Erfindungen – Übersetzungen

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      KOMMUNIKATION

      „DAS PFERD FRISST KEINEN GURKENSALAT.“ Philipp Reis, 1834–1874 Physiker und Erfinder

      Philipp Reis gelingt 1860 die erste funktionsfähige Fernsprechverbindung. Bei der Vorführung des „Telephons“ – wie Reis seine Erfindung nennt – wird absichtlich ein völlig sinnfreier Satz übermittelt, den der Empfänger nicht aus dem Zusammenhang erraten kann. So kann Reis beweisen, dass die Nachrichtenübertragung über eine elektrische Leitung wirklich funktioniert.

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      Das erste Telefon

      Kommunizieren über weite Distanzen – das wollen auch schon die Menschen im 19. Jahrhundert. Zahlreiche Forscher experimentieren damals mit elektrischen Apparaten, um Sprache zu übertragen. Der Durchbruch gelingt 1861 dem Deutschen Philipp Reis: Das erste Telefon besteht aus einer Ohrmuschel aus Holz, die mit Tierdarm bespannt ist. Gesprochene Worte versetzen diese Membran in Schwingung und verändern so den Druck zwischen einem Metallplättchen und einem Draht.

      Das führt zu Variationen im Stromfluss, der an den Empfänger weitergeleitet wird und dort über einen Verstärker wieder in Töne verwandelt wird. Reis stirbt 1874, ohne je ein Patent auf seine Erfindung angemeldet zu haben; das erhält am 7. März 1876 Alexander Graham Bell in den USA.

      Foto 1: Die erste Sprechmuschel: ein Ohr aus Holz
      Foto 2: Philipp Reis, der Erfinder des Telefons, in seinem „Laboratorium“

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      Musik für die Hosentasche

      Ob beim Sport, in der U-Bahn, im Urlaub – die Lieblingsmusik ist heute immer mit dabei. Ein kleiner MP3-Player bietet Platz für Tausende von Songs. Möglich wird dies durch eine Entwicklung des Fraunhofer-Teams um Karlheinz Brandenburg: Das Audiocodierverfahren MP3 orientiert sich an den Eigenschaften des menschlichen Gehörs. Musikteile, die wir gut hören, werden besonders detailliert gespeichert; Frequenzen, die für uns nicht wahrnehmbar sind, werden eingespart. Die zu speichernde Datenmenge lässt sich so um 90 Prozent reduzieren. Die ersten MP3-Player kommen in den 1990er-Jahren auf den Markt.

      Foto: Musik immer und überall – MP3 macht´s möglich

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      Die Welt im Wohnzimmer

      Moderne Fernseher liefern Bilder in Kino-Qualität. Die digitalen TV-Geräte stehen damit am Ende einer langen Entwicklung, die 1931 beginnt. Damals präsentiert Manfred von Ardenne auf der Funkausstellung in Berlin die erste elektronische Fernsehanlage. Die Apparatur besteht aus einer Kathodenstrahlröhre, auch Braunsche Röhre genannt. In ihr projiziert ein Elektronenstrahl Bildpunkte auf eine mit Leuchtstoff beschichtete Glasscheibe. Das Publikum ist begeistert – selbst die New York Times berichtet auf der Titelseite über die Erfindung.

      Manfred von Ardenne ist ein herausragender Erfinder: Schon mit 16 meldet er das erste Patent an, als er 1997 stirbt, hält er etwa 600 Erfindungen und Patente aus unterschiedlichsten Bereichen.

      Foto 1: Manfred von Ardenne mit dem ersten Fernseher, 1931
      Foto 2: Das erste regelmäßige Fernsehprogramm in Deutschland startet 1935

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      Internationaler Videostandard

      Olympia im Livestream, Musikvideos, Kurzfilme und Kinohits. Auch auf mobilen Endgeräten lassen sich bewegte Bilder heute in bester Qualität problemlos empfangen. Möglich wird dies durch besonders leistungsfähige Videokompressionsverfahren, die die Filme beim Transport "zusammenpressen". Internationaler Standard ist derzeit H.264, ein Verfahren, das Berliner Forscher entwickelt haben. Es lässt den Datenumfang deutlich schrumpfen, ohne die Qualität merklich zu beeinträchtigen. Denn von jedem Bild werden dabei nur die Teile übertragen, die sich ändern. Alle gleichbleibenden Bereiche können aus den vorhergehenden Bildsequenzen errechnet werden.

