Deutscher Zukunftspreis Intelligente LED-Lichtquelle für zahlreiche Anwendungen

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Der Deutsche Zukunftspreis 2024 geht an ein Forscher-Team von Ams Osram und Fraunhofer. Sie haben ein digitales Licht entwickelt, das durch die hohe Auflösung der Lichtverteilung und die Energieeffizienz innovative Designmöglichkeiten eröffnet.

Für die technologische Umsetzung ihrer Idee einer LED-Matrix, die den Auto-Scheinwerfer zum Projektor werden lässt, zeichnete Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier ein Experten-Team um Dr. Norwin von Malm und Stefan Grötsch von Ams Osram sowie Dr. Hermann Oppermann vom Fraunhofer IZM mit seinem Preis für Technik und Innovation aus. Die vom Team entwickelte LED-Technologie ermöglicht durch ihre hohe Auflösung der Lichtverteilung und der Energieeffizienz innovative Designmöglichkeiten.

Licht als Informationsquelle

Durch die vielen kleinen LED-Pixel arbeitet die Lichtquelle wie ein Projektor. Mit dem digitalen Licht ist es den Forschern und ihren Teams gelungen, intelligente LED-Technologie völlig neu zu denken und eine Basis-Technologie zu etablieren, die über den Auto-Scheinwerfer hinaus zahlreiche neue Anwendungen ermöglicht. Das Team hat eine Scheinwerfer-Lichtquelle entwickelt, die kleiner, leichter, effizienter, intelligenter und präziser in ihrer Lichtabstrahlung ist als herkömmliche Lichtquellen.

• Mit dem neuen System können beispielsweise Auto-Scheinwerfer die Straße präzise und hell ausleuchten, ohne Gegenverkehr oder Fußgänger zu stören oder durch Blenden zu gefährden.

• Um dies zu erreichen, verfügt der neue Scheinwerfer nicht, wie herkömmliche Scheinwerfer, über zwei Lichtquellen, sondern über 25.600 LEDs in einer Matrix aus 320 x 80 Lichtpunkten.

• Dabei lässt sich jede einzelne LED durch ein digitales Signal ansteuern.

• Zusammen mit einer Optik entsteht so ein Scheinwerfer, der ähnlich wie ein Videoprojektor funktioniert.

Kompakte Bauweise und hohe Effizienz

Das neue System kommt mit minimalem Bauraum aus und arbeitet hocheffizient, denn nur die für die jeweils gewünschte Lichtverteilung wirklich benötigten LEDs werden eingeschaltet. Systeme mit passiver Lichtmodulation hingegen arbeiten mit Abschattung. Das bedeutet, dass die Lichtquelle stets mit voller Leistung betrieben und das unerwünschte Licht wieder weggefiltert wird. Dies ist jedoch zum einen nicht effizient, da Licht erzeugt wird, das nicht benötigt wird, zum anderen muss die so entstehende Verlustleistung abgeführt werden, was wiederum große und teure Kühlsysteme bedingt. Bei dem neuen System entstehen diese Verluste gar nicht erst.

Mehr Sicherheit durch projizierte Piktogramme

Als zusätzliche Sicherheitskomponente haben sich Ams Osram und Fraunhofer noch etwas Besonderes einfallen lassen: So bringt der Scheinwerfer nicht nur präzise und effizient Licht auf die Fahrbahn, die Lichtquelle fungiert als Projektor und kann Piktogramme auf die Straße projizieren, z. B. eine Schneeflocke bei Frostgefahr. Oder sie warnt mit einem Symbol vor Geisterfahrten.

Faszination Technik

Projizierender Blinker erhöht Sicherheit im Straßenverkehr

Digitales Licht – die intelligente LED-Technologie für die Welt von morgen

Informationen aus Licht – hieraus ergeben sich viele neue Anwendungsgebiete der digital steuerbaren LED-Matrix. Neben der optischen Datenkommunikation zwischen Computerchips, etwa in Datenzentren für Anwendungen der Künstlichen Intelligenz, ist das beispielsweise die Augmented Reality (AR), die erweiterte Realität. Mit einer AR-Brille, die neben der realen Umgebung zusätzlich digitale Informationen ins Gesichtsfeld einspiegelt, wird die Lichtmatrix zum virtuellen Monitor. Hier sind im besonderen Maße Kompaktheit und Energieeffizienz gefragt, denn eine AR-Brille muss leicht sein und ihr Akku lange halten. Diese Anwendungsbereiche zeigen das enorme Potenzial des digitalen Lichts, um die Schnittstelle von Menschen und Elektronik zu revolutionieren.

Ehrung für innovative ingenieur- und naturwissenschaftliche Leistungen

Der Deutsche Zukunftspreis wird seit 1997 jährlich vergeben, gehört zu den wichtigsten Wissenschaftsauszeichnungen in Deutschland und ist mit 250.000 Euro dotiert. Er ehrt herausragende technische, ingenieur- und naturwissenschaftliche Leistungen, die zu anwendungsreifen Produkten führen. Die Jury wählt in einem mehrstufigen Prozess aus einer Vielzahl an Projekten jedes Jahr drei Forschungsteams und ihre Innovation in die Endrunde des Preises. Neben der Innovationsleistung bewertet die Jury dabei auch das wirtschaftliche und gesellschaftliche Potenzial der Entwicklung.

Die Nominierten 2024

Prof. Dr. Björn Ommer (Ludwig-Maximilians-Universität München) und Dr.-Ing. Anna Lukasson-Herzig (nyris GmbH) traten mit ihrem Projekt „Demokratisierung Generativer KI – Stable Diffusion von der Entwicklung in die Praxis“ an. Mit „Stable Diffusion“ hat ein Team um Prof. Ommer eine kompakte und effiziente generative KI entwickelt, die frei zugänglich ist und so gerade jungen Unternehmen unzählige Anwendungen ermöglicht. Die Nyris GmbH verwendet „Stable Diffusion“ für die Ersatzteilsuche. Komplexe verfahrenstechnische Anlagen bestehen aus tausenden Bauteilen. Muss ein defektes Bauteil getauscht werden, so beginnt die Suche nach der Typenbezeichnung oder Bestellnummer, die nicht immer auf dem Bauteil aufgedruckt ist. Mit einem Foto des Bauteils könnte man eine Bildsuche starten. Allerdings existiert längst nicht für jedes Ersatzteil ein reales Bild im Ersatzteilkatalog, sondern oft nur eine technische Zeichnung (CAD-Daten). Hier kommt die KI zum Einsatz. Aus den technischen Zeichnungen (CAD-Daten) generiert sie fotorealistische Bilder. Mit den so generierten Bildern kann eine Bildsuchmaschine trainiert werden, die in Sekundenschnelle anhand eines Fotos das Bauteil identifiziert.

Dr. Konrad Schraml, Dr. Caspar Leendertz (Infineon Technologies AG, München) und Prof. Dr. Thomas Basler (TU Chemnitz) haben ein Leistungshalbleitermodul entwickelt, das im Vergleich zu herkömmlichen Modulen deutlich höhere Stromflüsse bei gleicher Baugröße und um 90 Prozent geringere Schaltverluste ermöglicht. Das Modul kann also dort Strom sparen, wo hohe Ströme fließen – etwa in elektrischen Zügen, im elektrischen Schwerlastverkehr und in den Stromnetzen, in die vermehrt erneuerbare Energien eingespeist werden. Das energiesparende Modul vereint mehrere Neuerungen: Anders als in herkömmlichen Modulen wird für den Energiesparchip nicht Silizium, sondern Siliziumkarbid verwendet und so eine höhere Durchbruchsfestigkeit und Energieeffizienz erreicht. Allerdings ist das Material aber hart, spröde, dehnt sich bei Wärme stark aus – und es ist teurer als Silizium. Dass das neue Modul dennoch wirtschaftlich ist, liegt am innovativen, materialsparenden Chipdesign. Eine innovative Prozessierung und die Verwendung von Kupfer zur Kontaktierung kompensieren die schwierigen Materialeigenschaften. Das Team war vom DPMA für den Zukunftspreis vorgeschlagen worden.

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