Print and Cut“, die automatisierte Herstellung von „Smart Textiles“ und „Leichtbau-Textilien“ mit lichtlenkenden Beleuchtungsfunktionen.

Minister Strobl zeigte sich sehr beeindruckt von den viefältigen textilen Möglichkeiten in der Digitalisierung. Als Erinnerung konnte er ein am gleichen Tag aufgenommenes Portrait von sich mitnehmen – natürlich mit moderner digitaler Technik auf Textil gedruckt.

Ansprechpartner

Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf

Sabine Keller
Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: +49(0)711 9340-505
E-Mail: sabine.keller@ditf.de

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Schlaue Textilien helfen im Notfall

DITF Denkendorf forschen an Assistenzsystemen für ältere Menschen

Foto: DITF

Technologien für „Ambiente Assisted Living“ (Altersgerechte Assistenzsysteme für ein gesundes und unabhängiges Leben – AAL) bieten hier eine große Chance. Sie sorgen in der gewohnten Umgebung für mehr Sicherheit und verringern damit die Angst vor Stürzen, Unfällen oder anderen Situationen, die ältere Menschen nicht mehr meistern können.

In dem Projekt “Integration von AAL-Technik zur Notfallerkennung in die häusliche Umgebung” untersuchen DITF Denkendorf, Fraunhofer IPA und FZI Forschungszentrum Informatik, wie durch intelligente Technik medizinische Notsituationen zuverlässig erfasst und automatisch Hilfsmaßnahmen eingeleitet werden können. Dabei werden nicht nur direkte Hinweise wie Stürze oder veränderte Vitaldaten, sondern auch indirekte Hinweise ausgewertet, zum Beispiel, wenn eine Person über längere Zeit bewegungslos bleibt oder sich anders als gewohnt verhält. Da ein Notruf automatisch abgesetzt wird, ist das System auch für Menschen mit Demenz geeignet.

Der Projektpartner DITF überprüft dabei, wie sich die Theorie in die Praxis umsetzen lässt. Gemeinsam mit Senioren, diakonischen Diensten und der Bauwirtschaft wurde festgelegt, welche Anforderungen die technischen Assistenzsysteme im Einsatz erfüllen und wie die Sensoren und die intelligente Kleidung beschaffen sein müssen und es wurde die nötige Infrastruktur bereitgestellt. Mit Unterstützung eines Bekleidungsherstellers haben die DITF sensorische intelligente Achselhemden entworfen und gefertigt, die Senioren, die im Bruderhaus Diakonie in unterschiedlich betreuten Wohnsituationen leben, testen. Die Meinung der Probanden ist positiv: die Unterhemden seien unauffällig zu tragen und helfen, sich im Alltag sicher zu fühlen. Das System wird derzeit noch ohne Online-Verbindung erprobt. Die Anbindung an die vorhandene Notruf-Infrastruktur ist der nächste Schritt der Testphase.

In einer alternden Gesellschaft werden Systeme wie Ambiente Assisted Living immer wichtiger. Deshalb fördern das Sozialministerium, das Wissenschaftsministerium sowie das Finanz- und Wirtschaftsministerium des Landes Baden-Württemberg das Projekt.

Ansprechpartner

Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf

Dr. Michael Haupt
Leiter E-Textilien, Automatisierung, Schalltechnik
Tel.: +49(0)711 9340-279
E-Mail: michael.haupt@ditf.de

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Die Digitalakademie@bw

Die Zukunft gestalten –  Die Digitalakademie@bw als Impulsgeber für die digitale Transformation in Kommunen, Landkreisen und Verwaltungen.


Projekt

Als wichtiger Baustein der Digitalisierungsstrategie des Landes Baden-Württemberg fördert die Digitalakademie@bw Qualifikation, Innovation, Wissenstransfer und kulturellen Wandel in den Verwaltungen im Land. Sie begleitet und berät Kommunen, Landkreise und Regionen auf dem Weg zur digitalen Transformation, bietet bedarfsgerechte und innovative Qualifizierungsangebote für die Führungskräfte sowie die Mitarbeitenden auf allen Ebenen der Verwaltung, schafft Experimentier- und Erfahrungsräume und bringt Zivilgesellschaft, Wirtschaft, Verwaltung und Wissenschaft zusammen. Alle Infos unter www.digitalakademie-bw.de.

Die Partner der Digitalakademie@bw

  • Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO
  • Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT der Universität Stuttgart
  • Führungsakademie Baden-Württemberg
  • Gemeindetag Baden-Württemberg
  • ITEOS
  • Landkreistag Baden-Württemberg
  • Städtetag Baden-Württemberg
  • Verwaltungsschule des Gemeindetags Baden-Württemberg
  • Verwaltungs- und Wirtschafts-Akademien Baden-Württemberg

Ansprechpartner

Geschaeftsstelle@ digitalakademie-bw.de

Mehr erfahren

digitalakademie-bw.de

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Begleitforschung zum Landeswettbewerb »Digitale Zukunftskommune«

 


Projekt

Baden-Württemberg soll Leitregion des Digitalen Wandels werden. Das geht nur gemein­sam mit den Kommunen. Daher fördert das Innen- und Digitalisierungsministerium des Landes Baden-Württemberg insgesamt 55 Digitale Zukunftskommunen, Landkreise und Landkreisverbände in Baden-Württemberg. Weitere Kommunen sind Partner des Landeswettbewerbs.

Mit der Begleitforschung werden die geförderten Pilotkommunen unterstützt und auf ihrem Weg zur Digitalen Zukunftskommune wissenschaftlich und entlang ihrer Bedürfnisse praktisch begleitet.

Ein Ziel ist es, die Best Practices aus den Digitalisierungsstrategien der Pilotkommunen in die Fläche zu tragen. Die Kommunen werden dabei unterstützt, sich zukunftsorientiert aufzustellen. In der Begleitforschung werden Werkzeuge entwickelt, die den kommu­nalen Bedarfen entsprechen und die Lebensqualität vor Ort erlebbar verbessern.

Vorgehen

In einem ersten Schritt werden gelungene Beispiele im Bereich der Digitalisierung ermittelt. Dies erfolgt sowohl auf regionaler als auch auf nationaler und globaler Ebene. Hierbei stehen die direkten Mehrwerte für die Verwaltung als auch die Bürgerinnen und Bürger im Vordergrund. In einem zweiten Schritt wird die Übertragbarkeit dieser Beispiele auf Städte, Gemeinden und Landkreise jeglicher Größe in Baden-Württemberg überprüft.

Das Fraunhofer IAO stellt den Wissensaustausch zwischen den Kommunen und Landkreisen sicher und berät diese projektbegleitend. Darüber hinaus wird die Sichtbarkeit und Verbreitung der Digitalisierungsstrategien in den Digitalen Zukunfts­kommunen des Wettbewerbs gefördert.

Wir erheben die Bedarfe und Herausforderungen der Kommunen in Form einer Befragung. Zusätzlich führen wir Vor-Ort-Workshops durch. Mit Ihnen gemeinsam wollen wir, dass die Kommunen in Baden-Württemberg zu nationalen und europäischen digitalen Vorreitern werden. Machen Sie sich mit uns auf den Weg zur digitalen Zukunftskommune!

Presse

Wir machen das Ländle digital. Das Fraunhofer IAO begleitet die Gewinner des Landeswettbewerbs »Digitale Zukunftskommune@bw« wissenschaftlich bei der Erarbeitung einer Digitalisierungsstrategie. Aus den Ergebnissen der Begleitforschung soll ein auf alle Kommunen Baden-Württembergs übertragbarer Handlungsleitfaden für den Weg zur digitalen Kommune entwickelt werden.


Ansprechpartner

Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO

M.Sc. Edith Schwimmer
Tel.: +49 711 970-2297, E-Mail: edith.schwimmer@iao.fraunhofer.de

Dipl.-Ing. Willi Wendt
Tel.: +49 711 970-2427, E-Mail: willi.wendt@iao.fraunhofer.de

Mehr erfahren

https://www.iao.fraunhofer.de/lang-de/presse-und-medien/aktuelles/2017-kommunen-werden-zu-digitalen-vorreitern.html

https://www.digitorial.digital-bw.de/

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“Simulierte Welten” beim Digitalisierungs-Marathon 2018

“Simulierte Welten”, (c) J. Hilpert, HLRS.

Computersimulationen wirken an vielen Stellen unseres Alltags – manchmal versteckt, manchmal für jeden offensichtlich: Dass die Wettervorhersage auf der APP unseres Handys aus einerWettersimulation errechnet wird, weiß fast jeder. Und das jedes moderne Auto, das wir kaufen, jedes Flugzeug und jeder Zug in der Konstruktionsphase eine Vielzahl von Simulationen durchlaufen hat, ahnen auch fast alle Menschen. Unbekannter ist, dass es Computerprogramme sind, die inzwischen ca. 95% des Aktienhandels an den deutschen Börsen tätigen, in dem sie immer komplexere Simulationen von weltweiten Kapital- und Warenströmen in Echtzeit berechnen um zu ermitteln, wann und welche Aktien steigen oder fallen, um Käufe und Verkäufe zu tätigen. Spätestens bei der riesigen Bedeutung von Computersimulationen für viele aktuelle Themen der Wissenschaft – von Quantenphysik über Klimaprognosen bis hin zur Erstellung von Flutwellenrettungsplänen für die Öffentliche Hand – wissen meist nur die damit befassten Wissenschaftler Bescheid.

Das Team von “Simulierte Welten” aus Ingenieur*innen, Informatiker*innen, Soziolog*innen, Lehrer*innen u.a. möchte hier gemeinsam die vielen Anwendungsbereiche von Computersimulationen in Schulen aber auch der breiten Gesellschaft bekannter machen. Dabei wollen wir den Zweck, den Nutzen, aber auch die Grenzen von Computersimulationen gleichermaßen zum Thema machen. Um mit dessen breiten Anforderungen ein so großes Thema zu bearbeiten, wurde von “Simulierte Welten” Module für verschieden intensive und lange Angebote für Schüler*innen unterschiedlicher Altersklassen sowie interessierte Bürger*innen konzipiert. Einen näheren Einblick erhalten Sie beim Besuch der Webseite von “Simulierte Welten”. 

Eine enge Verzahnung mit der Arbeit an den HPC-Zentren und der Vermittlung der dortigen Arbeit an Schüler*innen, findet sich vor allem beim Förderstipendium von „Simulierte Welten“. Gymnasialschüler*innen der J 1 können sich bewerben und arbeiten unter Anleitung und Hilfestellung von Mitarbeiter*innen der HPC-Zentren („high performance computing“) der Universität Stuttgart bzw. Karlsruhe an einem Forschungsthema. Das Förderstipendium dauert ca. ein Schuljahr und wird mit bis zu 1.000€ gefördert zum Erwerb eines simulationsfähigen Laptops. Dieses Thema wird dann in einem Abschlussvortrag vor den anderen Stipendiat*innen, den beteiligten Wissenschaftler*innen sowie Gästen vorgetragen. Im vergangen Jahr wurde eine besonders breite Themenvielfalt abgedeckt: Von der Simulation der arteriellen Blutströmung im Aortenbogen, über die Voraussage von S-Bahn-Verspätungszeiten bi

s hin zu einer digitalen Verbrauchserfassung einer gemeinschaftlich genutzten Kaffeemaschine um nur einige zu nennen. Hier nehmen die Schüler*innen nicht nur Fachwissen über Computersimulationen mit sondern auch die Erfahrung wie wissenschaftliches Arbeiten im Team abläuft sowie den großen Praxisbezug, den Simulationen im heuten Berufsalltag haben.

“Ministerbesuch am Simulierte Welten Stand”, (c) J. Hilpert, HLRS.

An der ersten Station des Digitalisierungs-Marathons 2018, am Höchstleistungsrechenzentrum der Universität Stuttgart (HLRS) konnte man daher mit dem Projektteam in Kontakt treten, sich über die vielfältigen Angebote des Projekts informieren und an zwei Laptops die Simulation “(Fr)Eier Fall” in der Scratch-Programmierumgebung sowie eine Simulation in NetLOGO ansehen und selber ausprobieren.

Verfasst von Doris Lindner in Allgemein, 0 comments

Fraunhofer-Initiative Morgenstadt

In der »Morgenstadt-Initiative« entwickelt die Fraunhofer-Gesellschaft gemeinsam mit Partnern aus Wirtschaft und Kommunen die Lösungen für die Stadt der Zukunft.

Städte sind die Zukunft der Menschheit. Weltweit lebt bereits heute mehr als die Hälfte der Menschen in Städten; in Deutschland sind es sogar 70 Prozent. Sie alle suchen Sicherheit und Wohlstand, Bildung und Vernetzung und den urbanen Lebensstil, kurz: Lebensqualität. Auf begrenztem Raum wollen immer mehr Menschen die Chancen auf ein gutes Leben wahrnehmen. Dabei muss soziale Spaltung vermieden und ein nachhaltiger Umgang mit natürlichen Ressourcen erreicht werden. Somit sind alle Bereiche von Abfall über Energie, Governance, Mobilität bis hin zur Wasserversorgung relevant beim Prozess der nachhaltigen Stadtentwicklung hin zu einer smarten Stadt der Zukunft.  Vernetzte Technologien, neue Geschäftsmodelle, flexible Prozesse und eine sozio-ökologische Integration sind die Pfeiler für nachhaltige, intelligente und lebenswerte Städte.

9 Sektoren für eine nachhaltige Stadtentwicklung

Die Forscher der Fraunhofer-Gesellschaft haben 9 Sektoren für einen nachhaltigen Stadtentwicklungsprozess identifiziert:

1.    Mobilität: Mobilitätsangebot und -technologien, Energieverbrauch, Flächen-verbrauch, Emissionen, Nutzung des öffentlichen Raumes.

2.    Gebäude: Energieeffizienz, Komfort, ganzheitliche Bilanzierung aller Gebäudearten in der Stadt, Gebäude und öffentlicher Raum, Ressourceneffizienz und Ökobilanz eingesetzter Materialien.

3.    Wasser: Wasserver-/ und Abwasserentsorgung, Wasserqualität, Versorgungssicherheit, Regenwasserableitung, Energieverbrauch und Ressourcenverwertung.

4.    Governance: Strukturen von Politik und Verwaltung, angewandte Methoden und Konzepte zur Zielsetzung, Konzeption, Beschlussfassung, Planung und Umsetzung von Lösungsansätzen und Projekten zur Steigerung der Nachhaltigkeit, Partizipationsprozesse, Stadtentwicklung und –planung.

5.    Energie: Import, Erzeugung, Verteilung und Verbrauch von Strom, Wärme/Kälte, Gas und Treibstoffen im städtischen Kontext.

6.    Finanzen: Städtische Ökonomie stärken, Entwicklung von Wirtschaftsclustern, neue Businessmodelle für nachhaltige Technologien und sichere Finanzierung.

7.    Informations- und Kommunikationstechnologien: Informationen der Stadtverwaltung, elektronisches Angebot städtischer Dienstleistungen, Informationsangebote im öffentlichen Raum, IKT Infrastruktur, IKT zur intelligenten Steuerung und für nutzerfreundliche Angebote im Bereich Energie, Mobilität etc.

8.    Logistik: Urbane Produktion, Versorgung von Handel, Industrie, Gewerbe und Haushalten, induziertes Verkehrsaufkommen und Emissionen.

9.    Resilienz: Sicherheitskonzepte und Systeme für den öffentlichen Raum und Gebäude zur Identifizierung und Vermeidung von Gefahren bzw. zum Umgang mit
Notständen.

Im Rahmen des »Morgenstadt Netzwerks« arbeiten Forschung, Industrie und Kommunen gemeinsam daran Entwicklungspotenziale und Lösungsstrategien in städtischen Systemen aufzuzeigen und zu erschließen, aber auch bevorstehende Technologiesprünge und disruptive Entwicklungen für die Stadt von morgen zu identifizieren und neue Produktsysteme und Geschäftsmodelle dafür zu konzipieren.

Link: www.morgenstadt.de

 

Verfasst von Steffen Braun in Allgemein, 0 comments

BMCC-Business Model Co-Creation: Geschäftsmodelle für Netzwerke gestalten

INDIGER – Innovative Netzwerke für Dienstleistungen und Gesundheit in Regionen präsentiert, wie der Aufbau neuer vernetzter Geschäftsmodelle gelingen kann.


Beispiel Gesundheitswirtschaft

Wir alle wünschen uns in ganz verschiedenen Lebenslagen ein gutes Angebot passender und bezahlbarer Dienstleistungen für Prävention, Gesundheit und Pflege. Dienstleistungsnetzwerke sind eine Möglichkeit, durch kooperative Leistungserstellung ein wirksames und wirtschaftlich tragfähiges Leistungsangebot zur regionalen Versorgung zu schaffen. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten FuE Projekt unterstützt mit seinen Ergebnissen die Gestaltung erfolgreicher Vernetzung, nicht nur für die Gesundheitswirtschaft.

Wertschöpfung in Netzwerken gestalten

Wertschöpfung in Netzwerken entsteht, funktioniert und wirkt nicht von alleine. Die besondere Herausforderung ist es, die verschiedenen Akteure mit ihren häufig sehr unterschiedlichen Interessen, Prozessen und Ressourcen zusammenzubringen und so zu koordinieren, dass eine gemeinsame Dienstleistung sichergestellt ist. Erfahren Sie, warum die Entwicklung vernetzter Geschäftsmodelle für marktlich, wohlfahrtsstaatlich und ehrenamtlich organisierte Leistungserbringung gleichermaßen wichtig ist.


Ansprechpartner

Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO

Dr. Anne-Sophie Tombeil
Tel.: +49 711 970-2146
E-Mail: anne-sophie.tombeil@iao.fraunhofer.de

Mehr erfahren

http://www.indiger.net/

https://www.youtube.com/watch?v=bo5G30j_eio

Verfasst von Inka Woyke in Allgemein, 0 comments

Immersive Engineering Lab

Virtuelle Baubegehungen in hochrealistischer Qualität in der CAVE lassen den Nutzer in eine vollständig computergenerierte Welt eintauchen.

Gebäude zuerst digital zu bauen und mit Profis und Laien zu überprüfen, ermöglicht die optimale, fehlerfreie Umsetzung in der Realität.


Forschungsthemen

Das Immersive Engineering Lab IELab ist eine Arbeits- und Präsentationsumgebung, die immersive 3D-Darstellungen zur detailgenauen und anmutungstreuen Echtzeitvisualisierung in Virtual Reality (VR) erlaubt. Hier wird »Virtual Prototyping« auf verschiedene Branchen angewendet. Das heißt es stehen nicht nur VR-Technik und Softwareschnittstellen zur nahtlosen Datenintegration im Forschungsfokus, sondern auch die Methodik zur Gestaltung individueller »VR-Sessions« zur kollaborativen Entscheidungsfindung. Eine wichtige Zielgruppe ist die Baubranche, die sich im Digitalisierungswandel Richtung Building Information Modelling (BIM) befindet. Im IELab wird das BIM-Modell zum maßstäblich erleb- und begehbaren virtuellen Bauwerksprotoyp. An ihm trifft die Gruppe der Stakeholder in der »immersiven Baubesprechung« effizient Entscheidungen. Weitere Anwendungsbeispiele sind

  • Produktentwicklung
  • Ergonomie-Evaluation
  • Produktionsplanung
  • Stadtplanung

Ausstattung

Hauptbestandteil des Labors ist ein 3D-Projektionssystem mit einer 5,5 m langen und 3,4 m hohen Powerwall sowie einer integrierten 4-Seiten-CAVE. Beides wird von 11 Projektoren betrieben, die 25 Millionen Pixel erzeugen und so kontrast- und lichtstark sind, dass auch viel Tageslicht kein Problem darstellt. Echtzeitvisualisierung und ein hochpräzises Trackingsystem erlauben das Eintauchen des Nutzers in die virtuelle Umgebung, was als Immersion bezeichnet wird. Die Verbindung des VR-Systems mit moderner Besprechungsinfrastruktur ermöglicht Meetings, die die Vorteile von klassischen Präsenz-Sitzungen und die der Virtualität voll ausnützen. So wird »Virtual Prototyping« zu »Immersive Engineering«.

Motivation

Das Beispiel der Baubranche zeigt oben genannte Vorteile: Die 3D-Visualisierung in VR-Systemen macht es möglich, ein Haus zuerst digital zu »bauen« und das digitale Modell bereits in der Planungsphase mit Profis und Laien zu prüfen, um dann in der Realität quasi fehlerfrei zu bauen. Gerade die Einbindung von Laien wird durch die VR extrem vereinfacht, weil sie die Pläne für jedermann verständlich und transparent macht. Das Immersive Engineering Lab ist für solche Besprechungen mit Planern, Nutzern und anderen Stakeholdern optimal geeignet.


Ansprechpartner

Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO

Dipl.-Inf. Matthias Aust
Tel.: +49 711 970-2353
E-Mail: matthias.aust@iao.fraunhofer.de

Mehr erfahren

https://www.iao.fraunhofer.de/lang-de/976-immersive-engineering-lab.html

http://s.fhg.de/YT-Video-IELab

Verfasst von Inka Woyke in Allgemein, 0 comments