      Foto: Bewegte Bilder gibt es dank H.264 auch unterwegs in bester Qualität

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      Konzert für Jedermann

      Ein Symphonieorchester, das in jedes Wohnzimmer passt? Das scheint lange undenkbar. Doch 1887 baut der aus Hannover stammende Emil Berliner ein Gerät, das Musik konservieren kann. Das Prinzip: Die Schallwellen werden in horizontale Bewegungen einer Nadel übersetzt, die Schwingungen lassen sich in eine runde Platte einritzen – Berliner nennt sie "Schallplatte".

      Das Abspielgerät, das die Töne wieder hörbar macht, tauft er "Grammophon". Mit ihm kann man Musik überall und immer wieder abspielen. Die ersten Grammofone müssen mit einer Kurbel aufgezogen werden. Erst nach und nach setzen sich elektrische Grammofone durch.

      Foto: Stars wie der Opernsänger Enrico Caruso machen die Schallplatte schnell bekannt

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      Versteckt im Licht

      Online-Banking, Kundendaten, wichtige Verhandlungen –es gibt viele Informationen, die man nur mit bestimmten Menschen teilen möchte. Wie aber können Daten bei der Übertragung vor Hackern geschützt werden? Als besonders vielversprechend gilt die Quantenkryptographie. Dabei wird ein geheimer Schlüssel in einer Abfolge von Lichtquanten sozusagen versteckt.

      Weil hier der Zufall eine wesentliche Rolle spielt, ist die Codierung nicht zu „knacken“. Und das Beste: Ein Spion wird in jeden Fall entdeckt, denn jede Interaktion verändert die Quanten. Die Herausforderung besteht allerdings darin, Lichtquanten über weite Strecken zu übertragen, am besten per Satellit. Im Jahr 2014 gelingt es Max-Planck-Forschern in Erlangen, spezielles Quantenlicht mithilfe eines Lasers durch die Atmosphäre zu schicken – ein wichtiger Schritt zu einer sicheren Datenübertragung.

      Foto 1: Die Laseranlage auf dem Dach des Erlanger Forschungsinstituts
      Film: Quantenphysik – abhörsicher durch Zufall

      Fahr'n, fahr'n, fahr'n auf der Autobahn


      Foto: 1978 erscheint das achte Album der Band Kraftwerk: Die Mensch-Maschine

      Maschineller Rhythmus, elektronischer Sound und roboterhafte Stimmen – 1974 erobert der Song "Autobahn" der Gruppe Kraftwerk die weltweiten Charts. Die Musiker der Düsseldorfer Band werden damit zu Wegbereitern des Elektro-Pops. Kraftwerk entwickelt seinen Stil konsequent weiter und bezieht immer wieder aktuelle technische Entwicklungen ein. Seit 2013 ist die Band mit einer 3D-Show auf Tour.

      Heute gilt Kraftwerk als eine der einflussreichsten Musikgruppen der Welt. Die New York Times nennt sie 1997 "die Beatles der elektronischen Tanzmusik".

      Du bist der DJ!

      Ob in der Disco oder auf der Party – zwei deutsche Erfindungen bringen die Menschen weltweit zum Tanzen: MP3-Player und Plattenspieler. Hast auch du Spaß am Remixen und Scratchen? Dann teste dein DJ-Talent!

      energie

      „DIE MENSCHHEIT WIRD MIT NACHHALTIGER ENERGIE LEBEN ODER GAR NICHT.“ Eicke Weber, *1949, Physiker und Solarenergie-Experte

      Wie können wir Energie nutzen, ohne Umwelt und Klima zu belasten? Wie den steigenden Bedarf decken? Deutschland setzt auf erneuerbare Energien wie Sonne, Wind und Biomasse. Die Fraunhofer- Forscher um Eicke Weber halten bei der Effizienz von Solarzellen gleich mehrere Weltrekorde.

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      Innovativer Energiemix

      Gehen die Lichter aus, wenn Gas, Öl und Kohle zur Neige gehen? Noch nutzen die Energieversorger weltweit vor allem fossile Rohstoffe. Doch auch mit erneuerbaren Energien lässt sich die Stromversorgung sicherstellen. Im Modellversuch zeigen Fraunhofer-Forscher zusammen mit mehreren Industrieunternehmen, wie das geht: Dutzende kleiner Stromerzeuger, die Sonnenenergie, Windkraft und Biogas nutzen, sind über Internet zu einem virtuellen Kombikraftwerk verbunden. Eine zentrale Steuerung schützt vor Versorgungsengpässen, wenn keine Sonne scheint oder kein Wind weht. Außerdem sorgt sie dafür, dass überschüssige Energie gespeichert und bei Bedarf wieder ins Netz eingespeist wird.

      Foto: Viele regenerative Energiequellen bilden gemeinsam ein virtuelles Kombikraftwerk

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      Das Licht von morgen

      Leuchtende Tapeten, Bilder und flexible Folien statt Glühbirnen oder flackernder Neonröhren – die Anwendungsmöglichkeiten für organische Leuchtdioden, kurz OLEDs, sind nahezu unbegrenzt. Schon heute werden sie zum Beispiel in Displays von Mobiltelefonen und MP3-Playern eingesetzt. OLEDs bestehen aus sehr dünnen Halbleiter-Kunststoffschichten, sie benötigen weniger Energie und sind kostengünstiger zu produzieren als herkömmliche Leuchtdioden. Sogar biegsame Bildschirme lassen sich damit realisieren.

      Noch haben OLEDs allerdings eine vergleichsweise geringe Lebensdauer. Forscher in Dresden, Potsdam und Mainz arbeiten daran, OLEDs langlebiger, robuster und noch strahlender zu machen.

      Film: OLED – Licht aus kleinen Molekülen

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      Sonne auf den Punkt gebracht

      Im Sommer 2014 stellen Forscher am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesystem einen Weltrekord auf: Ihr Solarmodul erreicht einen Wirkungsgrad von 36,7 Prozent! Dieses sogenannte Konzentrator-Modul besteht aus Linsen, die das Sonnenlicht bündeln, sowie den darunter liegenden besonders effizienten Solarzellen. Diese Vierfach-Solarzellen sind aus mehreren Halbleiterschichten aufgebaut, die unterschiedliche Wellenlängen des Sonnenlichts absorbieren. Sie nutzen also ein breiteres Spektrum des Sonnenlichts als klassische Solarzellen aus Silizium.

      Foto 1: Produktion der Vierfach-Solarzellen für die Konzentrator-Module
      Foto 2: Konzentrator-Module nutzen das Sonnenlicht besonders effektiv

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      Das dynamoelektrische Prinzip

      Energie für alle? Daran ist vor 150 Jahren noch nicht zu denken. Denn um Energie über größere Distanzen zu transportieren, muss man sie in Strom umwandeln. Und dazu braucht man einen Generator. Verschiedene Forscher experimentieren zur damaligen Zeit mit solchen Apparaten, die durch Rotation eines elektrischen Leiters in einem Magnetfeld Bewegungsenergie in elektrische Energie übersetzen.

      Doch erst 1866 gelingt dem Ingenieur Werner von Siemens der Durchbruch. Seine dynamoelektrische Maschine funktioniert nach dem Prinzip der „Selbsterregung“: Sie benötigt keine initiale Stromzufuhr von außen, sondern nutzt den Restmagnetismus im Elektromagneten. Diese reicht aus, um eine zunächst schwache Spannung zu induzieren. Dadurch fließt Strom, der den Magnetismus weiter verstärkt. So lassen sich das Gewicht der Maschine um 85 Prozent und der Preis um 75 Prozent reduzieren. Die Grundlage für die flächendeckende Versorgung mit Strom ist geschaffen. Dies ist nur eine von vielen innovativen Ideen, die den Grundstein für den weltweiten Erfolg des Siemens-Konzerns legen.

      Foto 1: Auch die Lichtmaschine im Auto funktioniert nach dem dynamoelektrischen Prinzip
      Foto 2: Das Walchenseekraftwerk versorgt in den 1920er-Jahren ganz Bayern mit Strom. Es ist noch heute in Betrieb
      Foto 3: Überall, wo mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, werden Generatoren benötigt – auch in modernen Kraftwerken

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      Windkraft optimal nutzen

      Wie viel Energie kann eine Windkraftanlage gewinnen? Schon 1919 errechnet der Strömungsforscher Albert Betz, dass es unmöglich ist, mehr als 59 Prozent der Windkraft in nutzbare Energie umzuwandeln. Um möglichst nahe an diesen Wert heranzukommen, untersucht der Göttinger Wissenschaftler verschiedene Flügelprofile im Windkanal. Bereits in den 1930er-Jahren entwickelt er zusammen mit Kurt Bilau optimale Flügel für Windkraftanlagen.

      Foto 1: Bei modernen Windkraftanlagen sorgen optimierten Flügelprofile für einen hohen Wirkungsgrad
      Foto 2: In der Nähe von Häusern ist nicht nur der hohe Wirkungsgrad wichtig, die Anlagen müssen auch leise sein

      Atomkraft, nein danke!



      Die Welt hält den Atem an… Am 11. März 2011 erschüttert das stärkste Erdbeben der japanischen Geschichte mit einer Stärke von 9,0 auf der Richterskala den Inselstaat. Kurz darauf trifft ein Tsunami mit 15 Meter hohen Wellen auf die Küste und löst im Atomkraftwerk von Fukushima eine Katastrophe aus.

      Die Bilder aus Fukushima schockieren auch Deutschland. Die konservative Regierung unter Angela Merkel beschließt den Atomausstieg und den Ausbau der erneuerbaren Energien als Alternative zur Kernkraft. Bis 2022 sollen alle deutschen Kernkraftwerke abgeschaltet werden.

      Foto: 2025 soll knapp die Hälfte des deutschen Stroms aus erneuerbaren Energien kommen

      LED – GLÜHBIRNE MACHE DEN ENERGIETEST!

      Eine der beiden Lampen verbraucht circa 80 Prozent weniger Energie als die andere. Welche von beiden? Drehe die Kurbel und probiere es aus. Die sparsamere Lampe leuchtet heller.

      informatik

      „ICH WAR EINFACH ZU FAUL ZUM RECHNEN.“ Konrad Zuse, 1910–1995, Bauingenieur, Erfinder und Unternehmer

      Papier, Bleistift, Rechenschieber – komplexe und doch immer wieder gleichartige Berechnungen bestimmen in den 1930er-Jahren den Alltag des Bauingenieurs. Konrad Zuse findet, diese eintönige und langweilige Arbeit könne viel besser eine Maschine erledigen. 1941 konstruiert er die Z3, den ersten funktionstüchtigen Computer der Welt.

      01
      Sicher in der Wolke

      Cloud Computing macht IT einfacher und billiger. In der „Wolke“ kann jeder so viel Rechnerleistung, Speicherkapazität und Software mieten, wie er will. Doch viele Privatpersonen und auch Firmen sind skeptisch:

      Sie fürchten um die Sicherheit ihrer Daten. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie unterstützt daher verschiedene Forschungsprogramme, die das Ziel haben, die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Cloud Computing zu verbessern.

      Forscher der Fraunhofer-Gesellschaft entwickeln das Konzept für einen sicheren „Industrial Data Space“. In diesem offenen Datenraum können sich künftig Unternehmen branchenübergreifend vernetzen, ohne die Kontrolle über ihre Daten zu verlieren.

      Foto: Das Cloud Security Lab schafft mehr Datensicherheit

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      Ohne Karte geht es nicht

      Kreditkarte, Bankkarte, Versicherungskarte, Kundenkarte – ein Leben ohne Chipkarten scheint heute kaum noch möglich. Der erste, der auf die Idee kommt, Informationen auf Karten zu speichern, ist der Rundfunk-Mechaniker Jürgen Dethloff. 1969 meldet er die Plastikkarte mit integriertem Schaltkreis zum Patent an. 1977 folgt die heute gängige Mikroprozessorkarte. Die ersten Chipkarten kommen als Telefonkarten auf den Markt. Ende der 1990er-Jahre folgen die Bankkarten, die bald weltweit in vielen Geschäften akzeptieren werden. Gleichzeitig können die winzigen Mikroprozessoren immer mehr Daten speichern und verarbeiten, die Chipkarten verwandeln sich zunehmend in Minicomputer.

      Foto: Fast jeder trägt heute mehr als eine Chipkarte im Portemonnaie

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      Die Geburt des Computers

      Der erste Computer der Welt steht im Wohnzimmer der Familie Zuse in Berlin. Sohn Konrad hat gerade sein Studium als Bauingenieur abgeschlossen, als er 1935 beginnt, eine programmierbare Rechenmaschine zu bauen. Die Z1 hat die Größe eines Doppelbetts und ist sehr störanfällig: Regelmäßig klemmen die mechanischen Schaltwerke. Beim Nachfolgemodell ersetzt Zuse sie deshalb durch Relais, elektromagnetische Schalter.

      Aber erst die dritte Version, die Z3, ist wirklich funktionstüchtig und damit der erste programmierbare Rechner der Welt. Schon 1949 gründet Konrad Zuse mit der Zuse KG die erste deutsche Computerfirma – doch der wirtschaftliche Erfolg bleibt aus.

      Foto: Konrad Zuse vor einem Nachbau der Z3, dem ersten programmierbaren Rechner der Welt

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      Punkte und Linien

      Bereits in den 1920er-Jahren hat der Elektrotechniker und Tüftler Rudolf Hell die Idee, Texte und Bilder in Punkte und Linien zu zerlegen und sie so elektronisch übertragbar zu machen. 1929 baut er in seinem Unternehmen in der Nähe von Berlin die ersten „Hellschreiber“. Bis heute arbeiten Faxgeräte nach demselben Prinzip. 1958 beginnt Hell mit der Entwicklung eines Farbscanners, der Bilder abtastet und digitalisiert. Scanner sind damals riesige Apparate. Mobil werden sie erst, als die ersten Handscanner auf den Markt kommen.

      Insgesamt meldet Hell im Laufe seines Lebens 127 Patente an. Sein Ziel dabei: Fortschritt und praktische Anwendung.

      Foto 1: Rudolf Hell mit dem „Hellschreiber“, einem Vorläufer des Faxgeräts
      Foto 2: Scanner machen analoge Daten digital nutzbar

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      Industrie 4.0.

      Dampfmaschine, Fließband, Informationstechnologien – drei revolutionäre Veränderungen hat die Arbeitswelt bereits erlebt. Nun stehen wir am Beginn der vierten. Die Vision von Industrie 4.0 ist die intelligente Fabrik: Maschinen, Werkstücke und Transportmittel sind über Sensoren, Aktoren und winzige Rechner miteinander und mit dem Internet vernetzt. So können sie ständig Informationen austauschen. Produktion und Logistik werden optimiert, Produkte individuell an den Kundenwunsch angepasst. Dazu arbeiten Maschinenbauer, IT-Experten und Logistiker interdisziplinär zusammen.

      Foto: In der Fabrik von morgen ist alles miteinander vernetzt
      Film: Fabrik von Morgen

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      3D ohne Brille

      3D-Technik schafft ein völlig neues Filmerlebnis. Bisher musste der Zuschauer er dazu eine Spezialbrille aufsetzen, denn das Raumgefühl entsteht erst, wenn das rechte und das linke Auge unterschiedliche Perspektiven erkennen. Neue Fernseher erlauben zwar schon eine 3D-Projektion ohne Brille, aber die Auflösung ist gering, weil das Display mehrere perspektivisch versetzte Ansichten gleichzeitig zeigen muss.

      Ein Berliner Team arbeitet an neuen Bildverarbeitungsverfahren, die diese Probleme lösen. Dabei erfasst eine Sensorik die Position der Betrachter, gleichzeitig sorgt die Software dafür, dass jeder Zuschauer ein einwandfreies 3D-Bild vor Augen hat – selbst wenn er sich im Raum bewegt.

      Foto: 3D: Der Zuschauer bekommt das Gefühl, Teil der Handlung zu sein

      Datensicherheit – Was meinst du?

      Im Internet, in den sozialen Medien und auch in der realen Welt: Wo immer wir uns bewegen, ständig hinterlassen wir digitale Spuren – bei der Mautzahlung auf der Autobahn, beim Einchecken im Flugzeug, beim Bezahlen mit der Karte im Supermarkt, beim Einkauf im Internet … Immer wieder erhalten Dritte legal oder auch unerlaubt Zugriff auf diese Daten.

      Was denkst du? Sind deine Daten sicher? Oder nicht?

      A) Klar, meine Daten sind sicher.
      B) Und wenn schon? Wer interessiert sich schon für mich?
      C) Nein, ich glaube nicht, dass meine Daten sicher sind

      RATE MAL!

      Um welches Tier geht es im ersten Video, das am 23. April 2005 bei YouTube hochgeladen wird?
      ö Katze U Hund * Elefant

      Der Satz „Ich denke, dass es weltweit einen Markt für vielleicht fünf Computer gibt“ stammt von:
      H Thomas Watson, Vorsitzender von IBM, 1943
      x Dwight D. Eisenhower, Präsident der USA, 1953
      # Ernst von Siemens, Vorstand Siemens & Halske, 1945

      Was ist ein Millennium-Problem? Ein mathematisches Problem, …
      3 … für dessen Lösung eine Prämie von einer Million US-Dollar ausgesetzt ist.
      Z ... das sich auf das Jahr 2000 bezieht.
      ! … an dessen Lösung weltweit eine Million Menschen arbeiten.

      Wann wird Wikipedia gegründet?
      1 1998 G 2001 & 2005

      Welcher dieser Namen steht nicht für eine Programmiersprache?
      t Ruby % Joy s Eva

      Welches Land hat die schnellste Internetverbindung?
      F USA ? Südkorea 3 Deutschland

      MOBILITÄT

      „DAS AUTO IST EINE VORÜBERGEHENDE ERSCHEINUNG. ICH GLAUBE AN DAS PFERD.“

      Friedrich Wilhelm Viktor Albert von Preußen, kurz: Kaiser Wilhelm II, 1859–1941 Deutscher Kaiser von 1888–1918

      Das Automobil wird anfangs von vielen Zeitzeugen kritisch gesehen. Es gilt als zu laut und zu schnell. Auch Kaiser Wilhelm II. ist anfangs skeptisch, wird aber später ein begeisterter Autofahrer. Als er 1941 stirbt, werden weltweit bereits um die fünf Millionen Autos pro Jahr produziert. Heute sind es circa 90 Millionen jährlich.

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      Mobilität für alle

      Ein halbes PS stark und zwölf Stundenkilometer schnell – das erste Motorrad ist nichts für Raser. Schon 1885 patentieren Wilhelm Maybach und Gottlieb Daimler ihren „Reitwagen“, doch er bleibt ein Einzelstück. Auch die ersten Serienmodelle können sich nicht durchsetzen, sie sind zu teuer und technisch zu anfällig. Zu einem Boom kommt es erst nach dem Zweiten Weltkrieg. Gefragt sind jetzt vor allem Mopeds, die jeder fahren darf.

      Eines der beliebtesten Modelle ist die Quickly, die Ingenieure der NSU Werke in Neckarsulm entwickeln. Hunderttausende fahren damals auf Deutschlands Straßen - nicht schnell, aber zuverlässig. Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 40 Stundenkilometer. „Nicht mehr laufen, Quickly kaufen“, wird zum Slogan.

      Foto: Von einem Moped träumt jeder junge Mann im Deutschland der 1950er Jahre

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      Deutschland: eine Autonation

      Das erste Auto fährt auf drei Rädern. Der 1886 von Carl Benz angemeldete Patent-Motorwagen Nummer 1 ist mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet und damit der Urvater aller „Benziner“. Die erste längere Fahrt damit unternimmt eine Frau: Anfang August 1888 fährt Bertha Benz von Mannheim nach Pforzheim und zurück.

      Nach anfänglicher Skepsis wird das Auto Anfang des 20. Jahrhunderts zum beliebten Statussymbol. Mit dem deutschen Wirtschaftswunder der 1950er- und 60er-Jahre steigt die Nachfrage – allein der VW Käfer wird über 21 Millionen Mal gebaut. Deutsche Automobilhersteller gehören bis heute zu den erfolgreichsten der Welt. Produziert werden zunehmend auch Elektro- und Hybridautos – die Technologien der Zukunft.

      Foto 1: Ausfahrt mit dem Benz Patent-Motorwagen Nummer 1, 1888
      Foto 2: Der BMW i8 – ein Plug-in-Hybrid – steht für moderne Antriebskonzepte auch bei Sportwagen

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      Auf der Schiene

      Die ersten Straßenbahnen werden von Pferden gezogen. Einen solchen Pferdebahnwagen baut Werner von Siemens um zur ersten elektrischen Straßenbahn. Für den Antrieb sorgt ein zehn PS starker Motor. Aufgenommen wird der Strom über die Räder. Das ist nicht ungefährlich für andere Verkehrsteilnehmer – moderne Straßenbahnen bekommen ihren Strom deshalb über Oberleitungen. Mit dem Siegeszug des Automobils verschwinden viele Straßenbahnen. Doch die Zeiten ändern sich: Inzwischen setzen viele Städte wieder auf das umweltfreundliche Verkehrsmittel.

      Foto: Die erste elektrische Straßenbahn fährt 1881 im Berliner Vorort Lichterfelde

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      Die praktische Alternative

      Dieselmotoren gelten weltweit als robust, langlebig und leistungsstark. Die erste Versuchsmaschine, die Rudolf Christian Diesel 1893 baut, ist nichts davon. Aber sie ist eine echte Innovation: Der neu entwickelte Motor besteht aus einem Zylinder, in dem komprimierte Luft mit Kraftstoff vermischt wird. Durch die Hitze, die bei der Verdichtung entsteht, brennt das Gemisch ohne zusätzliche Zündung. Vier Jahre braucht Diesel, um den Prototypen in einen funktionstüchtigen Motor zu verwandeln. Die Mühe lohnt sich. Dieselmotoren erobern die Welt – als zuverlässige Antriebe für Pkw und Lkw, Busse und Schiffe.

      Foto: Die meisten Lkw weltweit haben einen Dieselmotor

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      Leben retten mit Luft

      1951 meldet der Münchner Erfinder Walter Linderer den Airbag zum Patent an: einen „Behälter in zusammengefaltetem Zustand, der sich im Falle der Gefahr automatisch aufbläst“. Aber erst in den 1960er-Jahren, als die Unfallzahlen im Verkehr stark steigen, beginnt man mit der technischen Umsetzung. Diese erweist sich jedoch als schwieriger als gedacht. Auch wirtschaftlich ist der Airbag zunächst eher ein Misserfolg.

      Doch die Sicherheit setzt sich durch: Das erste deutsche Auto mit serienmäßigem Airbag ist 1981 ein S-Klasse-Mercedes. Heute sind moderne Autos mit mehreren Airbags ausgestattet.

      Foto: Der Crashtest zeigt: Der Airbag erhöht die Sicherheit der Passagiere im Auto

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      Denkende Autos

      Glatteis, Aquaplaning, ein plötzlicher Stau, Fußgänger auf der Fahrbahn: Der Straßenverkehr ist voller Gefahren. Der Mensch erfasst die Situation intuitiv und reagiert – aber oft nicht schnell genug. Um das Autofahren sicherer zu machen, arbeiten die deutschen Automobilhersteller zusammen mit Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen an Fahrerassistenzsystemen. Diese erstellen zum Beispiel mit Radar, Video und Ultraschall ein Bild der Umgebung, der Bordcomputer wertet die Daten aus, warnt den Fahrer oder aktiviert Notbremse und Antiblockiersystem. So lassen sich nicht nur Unfälle vermeiden, sondern auch die technischen Voraussetzungen schaffen für das komplett automatisierte Fahren der Zukunft.

      Foto: Ein Ball auf der Fahrbahn – das Auto denkt mit und weicht aus

      Weltmeister der Innovation



      Foto 1: Auto und Internet wachsen immer mehr zusammen



      Foto 2: Die Fahrzeuge der Zukunft sind vernetzt

      Volkswagen ist der innovativste Autobauer der Welt. Knapp 250 Neuerungen aus dem Wolfsburger Unternehmen bringen 2014 dem Kunden zusätzlichen Nutzen. Die Plätze zwei und drei belegen Daimler und Ford.

      Knapp 30 Milliarden Euro investieren die deutschen Autobauer jährlich in Forschung und Entwicklung. Die wichtigsten Forschungsthemen sind dabei Sicherheit und digitale Vernetzung der Fahrzeuge.

      PWC, 2015/Studie: Center of Automotive Management (CAM)

      HÖRST DU DEN UNTERSCHIED?

      Jeder Motor hat seinen ganz eigenen Klang.
      Drücke den Startknopf!
      Welchen Motor hörst du?


      ZWEITAKTMOTOR
      BOXERMOTOR
      DIESELMOTOR
      OTTOMOTOR
      ELEKTROMOTOR

      optik

      „ICH WOLLTE ETWAS MACHEN - ETWAS WOMIT DIE WELT NICHT RECHNET." Stefan Hell, *1962,Physiker und Nobelpreisträger

      Für die Entwicklung der STED-Mikroskopie erhält der Max-Planck-Wissenschaftler Stefan Hell 2014 den Chemie-Nobelpreis. Hells Erfindung ermöglicht es, lebende Strukturen im Nanobereich zu beobachten. Gerade für die Hirnforschung verspricht das neue bahnbrechende Erkenntnisse.

      01
      Rosetta - Bilder vom Kometen

      Zehn Jahre dauert es, bis die Raumsonde Rosetta am 12. November 2014 den Kometen Tschurjumow-Gerassimenko erreicht – 500 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Kometen sind vor allem bekannt für ihren charakteristischen Schweif.

      Doch diesmal interessieren sich die Wissenschaftler besonders für den eisigen Kometenkern: Die von Max-Planck-Forschern entwickelte Spezialkamera an Bord der Sonde sendet spektakuläre Bilder zur Erde. Der Datenflug durchs All dauert dabei gerade einmal 28 Minuten und 20 Sekunden. Nie zuvor hat jemand solche Details gesehen. Selbst mit den besten Teleskopen wären sie von der Erde aus nicht zu erkennen.

      Foto: Die Raumsonde Rosetta vor dem Kometen Tschurjumow-Gerassimenko (Collage)

      02
      Nanoskopie

      Wo sind die Grenzen des Sehens? Der deutsche Physiker Ernst Abbe berechnet 1873, dass ein Lichtmikroskop nur Details zeigen kann, die mindestens eine halbe Wellenlänge des verwendeten Lichts voneinander entfernt sind. Physiker glauben daher lange, dass die Auflösung eines Lichtmikroskops nicht besser sein kann als 200 Nanometer.

      Doch 1999 wird diese Grenze überschritten: Das von dem Göttinger Physiker Stefan Hell entwickelte STED-Mikroskop zeigt Details, die nur wenige Nanometer groß sind. Der Trick: Die winzigen Strukturen werden zum Leuchten gebracht – anschließend wird ein Teil des Lichts, das sie abstrahlen, mit einem zweiten, speziellen Lichtstrahl wieder abgeschaltet. Dies verhindert, dass sich nahe beieinanderliegende Strukturen gegenseitig überstrahlen.

      Ein Nanometer sind 0,000000001 Meter. Damit ist das STED-Mikroskop um das zehn- bis hundertfache leistungsfähiger als ein klassisches Lichtmikroskop.

      Foto 1 + 2: Proteinstrukturen in einer Zelle, konventionelles Mikroskop (oben) und STED-Mikroskop (unten)
      Film: STED- Lichtblicke in die Nanowelt

      03
      Mikroskopie und Hirnforschung

      Wie denken, fühlen und lernen wir? Diese Fragen lassen sich nur beantworten, wenn man Aufbau und Funktion des Gehirns genau versteht. Dazu ist es notwendig, einzelne Nervenzellen und ihre Aktivitäten sichtbar zu machen. Der Biophysiker Winfried Denk entwickelt Ende der 1980er Jahre das Lichtmikroskop weiter zum Zwei-Photonen-Fluoreszenz-Mikroskop: Ein Laser sendet Photonen, also Lichtteilchen, so in die Probe hinein, dass sie sich an einem genau definierten Punkt überlagern und verstärken. Auf diese Weise können die Forscher unter anderem circa einen Millimeter weit ins lebendige Hirngewebe hineinsehen und so das Gehirn direkt „bei der Arbeit“ beobachten.

      Gerade in der Hirnforschung bieten die neuen lichtmikroskopischen Verfahren große Möglichkeiten. Denn im Gegensatz zur Elektronenmikroskopie können mit ihnen lebende Zellen und Gewebe untersucht werden.

      Foto: Lebende Netzhautzelle unter dem Zwei-Photonen-Fluoreszenz-Mikroskop

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      Die Entdeckung der Viren

      Ebola, Aids, Pocken, Masern, Grippe – viele gefährliche Krankheiten werden durch Viren übertragen. Dennoch dauert es lange, bis die Forscher diese Krankheitserreger identifizieren können. Der Grund: Viren sind winzig, viel kleiner als Bakterien. Unter dem klassischen Lichtmikroskop sind Viren nicht sichtbar. Erst das Elektronenmikroskop, eine Erfindung des deutschen Physikers Ernst Ruska, erlaubt 1931 den Blick in die Nano-Welt. