Ein heißes Pflaster
Das sind brandneue Straßenabschnitte alle mal. Ohne Hitze geht nichts. Das Bitumen, welches das Gestein im Asphalt zusammenhält, lässt sich nunmal nur bei sehr hohen Temperaturen bearbeiten. Das bedeutet zwangsläufig einen hohen Energieaufwand und sehr anstrengende Arbeitsbedingungen.

Gussasphalt (links) und Walzasphalt (rechts). Quelle: http://www.tuwien.ac.at/aktuelles

Die TU Wien forscht indessen an umweltfreundlicheren Gussasphaltmischungen. Diese sollen bereits bei im Vergleich niedrigeren Temperaturen dieselbe Qualität wie derzeit gängige Mischungen aufweisen. Derzeit wird in Österreich etwa die Jahres-Energieleistung eines mittelgroßen Flusskraftwerkes für die jährliche Produktion von Asphalt verwendet. Im Straßenbau selbst wird meist Walzasphalt verwendet, da schwere Maschinen diesen verdichten können. Oftmals können diese jedoch nicht eingesetzt werden – etwa bei Brücken oder engen Innenstadtbaustellen. Somit wird auf Gussasphalt zurückgegriffen, der nicht mehr verdichtet werden muss.

“Bei Walzasphalt hat es sich bewährt der Mischung etwas Wachs beizufügen”, erklärt Bernhard Hofko vom Institut für Verkehrswissenschaft der TU Wien. “Unterhalb einer kritischen Temperatur kristallisiert das Wachs aus, dann wirkt es sogar eher versteifend und verringert die Anfälligkeit des Asphalts der Spurrinnenbildung, führt Hofko weiter aus. Derzeit werden an der TU Wien Experimente zu verschiedenen Asphaltmischungen durchgeführt. Neben Belastungstests wird etwa auch das Verhalten bei unterschiedlichen Temperaturen eruiert.

Förderpreis für besseren Asphalt
Bislang zeigen die Experimente, dass Wachs auch bei Gussasphalt positive Auswirkungen hat. Das Potential der umweltfreundlichen Mischung hat auch die Wiener Wirtschaftskammer erkannt, die das Projekt mit einem Förderpreis unterstützt. In den nächsten Monaten wird sich nun zeigen, welche Rezeptur tatsächlich die beste ist. Das Ziel ist klar – umweltfreundlicher Gussasphalt, der den Energieverbrauch wie auch den CO2-Ausstoß senkt.

 

Es klingt eigenartig
Aber Forscher der Technischen Universität Wien (TU) haben es geschafft und sind dem Ziel mithilfe neuer Baukonstruktionen bislang kostenintensive Konstruktionen obsolet zu machen einen großen Schritt näher gekommen. Grundsätzlich sind doppelt gekrümmte Schalen sehr widerstandsfähig, um den Beton jedoch in die gewünschte Form zu bringen, waren bisher aufwendige Stützkonstruktionen aus Holz notwendig. Die “Pneumatic Wedge Methode” stellt sich als neuartige und um einiges simplere Methode dar.

Luftkissen und Stahlseil sorgen dafür, dass sich der Beton hebt. Quelle: http://science.apa.at

Pneumatic Wedge Method
Bei diesem neuen Bauverfahren wird die Betonplatte flach am Boden gegossen und vollkommen ausgehärtet. Darunter liegt jedoch ein Luftpolster, das aufgeblasen wird. Das Luftkissen selbst besitzt eine spezielle Folie, wobei im Zuge des langsamen Aufblasens gleichzeitig ein außen um die Betonplatte verlaufendes Stahlseil gespannt wird, das den Beton zusammenzieht, während sich die Schale sozusagen langsam hebt. Derart krümmt sich der Beton innerhalb einiger Stunden zu einer stabilen Schale. Um Überschneidungen zu unterbinden sind übrigens bereits im Vorfeld keilförmige Stücke ausgespart worden. Man kann sich das in etwa so verbildlichen, als ob man eine Orangenschale aufschneidet und flach auf den Tisch ausbreitet.

