 Quelle: Ghost in the shell |
Die Verschmelzung von
Technologie und menschlichem Fleisch begann Ende des vorherigen Jahrhunderts. Dicht
gefolgt von Interface zwischen menschlichem Gehirn und elektronischen Systemen. Vielleicht
ist der Mensch in der Mitte des 21. Jahrhunderts in der Lage einen direkten psychischen
Zugang zur Matrix zu ermöglichen, und zwar mittels eines «Matrix-Metaphorischen
Cybernetischen Interface» . Die Informations-Technologie (IT) ermöglicht es den Menschen dann auf die Matrix zuzugreifen. Stellt doch die Matrix eine informations-elektronische Analogwelt dar. Talentsoft sind Chips, auf dem Programme enthalten sind, die sich der Benutzer zu Eigen machen kann. Ein Beispiel für ein gebräuch- liches Talentsoft ist der Sprachchip, der die Fähigkeit verleiht, eine Fremd- sprache so zu benutzen, als sei sie seine Mutter- sprache. Eine Datenbuchse ist eine universelle Form der Chipbuchse und ermöglicht nicht nur Input, sondern auch Output. Ohne implantierte Datenbuchse ist der Zugang zur Matrix unmöglich. Die Bodyware ist der Sammelbegriff für alle körperlichen Verbesserungen. Die Computergestützen Waffensysteme werden immer stärker und präziser. Die einzige effektive Abwehr gegen so eine Waffe kann im Grunde nur wieder so eine Waffe sein. Um in der Forschung einen Schritt weiterzugehen, wird die Möglichkeit untersucht, einem Waffensystem eine Art «sechsten Sinn» zu geben....... |
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Die Angst, vor der Zukunft ist der
sicherste Weg, sie nicht zu gewinnen. Die Zukunft kommt ja nicht einfach auf uns zu. Wir
müssen sie nach unseren eigenen Vorstellung gestalten. Es ist jedoch nicht gesagt, dass
es besser wird, wenn es anders wird. Das Alte kennt auf die Frage, ob es nicht ein wenig rücken könnte, um dem Neuen Platz zu machen, lediglich eine Antwort: "nur über meine Leiche". Wohl deshalb definierte Joseph Schumpeter Innovation als schöpferische Zerstörung. Das Neue lässt sich jedoch nicht erzwingen; Nachdenken, ruhiges Experimentieren, Versuch und Irrtum sind die Weggefährten der Forschung. Albert Einstein merkte an: "Wenn man jedoch die Forschung nur den Ingenieuren überlässt, hätte man perfekt funktionierende Petroleumlampen, aber keinen elektri- schen Strom" Grundlage einer jeden Innnovation kann also nur sein, menschliches Wissen und Können durch wissenschaftliche Forschung und technische Entwicklung zu vermehren. Unser hoher Lebensstandard basiert auf den wissenschaftlich- technischen Innovationsleistungen früherer Generationen. Wollen wir einen hohen Standard für uns und besonders für unsere Kinder beibehalten, müssen wir uns wieder einen Vorsprung erarbeiten. |
| Mitteilsame Nerenzellen Hundert Milliarden Nervenzellen birgt das Nervensystem des Menschen -schätzungsweise- es können auch ein paar mehr sein. Und die einzelnen Nervenzellen können jeweils mit Tausenden von Nachbarn Kontakt aufnehmen. Aus kleinen Membranbläschen, den Speichervesikeln, werden dabei spezielle Botenstelle freigesetzt, die das Verhalten der Nachbarzelle beeinflussen. Die Fähigkeit der Nervenzellen, Informationen zu sammeln und zu verarbeiten - bis hin zu komplexen Gehirnfunktionen wie Lernen und Gedächtnis - beruhen auf molekularen Prozessen. Was sich dabei auf molekularer Ebene abspielt, das gilt es im Detail zu analysieren.  An den reich verzweigten Auswüchsen einer Nervenzelle (blau) sind Kontaktstellen mit anderen Nervenzellen erkennbar (rot) Quelle: Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie (Karl-Friedrich-Bonhoeffer-Institut) Göttingen |
Vom Ei zum Organismus Ob Herz oder Hirn, Leber oder Lunge - alle Zellen in unserem Körper stammen letztlich von einer einzigen ab. Wie aber gelingt es der Eizelle, so vielfältige Nachkommen hervorzubringen? Und wie formieren sich die Zellen im Embryo zu komplexen Organen, die zuverlässig zusammenarbeiten? Diese rätselhaften Prozesse werden auf molekularer Ebene erkundet, bei Fliegen ebenso wie bei Fischen und Hühnern, Kaninchen und Mäusen. So verschiedenartig diese Organismen anmuten, während der Embryonalentwicklung greifen sie auf recht ähnliche genetische Programme zurück. Folglich erlaubt die Menagerie den Forschern auch Rückschlüsse auf den frühesten Lebensabschnitt des Menschen. Biochemische Kinetik |
| Massarbeit in gigantischer Entfernung Cassini ist eine Mission der Superlative. Eines der grössten und schwersten
Orbiter, das jemals gebaut wurde, fliegt dreineinhalb Milliarden Kilometer durch das All.
Ausgeklügelte Manöver beschleunigen das Raumschiff in einem kosmischen Billarspiel und
führen es exakt dorthin, wo die Planetenforscher noch viele Geheimnisse lüften wollen:
zum Planeten Saturn und seinen Monde, in die fernen Regionen unseres Sonensystems. |
Herausforderung Nummer eins ist die
Beschleunigung des Raumschiffs. Denn Cassini, mit allen Instrumenten und Treibstoff
beladen, ist ungeheuer schwer. Beim Start 1997 wog das Raumschiff fast sechs Tonnen. Es
gab keine Chance, dieses Gewicht auf einen direkten Weg zum Saturn zu bringen. Um es
dennoch mit dem nötigen Schwung für den langen Flug durchs All auszustatten, haben die
Ingenieure eine Toure ausgeklügelt, auf der das Raumschiff durch Vorbeiflüge an Planeten
des inneren Sonnensystems immer wieder Schwung holt. Durch seine nahen Passagen an der Venus, der Erde und schliesslich dem Jupiter wurde das Raumschiff beschleunigt, um den weiten Weg in weniger als sieben Jahren zu bbewältigen. Doch am Ende der Reise war Cassini dann zu schnell, um direkt auf eine Saturn-Umlaufbahn einschwenken zu können. Also steuerte man im Sommer 2004 das raumschiff mit der Antenne voraus, als Schutzschild vor Staubteilchen, durch eine Lücke der Saturnringe. Programmgemäss drehte es sich dann um 180 Grad und bremste mit dem Triebwert voraus anderthalb Stunden lang so stark ab, dass die Schwerkraft des Planeten Cassini auf eine elliptische Umlaufbahn ziehen konnte. Dieses Manöver zum Einbremsen Cassinis in einen Saturnorbit war in seiner Kühnheit, aber auch in der Präsision, mit der es ablief einmalig.
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| Das Bodenkontrollteam am Jet Propulsion
Laboratory der NASA in Pasadena (Kalifornien) erfuhr von dem erfolreichen Manöver erst,
als es längst abgeschlossen war, nämlich 84 Minuten später, so lange benötigt das
Funksingnal von Cassine für eine einfache Strecke zur Erde. Quelle: DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt |
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Einmal Weltall und zurück Microsoft Co-Gründer Paul Allen finanziert die Entwicklung des SpaceShip-One. Am 21. Juni 2004 hat SpaceShipOne als erste privat finanzierte Rakete eine Flughöhe von 100 km erreicht. Kunden, die für einen Preis von 5.000 oder 1,1 Millionen Dollar zahlen, können auf einem ballistischen Flug in einem Raumfahrzeug in den Weltraum gelangen.
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| (100 Kilometer Apogeehöhe); einige Minuten
Schwerelosigkeift erfahren. Den Weltraum zu betrachten ist ein Genuss, da die Sterne viel
klarer und heller ohne die Atmosphäre dazwischen erscheinen. Interessenten sind bereits gefunden. Obwohl noch keine verbindlichen Starttermine festgelegt wurden, sind bei der grössten Reiseagentur für Weltraumtourismus bereits 25 Tickets für suborbitale Flüge zu 100.000 Dollar vollständig bezahlt und 130 suborbitale Flüge zu 6.000 Dollar sind angezahlt. Interessenten sind bereits gefunden. Obwohl noch keine verbindlichen Starttermine festgelegt wurden, sind bei der grössten Reiseagentur für Weltraumtourismus bereits 25 Tickets für suborbitale Flüge zu 100.000 Dollar vollständig bezahlt und 130 suborbitale Flüge zu 6.000 Dollar angezahlt. Quelle: Humboldt Kosmos Magazin |
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| BiotechnologieBiotechnologie wurde von Menschen bereits vor ca. 6.000 Jahren betrieben. Ohne die zu Grunde liegenden biologischen Abläufe zu kennen, verwendeten zu dieser Zeit die Bewohner des Zweistromlandes bereits Mikroorganismen zur Herstellung von Bier und einem dem Wein ähnlichen Getränk. In späterer Zeit lernte man, mit Hilfe von Hefen Sauerteig herzustellen und Milchsäurebakterien zu verwenden, um Milch in Käse oder Joghurt umzuwandeln und dadurch haltbarer zu machen. Aber erst im 19. Jahrhundert erkannten Wis-senschaftler wie Louis Pasteur mit Hilfe der Mikroskopie und der Biochemie, dass Mikroor-ganismen für eine Vielzahl von Stoffumwandlungen verantwortlich sind, die der Mensch seit Jahrtausenden nutzt. Der Begriff „Biotechnologie" wurde 1919 von dem ungarischen Ingenieur Karl Ereky geprägt und als Summe aller Ver fahren definiert, mit denen Produkte aus Rohstoffen unter Zuhilfenahme von Mikroorganismen erzeugt werden. Die moderne Biotechnologie nutzt sowohl Mikroben als auch höhere Organismen und deren Bestandteile unter Einbeziehung von Erkenntnissen und Methoden aus der Chemie, Physik und Fertigungstechnik. Als Bestandteile von Organismen besitzen speziell die Enzyme – also Eiweißstoffe, die chemische Reaktionen in der Zelle katalysieren – in der Biotechnologie einen hohen Stellenwert. Als eine sanfte Technologie hat die Biotechnologie u. a. in den Bereichen Medikamentenherstellung, Naturstoff- produktion, Lebensmittelverarbeitung oder Abluft-, Abwasserreinigung und Bodensanierung herkömmliche chemische und physikalische Prozesse erfolgreich ersetzt und Ver fahren ermöglicht, die mit geringerem Rohstoff- und Energieaufwand bei deutlich verminderter Umweltbelastung stattfinden. Aber auch in der Grundlagenforschung sind die Methoden zur Kultur von Zellen und Geweben im Labor vorwiegend den Fortschritten in der Biotechnologie zu verdanken. | Heilen mit neuen
Arzneimitteln In Deutschland sind heute rund 60 Medikamente mit 42 gentechnisch hergestellten Wirkstoffen zugelassen. Langfristig werden 20 - 25 % aller zukünftigen Pharma-Wirkstoffe gentechnisch produziert. Das Wachstumshormon aus der menschlichen Hirnanhangdrüse (Hypophyse) reguliert das Längenwachstum. Rund eines von 2.500 Kindern leidet aufgrund mangelnder oder fehlender Bildung des Hormons an Zwergwuchs. Früher wurde das Wachstumshormon aus Hypophysen von Leichen in unzureichender Menge und mit dem Risiko der Verunreinigung durch den Erreger der BSE-ähnlichen Creutz-feld-Jakob-Krankheit gewonnen. Heute produzieren gentechnisch veränderte Bakterien das wertvolle Hormon als sicheres Medikament in ausreichender Menge. In Stahlkesseln (Fermentern) kultivierte Bakterien produzieren menschliches Wachstumshormon. |
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Im Genom zwischen den Zeilen lesen Zu den neuesten Erkenntnissen in der Genomforschung zählt das Wissen um die genauere Herkunft großer Bestandteile des menschlichen Erbguts. So stammen mindestens acht Prozent des Genoms aus Viren: Ihr Erbgut steuert seit Millionen Jahren im Körper mit - ein Schritt weiter beim Verständnis von Krebs und Aids. Am Institut für Molekulare Virologie beschäftigen sich Wissen- schaftler mit Teilen dieser einstigen Parasiten,die im Genom wichtige Steuerungsfunktionen übernommen haben. Diese Untersuchungen können auch wertvolle Hinweise darauf liefern, wie andere Viren, beispielsweise der Aids-Erreger HIV, sich in manchen Zellen verstecken. |
 Bild: T. Bauer - Neurochirurgische Klinik Mainz |
| Endoskopie in der Neurochirurgie: Über ein so
genanntes modulares Trokarsystem kann der Neurochirug endoskopisch minimalinvasive
Operationen durchführen. Durch den Arbeitskanal des Trokars können chirurgische
Instrumente wie Mikroscheren und Mikrozangen in den Körper vorgeschoben werden. (Trokare: Instrument zur Punktion oder Eröffnung einer Körperhöhle) Neurochirurgische Klinik und Poliklinik Mainz |
Bei der Aufklärung der
molekularen Grundlagen von Erkrankungen gehen die beiden unterschiedlichen Disziplinen,
Medizin und Biowissenschaften ,immer stärker aufeinander zu, birgt doch das molekulare
Wissen neue wirkungsvolle Ansätze für die Diagnose, Prävention und individuelle
Therapie. Zunehmend
bearbeiten Wissenschaftler aus den beiden Gebieten gemeinsam Forschungsprojekte. Die
Genomforschung spielt bei diesem Annäherungsprozess eine entscheidende Rolle. |
Bei vielen Erkrankungen, von denen weite Kreise der Bevölkerung in den Industrienationen betroffen sind und die wir gemeinhin als Volkskrankheiten bezeichnen, also beispielsweise Krebs oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen, wirken mehrere Gene, Schadstof fe aus der Umwelt sowie individuelle Lebensgewohnheiten zusammen. Diese Erkran kungen werden deshalb als polygen und multifaktoriell oder auch als komplexe Krankheiten bezeichnet. Für diese Krankheiten sind die zugrunde liegenden vielfältigen molekularen Veränderungen im Netzwerk der Zelle noch weitgehend unbekannt. |
 Implantierbare Mikroelektrode: Bestehen aus flexiblem durchsichtigem Polymid mit 278 Löchern und 19 Siebelektroden sowie drei Stegen für die Befestigung im Gewebe. Ein Steg dient als Verbindungsstrang zu externen Stimulation. |
Nervenzellen und Chip wachsen
zusammen Schlüsselbausteine der Implantate sind Siebelektroden, die in eine Mikrostruktur aus dem Kunststoff Polyimid eingebettet sind. Forscher lassen in Kulturschalen die Fortsätze von Nerven «Axone» von Ratten-Rückenmarksnervenzellen durch die Löcher des Mikroimplantats spriessen. Bei den Versuchen die Forscher herausgefunden, wie man erreicht, dass besonders viele und besonders lange «Axone» wachsen: Auf der anderen Seite der Siebelektroden müssen sich bestimmte Zellen des Nervenhüll- und -stützgewebes "Schwannsche Zellen" befinden. Diese senden Wachstumsfaktoren aus und locken die Nervenfortsätze damit gleichsam an. |
| Mit
leichter Hand Eine neuartige Prothese soll Behinderte besser zugreifen lassen. Etwa ein Drittel der Besitzer einer Handprothese tragen diese nicht regelmäßig. Denn die Prothesen sind recht schwer und ermüden deshalb den Träger. Außerdem erlauben sie in der Regel nur einen Griff: Dabei bewegt sich der Daumen einerseits und Zeige- und Mittelfinger andererseits wie die zwei Schenkel einer Zange aufeinander zu.
Links: Flexibler Greifer für Schwerstbehinderte:
"GRIP" |
Wissenschaftler sinnen auf Abhilfe und wollen in den nächsten Jahren eine neuartige Prothese entwickeln. Einen Prototyp ist schon gebaut. Gleichsam das Skelett dieser künstlichen Hand besteht aus kleinen Kammern Fachjargon: Fluidaktoren, in die jeweils über einen Steuerkanal eine Flüssigkeit oder ein Gas hinein- oder herausgepumpt wird. Die Kammern, deren Wände zum Beispiel aus Kunststoff-Folien bestehen, verändern daraufhin ihre Größe. Diese dreidimensionale Verformung wird dann in eine mechanische Bewegung umgesetzt. Die Vorteile dieser Konstruktion liegen auf der Hand: Sie gestattet den Bau extrem leichter Prothesen, die in Aussehen und Form natürlich wirken. Noch lässt das Karlsruher Labormodell nur einen einzigen Griff zu, doch mit dem neuen fluidischen Prinzip sind verhältnismäßig einfach Prothesen zu bauen, mit denen Behinderte auf verschiedene Weisen zupacken können. Durch die Beweglichkeit jedes einzelnen Fingergelenks passt sich die neue Kunsthand wie ihr natürliches Vorbild an den Gegenstand an, der gegriffen wird. So verteilen sich die Kräfte gleichmäßig um das Objekt und halten es sicher. Deshalb ist es gar nicht erforderlich, dass die Kunsthand so kraftvoll zugreift wie konventionelle Prothesen. "Im übrigen braucht man für die meisten Griffe im Alltag (ein Trinkglas halten, einen Türgriff herunterdrücken, einen Kamm umfassen) nicht viel Kraft".Auf dem Weg vom Prototypen zur verkaufsfähigen Handprothese wollen die Wissenschaftler verschiedene Modelle entwerfen, die dann von Patienten und Ärzten beurteilt werden sollen. Gleichzeitig suchen die Forscher nach dem möglichst idealen Material für die Fluidaktoren und arbeiten an der Verkleinerung von Pumpen und Ventilen, die zum Füllen der Kammern nötig sind und die in der Handfläche untergebracht werden sollen. |
 Cyborgs sind Mischwesen aus Mensch und Maschine. Heute können lebende Zellen mit elektronischen Bauteilen kombiniert werden. Damit Nervenzellen mit Halbleiterelemente zusammenarbeiten, werden mit aufgestempelten Kontaktpunkten für die Zellen und Linien, die Nervenfasern den Weg weisen, bauen die Forscher am SIG-2 kleine Netzwerke aus Hirnzellen von Ratten. Um in diesem Geflecht auszumachen, welches "Nervenkabel" zu welcher Zelle gehört, färben die Forscher die Zellen mit unsterschiedlichen Farbstoffen an. Künftig wollen die Forscher ein ganzes Netz von Nerven- zellen so mit winzigen Transistoren koppeln, dass jeder Zelle genau ein solches elektronisches Bauteil zugeordnet ist. Dann liessen sich die einzelnen Zellen gezielt elektrische stimulieren und gleichzeigtig messen, wie jedes Element das Netzwerk auf diesen Reiz reagiert. |
Elektronische Bauteile im Körper,
die Blinde wieder sehen lassen oder bei Querschnitts- gelämten durchtrennte Rückenmarkfaser überbrücken, lebende Nervenzellen in Computern, die den Rechnern neue kombinatorische Fähigkeiten verleihen. Verbindungen von Biologie und Elektronik hat bereits begonnen. Z.B. in den Labors, für Schichten und Gernzflächen (ISG-2) des Forschungszentrums Jülich. Hier lassen Wissenschaftler auf Mikrochips Zellen wachsen unm mit elektronischen Bauteilen zusammen- zuarbeiten. Herzmuskelzellen oder Nervenzel- len. Damit die Kontaktaufnahme von Zellen und Mikroelektronik klappt, ist es notwendig, dass sich die Zellen an genau festgelegten Stellen auf dem Chip festsetzen. Damit die Zellen wissen, wo sie anwachsen sollen, wird ein entsprechendes Muster aus Eiweissen und Wachstumsfaktoren auf die Siliziumoberfläche gestempelt. Dort und nur dort siedeln sich die Zellen an und Nervenzellen bleiben mit ihren Fortsätzen genau auf den vorgeschriebenen Bahnen. Auf diese Weise entsteht auf dem Chipein lebendiges Muster nach den Vorstellungen der Forscher. |
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FUSION ENERGIE
FÜR DIE ZUKUNFT Unsere moderne Gesellschaft benötigt stets verfügbare Energie. Wir verwenden Energie überall: für Transport, Heizung, Beleuchtung, industrielle und landwirtschaftliche Produktion. Gegenwärtig wird der grösste Teil dieser Energie durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Erdöl und Erdgas) gewonnen; ein weiterer Teil stammt aus Kernkraftwerken und eine geringere Menge aus erneuerbaren Energiequelle (Wasserkraft, Biomasse, Sonne, Wind). Der ITER wird der nächste Schritt hin zu sicherer und nachhaltiger Fusionsenergie sein. Er soll eine Fusionsleistung von 500 MW für eine Dauer von zu- nächst bis zu zehn Minuten erzeugen und für den stationären Betrieb geeignet sein. Damit soll er die wissenschaftliche und technische Machbarkeit der Fusion in einer Anlage mit Kraftwerksdimmension demonstrieren. |
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Die Fusionsenergie könnte in der zweiten Hälfte des
Jahrhunderts zur emissionslosen Erzeugung von Grundlastsstrom in grosstechnischen Massstab
beitragen. Die Fortschritte bei der Fusionsener- gieforschung rechtfertigen weiterhin
intensive Anstrengungen zur Verwirklichung des langfristigen Ziels eines
Fusionskraftwerks." Die Ergebnisse des ITER werden die Grundlage für den Bau eines ersten Kraftwerks bilden, das signifikante Elektrizitätsmengen erzeugen und den sicheren und zuverlässigen Betrieb eines Fusionskraftwerks demonstrieren soll. Ab der Mitte des 21. Jahrhunderts könnte die Fusion einen wichtigen Beitrag zur Energieerzeugung weltweit werden. |
Hochenergiephysik ist Triebfeder für "GRID-COMPUTING" Vorangetrieben wird die Entwicklung des Grid-Computing vor allem von der Wissenschaft, um grundlegende Fragen der Physik auf einem neuen Niveau angehen zu können. Noch immer ist es eine ungelöste Frage, was sich beim Krkann und während der ersten Milliardstel Sekunde danch abgespielt hat. Weltweit suchen etwa 8000 Hochenergie- und Elementarteilchenphysiker nach der Antwort auf die Frage. Sie versuchen, mit gigantisch grossen Teilchenbeschleunigern den Zustand der Materie während und kurz nach dem Urknall experimentell nachzubilden. Dazu werden in mehreren Ländern gewaltig grose Elemen- tarteilchenbeschleuniger gebaut und betrieben. Die welweit grösste dieser Anlagen, der "Large Hadron Collider - LHC" wird zurzeit im Europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf gebaut. Andere bedeutende Beschleuniger werden zum Beispiel im Fermi-Laboratorium in der Nähe von Chicago, in Standford in Kalifornien und am Helholtz-Zentrum DESY (Deutsches-Elektronen- Synchrotron) in Hamburg betrieben. Für die Auswertung der aus den Beschleuni- gerexperimenten gewonnen Daten werden anschliessend gewaltige Comupertkapazitäten benötigt, allein für die Untersuchung der am CERN-Experiment LHC entstehenden Daten wurde ein Bedarf von etwa 100.000 heutigen Pentim-PCs ermittelt. Dimensionen: 1 Petabyte - eine 1 mit 15 Nullen - In den grossen Elementarteilchenbeschleunigern entstehen bis
zu 10 Petabyte Daten pro Jahr. Zehn Petabyte sind eine schier unvorstellbar grosse
Informationsmenge, sie entspricht sämtlichen von der gesamten Menschheit innerhalb eines
ganzen Zahres gesprochenen Wörtern. Wollte man diese Informationen auf CD-ROMs speichern,
entstünde ein Stapel von mehr als zehn Kilometern Höhe! Ein T-DSL-Anschluss mit etwa zehnfacher
Übertragungsgeschwindigkeit verbessert die Situation nicht wesentlich. Für die
Übermittlung eines Petabyte an Daten von einem Computerzentrum an ein anderes brauchte
man immer noch 600 Jahre. |
 GridKa-Rechenzentrum Forschungszentrum Karlsruhe Quelle: Forschungszentrum Karlsruhe |
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Daten speichern
auf kleinstem Raum und in kürzester Zeit Die moderne Elektronik basiert auf Silizium als Funktionsmaterial. Ein Prozessor besteht aus kleinen Transistoren von inzwischen nur 160 Nanometern (Milliardstelmeter) Grösse. Damit Informationen auf kleinstem Raum für längere Zeit konserviert werden können, werden Daten konventionell mit magnetischen Materialien auf Bändern und Festplatten gespeichert. Ähnliches leistet die DVD (Digital Versatile Disc), bei der die Speicherung auf dem Prinzip einer lokalen Phasenumwandlung - amorph und kristallin - beruht. Beide Speichermedien haben jedoch unterschiedlich grosse, charakteristische Strukturbreiten: Bei den Magnetaufzeichnungen sind die Forscher mit realisierbaren 30 Nanometerstreifen dem Ziel, ein Terabit/cm2, also 1000 Gigabytes zu speichern, schon ziemlich hahe gekommen. Eine DVD hingegen speichert acht Gigabytes, also deutlich weniger. Im Vergleich zu den magnetischen Systemen hat die DVD noch weitere Schwächen: Die Schreibgeschwin- digkeit einer DVD ist langsamer und der Energiever- brauch bei der Datenverarbeitung deutlich höher. Durch die Entdeckung des Riesenmagnetwider- standes (Giant Magneto Resistance, kurz: GMT) wurde die magnetische Datenspeicherung revolutioniert. |
| Ein Gedächtnis
für den Computer Der Arbeitsspeicher eines Computer führt den "Familienname" RAM (Random Acces Memory). Mit den z.Zt. üblichen lassen sich bis zu einer Milliarde Einzelinformationen - 1 oder 0 - verwal- ten. Bisher allerdings nur flüchtig. Sobald die Stromversorgung unterbrochen ist, gehen die Informationen verloren. Die Folge: Bei jedem Start müssen das Betriebssystem und die Programme ihre Datensätze neu in den Arbeitsspeicher laden; und das dauert.
In den Spielkonsolen ist bereits ein Speicher (FeRAM), eingebaut, der auf herkömmlicher Siliziumtechnologie basiert, aber ein ferroelektrisches Gedächtnis hat. Es gibt einen wichtigen Grund, warum der Siegeszug der FeRAMs in die Computer der nächsten Generation bislang auf sich warten lässt: Er ver- birgt sich im Mooreschen Gestz. Dieses Gesetz beschreibt, dass sich die Leistungsfähigkeit von Compuern etwa alle 18 Monate verdoppelt. Dieser Trend wird sich in Zukunft auch weiterhin fortset- zen. |
Widerstand mit
Zukunft Im Forschungszentrum Jülich brüten die Forscher über weitere Möglichkeiten nach, dem Computer "auf die Sprünge" zu verhelfen. Eine weitere Variante wäre beispielsweise, die Informationen 1 oder 0 auch anders als nur über Polarisationswerte zu speichern. Ein so genanter forro-resistiver Speicher (FRRAM) besitzt eine elektrische Leitfäigkeit und damit den elektrischen Widerstand. Jetzt bedeuten 1 oder 0 nicht zwei Polarisationswerte, sondern zwei verschiedene Widerstandswerte: Wenn die Information abgefragt wird, bleibt sie trotzdem gespeichert und muss nicht ständig erneuert werden. Dieser Speicher würde sein Gedächtnis also nicht nur behalten, wenn der Computer ausgeschaftet wird, sondern bräcuhte auch für einen einmal gespreicherten Wert keine ständige "Erfrischung", wenn damit gearbeitet wird. Vielleicht sind die FRRAMs die Speicher der Zukunft. Warten wir es einfach einmal ab.
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| Vision: Strom für alle aus der
Sahara Solarthermische Kraftwerke stehen in Europa kurz vor der Markteinführung. Auch wenn Solarkraftwerke nur in den sonnenreichen Landschrichen der Erde sinnvoll sind - ihr Potenzial ist gehöring. Sie könnten den weltweiten Stromverbrauch decken; dazu müssten auf lediglich einem Prozent der Fläche der Sahara Parabolrinnenkollektoren (Bild: unten) oder Heliostate stehen. Wissenschaftler und Ingenieure aus Europa haben ihre Visitenkarten bereits vorgelegt. Einsames, karges Wüstenland wäre dann kein verlorenes Land mehr.
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Solarzellen wandeln Sonnenlicht
ohne mechanische, thermische oder chemische Zwischenschritte in elektrischen Strom um.
Herzstück jeder Solarzelle ist ein Halbleiter, meist Silizium. Solarzellen beruhen auf
dem fotovoltaischen Effekt: Bei bestimmten übereinander angeordneten Halbleiter-
schichten entstehen unter dem Einfluss von Licht (Photonen) freie positive und negative
Ladungen, die durch ein elektrisches Feld etrennt und als Elektronen über einen
elektrischen Leiter abfließen können. Der so entstehende Gleichstrom kann direkt zum
Betrieb elektrischer Geräte enutzt oder in Batterien espeichert werden. Er kann auch in
Wechselstrom umgewandelt und in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Von
Milliwatt bis Megawatt |
 © EADS |
Strom aus dem Weltall: Solarkollektoren erzeugen elektrische Energie aus Sonnenlicht. Um den Anteil von Solarstrom am globalen Energieverbrauch zu erhöhen, müsste die bestrahlte Fläche vervielfacht oder intensiver bestrahlt werden: Kraftwerke im Weltall sammeln das Sonnenlicht und senden es als Laserstrahl zur Erde. Die bestehenden Kollektorflächen können so weitaus effektiver genutzt werden. |
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Damit unsere Energieversorgung
nachhaltig wird, muss sie eine anze Reihe von Eigenschaften aufweisen:
Klimaverträglichkeit, Ressourcen- schonung, Risikoarmut, Sozialverträglichkeit und
gesellschaftliche Akzeptanz. Gleichzeitig soll sie neue Innovationsimpulse vermitteln und
zur Schaffung zukunftsträchtiger Arbeitsplätze beitragen. In zahlreichen weltweiten und
regionalen Analysen wird den erneuerbaren Energien zugetraut, diese Forderungen erfüllen
zu können. Entsprechende globale und nationale Zukunftsentwürfe weisen re- gelmäßig
deutlich wachsende Anteile erneuerbarer Ener ien an der Energieversorgung der nächsten
Jahrzehnte aus. Es zeigt sich immer deutlicher,dass der beschleunigte Ausbau erneuerbarer
Energien eine notwendige Voraussetzung für eine nachhaltige Energiezukunft ist. Wind
wird von alters her vom Menschen genutzt. Der Handel über die Weltmeere wurde vor
Erfindung der Dampfmaschine ausschließlich mit Segelschiffen durchgeführt. Windräder
trieben Wasserpumpen zur Be- oder Entwässerung an, und Windmühlen mahlten das Korn. Es
wird berichtet,dass noch um die Jahrhundertwende 30.000 Windmühlen allein in
Norddeutschland standen. Erst als Elektrizität überall in Deutschland ausreichend und
billig zur Verfügung stand, verschwanden die Windmühlen aus dem Alltagsbild. |
 Weltraumhotel
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Weltraumurlaub, warum nicht? "Einen Blick in die Zukunft" zu werfen, davon träumt die
Menschheit. Genauso beschäftigen sich Wis- senschaftler und Zukunftsforscher
ernsthaft und seriös mit diesem Thema. Als Gründe für Weltraumurlaub werden genannt:
Die ersten Weltraum-Reisenden gab es schon: |
Literatur:
DLR "Nachrichten"
Helmholtz Gemeinschaft (Jahresheft 2005)
BMBF "Mikrosysteme"
BMBF "Raumfahrt in Deutschland"
BMBF "Schritte in die Zukunft"
BMBF "Science live"
Forschungszentrum Karlsruhe "Grid-Computing"
Forschungszentrum Karlsruhe "Mit leichter Hand"
Forschungszentrum Jülich "Jahresbericht 2003"
GSF "Vom Schlüssel zur Funktion"
Humboldt "Kosmos Magazin"
Leibniz-Gemeinschaft - Jahrbuch 2003
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie
(Karl-Friedrich-Bonhoeffer-Institut) Göttingen
Max-Planck-Gesellschaft "Forschungsperspektiven 2005"
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EVOLUTION Homo sapiens ein Chaot oder doch lernfähig?
Der Kosmos
VULKANE
Infos über Ganztagsschulen |
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Diagnose: KREBS bei Kindern |
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Drogen sind verlogen denn ohne Ziel gibt es keinen Weg |
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Alles Nano oder was? Aktuelles aus der Forschung |
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Vom Affen
Die Brückenbauer - Forschung Die Natur als Ingenieur (Bionik) |
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DER QUERDENKER Albert Einstein |
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