Deutscher Zukunftspreis 2020 Neue Wärmedämmung aus Glaskugeln für Zukunftspreis nominiert

Innovative Wärmedämmung aus Glaskugeln, Mikrochips mit nanometerkleinen Strukturen und robotergestützte Chirurgie – das sind die nominierten Forschungsleistungen für den Deutschen Zukunftspreis. Wir stellen sie vor.

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Der Deutsche Zukunftspreis wird jedes Jahr durch den Bundespräsidenten verliehen und zeichnet Technologieprojekte aus, die einen großen Nutzen für die Gesellschaft, Umwelt und die Wirtschaft haben. Jetzt wurden die drei Nominierten bekannt gegeben – wir stellen sie vor.

Wärmedämmung mit Glaskügelchen

Das nominierte Team um Dipl.-Ing (FH) Friedbert Scharfe (Franken Maxit Mauermörtel), Prof. Thorsten Gerdes (Universität Bayreuth) und Dr. Klaus Hintzer (Dyneon) hat eine neue Wärmedämmung für Gebäude entwickelt, die die energetische Sanierung enorm beschleunigt. Das neue Dämmkonzept beruht auf winzigen Hohlkugeln aus Glas und ist recycelbar.

Die Hohlkugeln, zwischen 10 und 200 μm groß, werden in ein neu entwickeltes mineralisches Material eingebettet. Sie sorgen dafür, dass kaum Wärme durch das Material dringen kann. Um das Material kommerziell nutzbar zu machen, haben die nominierten Forscher eine Technologie für eine rasche und einfache Verarbeitung des Materials geschaffen. Sie entwickelten dazu ein druckluftunterstütztes Spritzverfahren weiter, mit dem sich bis zu 15 cm dicke Schichten des Dämmstoffs auf Fassaden oder Innenwände auftragen lassen – ohne dass die Mikrohohlkugeln brechen.

Umgekehrt kann der Dämmstoff beim Abriss oder Umbau eines Gebäudes leicht wieder entfernt, zerkleinert und nach einer Wärmebehandlung als hochwertiger Binder verwendet werden. Seit Anfang 2019 ist das Material „Ecosphere“ erhältlich. Bisher wurden damit rund 30.000 m² gedämmt.

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EUV-Lithographie ermöglicht automatisiertes Fahren und moderne Smartphones

Ohne immer bessere Mikrochips sind viele technologische Weiterentwicklungen heute nicht möglich – moderne Smartphones, autonomes Fahren oder hochleistungsfähige Rechner funktionieren nur mit der neuesten Chip-Generation. Um Mikrochips leistungsfähiger zu machen, werden immer mehr Transistoren auf die kaum fingerkuppengroßen Chips gepackt. Das Problem: In der Herstellung kommt herkömmliche Technik hier an ihre Grenzen.

Das nominierte Team – Dr. Peter Kürz (Zeiss), Dr. Michael Kösters (Trumpf) sowie Dr. Sergiy Yulin (Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF) – hat die bisher zur Herstellung übliche Lithographie weiterentwickelt und mit ultraviolettem Licht erweitert. Gegenüber der bisher etablierten Herstellungsmethode lassen sich mit der EUV-Lithographie wesentlich kleinere Strukturen erzeugen, in der Größenordnung von wenigen Nanometern.

Die Lithographie mit UV-Licht zu erweitern, war nicht einfach: UV-Licht wird von Luft absorbiert und lässt sich nicht durch Linsen fokussieren. Deshalb haben die Forscher ein lithographisches System entwickelt, das ausschließlich aus Spiegeln besteht – und an die Nutzung im Hochvakuum, also in einer Umgebung fast ohne Luftmoleküle, angepasst ist.

Als Quelle für die EUV-Strahlung dient ein Plasma, das mithilfe von intensiven Laserpulsen in feinen Tröpfchen aus Zinn gezündet wird. Dafür hat ein Forscherteam bei Trumpf den stärksten industriellen CO₂-Laser der Welt entwickelt. Er liefert bei einer mittleren Leistung von 30 KW eine flexibel einstellbare Folge von Laserlichtblitzen. Von Zeiss stammen die hochpräzisen Spiegel, die weder Verunreinigungen noch Unebenheiten aufweisen dürfen.

Die EUV-Lithographie-Geräte werden ausschließlich von ASML gebaut. Große Mikrochip-Hersteller wie Samsung und TSMC nutzen die Geräte bereits, um Chips der neuesten Generation herzustellen.

Robotergestütztes System unterstützt Chirurgen

Das dritte nominierte Team, bestehend aus Prof. Andreas Raabe, Dr. Michelangelo Masini und Frank Seitzinger, hat ein neues Visualisierungssystem für Chirurgen geschaffen, das bei Eingriffen an der Wirbelsäule oder am Gehirn unterstützt. Bei diesen komplizierten Operationen werden bisher Operationsmikroskope verwendet, die dem Mediziner einen Blick in den Körper ermöglichen. Allerdings muss das Mikroskop von Hand nachgeführt werden, was lange dauert.

Das neue Visualisierungssystem ist robotergestützt und positioniert das Mikroskop automatisch. Wichtige Punkte lassen sich zudem einspeichern, um sie jederzeit wieder anzusteuern. Der Chirurg hat dabei stets seine Hände frei für die Operationsinstrumente.

Außerdem unterstützt das System Augmented Reality, womit weitere Informationen wie der Operationsplan überlagert werden können. Das Bild des Mikroskops lässt sich außerdem auf einen Monitor projizieren und streamen – zum Beispiel, um Fachkollegen zu konsultieren, oder für die Ausbildung von Medizinstudenten.

Das neue System ist seit 2017 auf dem Markt und kam bereits bei jährlich mehreren hunderttausend neurochirurgischen Operationen zum Einsatz.

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