So sieht es aus, wenn sich eine Betonkuppel langsam erhebt: Video

Während sich die Betonplatte allmählich in Form biegt, entstehen unzählige kleine Risse. Allerdings beeinträchtigen diese die Stabilität der Form nicht wie die Wissenschaftler betonen. “Man kennt das ja von alten Steinbögen, wenn die Form stimmt, hält jeder Stein den anderen fest”, erklärt Johann Kollegger vom Institut für Tragkonstruktionen. Im Moment liegt die maximale Spannweite 50 Meter, allerdings wird bereits an komplexeren Formen gefeilt. Jedoch reduzieren sich die Kosten mit der neuen Methode im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren bereits um die Hälfte.

 

Härtungsvorgänge im Fokus. Quelle: www.tuwien.ac.at

Der Gang zum Zahnarzt
Für manche kein Problem, für andere beinahe wie ein Gang zum Henker. Die Angst vor Schmerzen oder komplizierten Eingriffen entsteht meist als Kind, wenn nach Verletzungen beim Spielen Zahnunfälle ausgebessert oder der ganz normale Karies ohne Spritze und mit unangenehmen Schmerzen behandelt wird. Hat sich Karies eingenistet, muss dieser beseitigt werden, damit nicht noch tiefere Löcher “gefressen” werden.

In vielen Fällen sind dunkle Flecken – die bekannte Amalgamfüllung – Zeuge von zu wenig Achtsamkeit beim Putzen. Mittlerweile bevorzugen immer mehr Personen weiße Kunststofffüllungen, die praktisch unsichtbar im Zahn verschwinden.

Nach dem Einpassen wird die Füllung mit Licht ausgehärtet. Bislang konnte das Licht allerdings nur in beschränktem Maße in das Material eindringen, wodurch ein schichtenweißes Auftragen der Füllung notwendig ist.

Neuentwickeltes Zahnfüllungs-Material härtet schneller aus
Die TU Wien und die Firma Ivoclar Vivadent konnten nun einen neuen Mix einer Kunststofffüllung entwickeln, die eine Germanium-basierte Verbindung aufweist und deutlich besser auf die Bestrahlung mit Licht reagiert. “Meist verwendet man heute Licht in der Grenzregion zwischen ultraviolettem und sichtbarem Licht”, erklärt Robert Liska, Professor am Institut für Angewandte Synthesechemie der TU Wien. Mit der neuen Materialformel konnte die Durchhärtungstiefe von 2 auf 4mm gesteigert werden.
Uns freut diese Entwicklung – wenn auch niemand gern eine Plombe bekommt, aber je kürzer man beim Zahnarzt verbleiben muss, desto besser ;-)

 

Jährlich sterben Zigtausende Menschen an Hunger bedingt durch Dürrekatastrophen. Hilfsorganisationen versuchen zwar zu helfen, doch meist rollt die Hilfe erst an, wenn der Hunger bereits seit geraumer Zeit herrscht. Wenn Maßnahmen bereits getroffen werden könnten, bevor die Dürre ins Land zieht, wäre ein große Schritt getan. Genau daran arbeitet die TU Wien.
Für Wetterprognosen werden Satellitendaten herangezogen, welche aufzeigen wo sich Regenwolken befinden. Die Gleichung kein Regen = Dürre funktioniert allerdings nicht. Damit es wirklich zu einer Dürre kommt, müssen weitere Faktoren eintreten. Markus Enenkel erklärt: “Nicht jedes Niederschlagsdefizit führt zu Problemen. Die Frage ist: Wann und wie wirkt sich Trockenheit auf die Vegetation aus und welche Bedeutung hat das für die Nahrungsversorgung?”

Dürren rechtzeitig vorhersagen, © TU Wien / Tomaso Castalazo

Die Bodenfeuchte stellt einen wichtigen Faktor dar. So arbeitet die Forschungsgruppe für Fernerkundung an der TU Wien seit Jahren an Bodenfeuchte-Messungen, wobei sich die Bodenfeuchte anhand von Daten aus Mikrowellen-Abtastungen der Erdoberfläche berechnet lässt. Allerdings sind zur Erfassung der Gesamtsituation zusätzliche Fragen wie beispielsweise jene zur Situation der künstlichen Bewässerung oder des Zugangs zu natürlichen Wasserquellen zu klären.

In Kooperation mit Hilfsorganisationen wurde schließlich eine App entwickelt, mit der in gefährdeten Gebieten essentielle Daten gesammelt werden können. Indem neben Informationen zu Niederschlag und Temperatur ebenso Daten zur Vegetation, Bodenfeuchte wie auch sozialen und ökonomischen Beobachtungen eingetragen werden, zeichnet sich in Kombination mit den Satellitendaten ein viel genaueres Bild zur Lage. Dürre- und in Folge Hungerkatastrophen sollen so besser verstanden und in Folge prognostiziert werden können.

Die Space App Challenge der FFG, des BMVIT und des Space Generation Advisory Councils konnte Markus Enenkel mit der Dürre-App für sich entscheiden.

 

Damit Pflanzen am Feld ideale Voraussetzungen für ein hoffentlich ambitioniertes Wachstum vorfinden, stellen Bauern sicher, dass der Boden ein reichhaltiges Angebot notwendiger Nährstoffe besitzt. Spezielle Düngemittel reichern den Boden an und stillen den Appetit der Flora. Woher wissen Bauern jedoch, ob das Feld eine Düngekur benötigt oder nicht? Bisher bildeten Erfahrung und der grüne Daumen oft die Basis – somit ist in vielen Fällen das Düngen nach dem Pi-mal-Daumen-Prinzip gang und gäbe. Wer es allerdings ganz genau wissen wollte, hat bislang Bodenproben ins Labor geschickt.

Mikrofluidik-Chips für Bodennährstoff-Messungen ©TU Wien

Bloßes Einschätzen bedingt jedoch ebenso zuweilen unnötiges Düngen. Ein Umstand, der sich nicht nur im Portemonnaie bemerkbar macht, sondern auch der Umwelt schadet. Das wichtigste Düngemittel ist Nitrat. “Gerade dieser Stickstoffdünger ist im Boden mobil”, erklärt Martin  Smolka vom Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme der TU Wien. Mit dem Regen wird Nitrat ausgespült oder wandert in tiefere Schichten ab. An der TU Wien wurde nun ein Chip entwickelt, der genau anzeigt, welche Nährstoffe dem Boden fehlen. In Zukunft wird also einfach ein halber Teelöffel Erde mit Wasser vermengt und die Lösung mit einem kleinem Spezial-Chip untersucht.

Zum Untersuchungsverfahren selbst sei hier nur erwähnt, dass sich die elektrische Ladung gelöster chemischer Bestandteile zu Nutze gemacht wird. So kommen die gelösten Stoffe – je nach Art – zu unterschiedlichen Zeitpunkten an einer Kapillare vorbei, an der hohe elektrische Spannung angelegt worden ist. Für den Einsatz in der Agrartechnologie wurde die Vorrichtung speziell adaptiert. So wurde etwa eine neuartige Methode entwickelt, die Probe in die Kapillaren des Chips zu injizieren. Diese Methode funktioniert auch bei Anwendung am Feld zuverlässig und ist auch für Anwender ohne Laborausbildung bedienbar.

Noch wird allerdings an der Benutzerfreundlichkeit gefeilt. „Derzeit braucht man noch ein gutes fachmännisches Auge, um die Daten zuverlässig auswerten zu können“, meint Martin Smolka. „Wir arbeiten daran, das System noch einfacher und alltagstauglicher zu machen.“ Smolka rechnet damit, dass der Chip in den nächsten Jahren kommerziell verfügbar sein wird.

 

Vielleicht schon bald: Solargarage, ©Firma Sunplugged, Quelle: www.tuwien.ac.at

Neue Anwendungsmöglichkeiten für Solarzellen – das soll mit dem EU-Projekt “SolarDesign” gefördert werden. Bislang gestalten sich Solarzellen optisch mehr oder weniger einheitlich – blauschimmernde Platten, die mit weißen Linien durchzogen sind.

“Mit diesen Solarzellen lassen sich allerdings nicht alle Kundenwünsche befriedigen”, erklärt Nadja Adamovic vom Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme der TU Wien. Dass Solarzellen nicht unbedingt auf Dächer beschränkt bleiben müssen, ist seit der Implementierung etwa bei Taschenlampen bekannt. Eine gekonnte Einbindung, die endlich einmal auch den optischen Einheitsbrei durchbricht, bildet beispielsweise die Produktpalette von SolarFidelity, über die wir bereits berichtet haben.

Solar-Jacke gefällig? ©Firma Sunplugged, Quelle: www.tuwien.ac.at

Im Zuge des EU-Projekt “SolarDesign” soll die vielfältige Einbindung verschiedenster Solarzellen vorangetrieben werden. Besonders in Zusammenarbeit mit der Tiroler Firma “Sunplugged” sollen Dünnschicht-Solarzellen in unterschiedlichen Bereichen Einsatz finden. Wichtig ist dabei vor allem, dass die elektrischen, optischen und mechanischen Eigenschaften auf den jeweiligen Anwendungsbereich abgestimmt sind.

Besonders im Falle von Kleidung, die mit flexiblen Solarzellen bestückt wird, spielt die Optik eine große Rolle. Zudem ist bei Installationen im Außenbereich eine gewisse Robustheit gegenüber Feuchtigkeit und stärkeren Temperaturschwankungen gefragt, wie natürlich prinzipiell eine lange Lebensdauer. Letztlich ist das Ziel des ambitionierten Projektes natürlich die Entwicklung konkreter Produkte.
“Wir arbeiten immer wieder mit erfolgreichen Solarzellen-Herstellern zusammen. Dass wir nun allerdings auch noch die Creative Industries in so ein Forschungsprojekt hereinholen, ist etwas ganz Besonderes, damit sind wir auch bei der EU auf große Aufmerksamkeit gestoßen”
, gibt Adamovic stolz zu verstehen. Die Kooperation von elf Firmenpartnern und Forschungseinrichtungen verspricht eine befruchtende Atmosphäre, wobei von österreichischer Seite neben der TU Wien, wie bereits erwähnt, die Photovoltaik-Firma Sunplugged wie auch RHP Technology mitmischen.

 

Mit einer Schmuckkreation der etwas ungewöhnlicheren Art konnte der Wiener Schmuckmacher Thomas Hauser den international bekannten “Red Dot Award” gewinnen. Üblicherweise kreisen in Verbindung mit Schmuck die Gedanken um Gold, Silber, Diamanten, Rubine, Sapphire, Platin, … ach ja, und Beton.

AAA - die ausgezeichnete Ringkollektion. Foto: Thomas Hauser, Atelier Allure

Beton? Ja, Thomas Hauser hat für sein Ring Konzept “AAA” eine spezielle Spritzbetonmischung verwendet, die an der TU Wien entwickelt worden ist. Zusammen mit dem Bauingenieur Johannes Kirnbauer, der Betonmischungen an spezielle technische Anforderungen anpasst, konnte schließlich der Edelbeton kreiert werden, was nicht unbedingt eine einfache Aufgabe war.

“Eine zentrale Herausforderung für uns war es, die Viskosität des Betons richtig einzustellen”, erklärt Johannes Kirnbauer, “Er muss dünnflüssig genug sein, um gut zu fließen, aber zäh genug, damit sich eine ausreichend massive Schicht am Ring festsetzt.”

Edelbeton eignet sich auch für Ohrringe, Foto: Thomas Hauser, Atelier Allure

Mit gewöhnlichem Beton sollte das Schmuckmaterial nicht verwechselt werden und so tauft der kreative Schmuckmacher das Material auch “Edelbeton”. Wer nun trotzdem an klobige, schwere “Schmuckbrocken” denkt, ist weit gefehlt.

“Viele Leute glauben Betonschmuck muss besonders schwer sein, doch das Gegenteil ist der Fall”, schildert Thomas Hauser. Bei selbem Volumen besitzt beispielsweise Gold das siebenfache Gewicht. Auf jeden Fall können sich die Schmuckkreationen mit Edelbeton sehen lassen. “Die Ästhetik von Beton ist wahnsinnig schön, das Material kann viel mehr als man denkt”, schildert der Designer. Beim Herstellungsprozess wird zunächst ein Grundkörper aus Palladium hergestellt, dessen Form mit Beton in verschiedenen Helligkeitstönen ergänzt wird.

 

Quelle: www.derstandard.at

Mit den Jahren zeigt der Körper leider nach und nach immer mehr Grenzen auf. Gewisse Bewegungen fallen schwerer und es werden mehr Ruhepausen benötigt. Ebenso brauchen Heilungsprozesse grundsätzlich einfach länger.

Verständlich, dass gerade in gehobenem Alter verstärkt eine gewisse Angst vor Stürzen herrscht. Besonders, wenn der Sturz in den eigenen vier Wänden passiert und man womöglich für längere Zeit hilflos am Boden liegt und auf Hilfe hofft. Speziell aus diesem Grund leben viele ältere Menschen in Pflegeeinrichtungen, obwohl sie noch in der eigenen Wohnung leben könnten.

Damit bei Notfällen zuhause schnell Hilfe kontaktiert wird, arbeiten Forscher an der Entwicklung eines Pflegeroboters, den sie “Hobbit” getauft haben. Dieser erkennt nicht nur Stürze, sondern weiß auch die notwendigen Maßnahmen in Folge zu treffen. Kommt es zu einem Vorfall, nimmt der Roboter zunächst Kontakt auf und versucht mit der Person zu sprechen. Auf diese Weise sollen Fehlalarme reduziert werden. Weiters kann sich der Roboter im Raum bewegen und so Situationen von verschiedenen Blickwinkeln betrachten und Hindernisse erkennen.

Außerdem wird sich der Hobbit ebenfalls im Alltag nützlich machen können. Senioren wiederum können den Pflegeroboter ansprechen, durch Gesten kommunizieren oder aber über den Touchscreen Eingaben machen. Mithilfe dieser Interaktionsmöglichkeiten soll auch der Charakter einer bloßen “Blechbüchse” gebrochen werden und die Akzeptanz bei älteren Menschen in Folge steigen. Darüber hinaus bietet sich der Pflegeroboter sozusagen als Multitool an, denn es kann mit ihm im Internet gesurft wie auch telefoniert werden. Musik und Videos lassen sich auch abspielen, wobei sich der Hobbit sogar als Spielgefährte eignet. Derzeit kann der Hobbit den Boden bereits von gefährlichen Sturzfallen befreien und etwa Dinge holen, die er kennt. Bis zum fertigen Produkt ist es sicherlich noch ein weiter weg, allerdings arbeiten die Wissenschaftler auch erst seit Oktober vergangenen Jahres an dem Projekt. Trotzdem ist man zuversichtlich, dass der Hobbit in einigen Jahren marktreif ist und dann für etwa €5000 erhältlich sein wird.

 

Feinste Keramik aus dem Drucker, Quelle: science.orf.at

Zur Zeit ist das Thema 3D-Drucker in aller Munde. Während zukünftig wohl auch Flugzeuge gedruckt werden, widmen sich andere Unternehmen ganz anderen Anwendungsbereichen. Ein Beispiel wäre etwa der sogenannte 3D-Doodler von WobbleWorks mit dem sich kreative Gebilde in die Luft zaubern lassen. Wieder einen anderen Weg haben Johannes Homa und Johannes Patzer eingeschlagen. Die beiden Tüftler haben am Institut für Werkstoffwissenschaften an der Technischen Universität Wien jahrelang daran geforscht wie auch Keramikbauteile gedruckt werden können.

Schichten dünner als ein Haar, Quelle: science.orf.at

Eine besondere Schwierigkeit im Entwicklungsprozess bestand in puncto Festigkeit und Dichte, worin sich Keramik erheblich von anderen Werkstoffen unterscheidet.

“Keramik wird überall dort eingesetzt, wo andere Materialien versagen, z.B. bei extrem hohen Temperaturen, in stark belasteter Umgebung oder überall dort, wo steife Materialien notwendig sind. Außerdem punktet Keramik durch seine hohe Biokompatibilität”, bringt es Johannes Homa auf den Punkt. So sehen die Wissenschaftler das Einsatzfeld ihres 3D-Druckers vornehmlich in der Industrie – von der Automobilbranche bis zur Medizintechnik. Nebenbei sollte noch bemerkt werden, dass sich die Kosten für diesen speziellen 3D-Drucker derzeit noch auf €200.000 belaufen.

Beim Druckprozess selbst wird das Ausgangsmaterial, der sogenannte Schlicker bestehend aus Keramikteilchen und Fotopolymeren, Schicht für Schicht aufgetragen und durch Belichtung gehärtet.
“Diese Schichten sind dünner als ein menschliches Haar. Anschließend kommt das fertige Bauteil in den Brennofen”, erklärt Homa.
Je nach Größe des Bauteils dauert das Druckverfahren drei bis fünf Stunden und stellt damit konventionelle Methoden durch die Kosten- und Zeitersparnis in den Schatten.

“Mit unserer Maschine ist die Baugröße derzeit auf eine Visitenkarte beschränkt, 67×43 Millimeter. Aber wir haben Anfragen aus der Industrie, die von einer Schraube mit der Höhe von einem Millimeter bis zu einem Bauteil von einem Meter Durchmesser gehen. Wir werden uns jetzt genau anschauen, in welche Richtung wir weiter entwickeln werden. Ein großer Vorteil unseres Verfahrens ist, dass wir sehr kleine und präzise Bauteile herstellen können, aber vor allem hier wünscht die Industrie noch feinere Teile. Wahrscheinlich wird die Erstentwicklung in diese Richtung gehen”, berichtet Homa.

 

Dr. Annelie Weinberg, Quelle: www.medunigraz.at

Knochen sind zwar stark belastbar, doch so manch kindlicher Übermut führt trotzdem zu einem Knochenbruch. Während bei einem einfachen Bruch ein Gips reicht, sind bei komplizierten Frakturen Implantate notwendig. Diese gewährleisten, dass Knochen richtig zusammenwachsen. Und so tapfer die kleinen Patienten auch sind – der Aufenthalt im Krankenhaus soll im Idealfall trotzdem kurz gehalten werden.

Medizinische Eingriffe stellen in jedem Fall psychische Belastungen dar (für Groß und Klein) und können oft traumatisierend sein.

Gerade wenn das Einsetzen von Implantaten notwendig ist, fällt jedoch leider auch nach etwa einem Jahr eine weitere Operation zum Entfernen eben dieser an. Genau hier setzt die Forschung der Unfallchirurgin Annelie Weinberg an. Sie entwickelt mit ihrem Team Implantate für Kinder, die vom Körper abgebaut werden können. In Folge kann den Kindern die Operation nach Heilung des Bruches erspart werden. Die resorbierbaren Materialien, die hierbei zum Einsatz kommen, haben den Vorteil, dass sie elastischer als gängige Stahl- oder auch Titanwerkstoffe sind und gleichzeitig den Heilungsprozess des Knochens fördern.

Ein wichtiger Punkt, denn Frakturen bei Kindern benötigen im Vergleich zu Brüchen Erwachsener eine flexiblere Unterstützung. Im Rahmen ihres Forschungsprojektes BRIC (BioResorbable Implants for Children) werden aber ebenso therapeutische Unterschiede bei Kindern und Erwachsenen untersucht, denn Fragen wie: wie lange soll ein Implantat im Körper eines Kindes verbleiben? Welche Stabilität und Mechanik müssen gewährleistet sein? – sind bisher nur unzureichend erforscht.

Epiphysenfuge - Aufnahme mit dem Fluoreszenzmikroskop, Quelle: www.w-fforte.at

Zunächst geht es jedoch um die Entwicklung eines resorbierbaren Werkstoffes. Bisher existierende ähnliche Materialien basieren meist auf Milch- oder Zuckermolekülen haben allerdings den Nachteil, dass sie zu einer Übersäuerung der Zelle führen und chronische Entzündungen im Körper hervorrufen. In Kooperation mit der TU Wien, der BOKU Wien und der TU Graz gilt es nun alternative, verbesserte Werkstoffe zu entwickeln. Bis zur Anwendung des neuartigen Implantates werden zwar wohl noch einige Jahre verstreichen, doch Groß und Klein werden es danken, wenn Operationen erspart werden können und die Dauer des Krankenhausaufenthalts verkürzt wird!

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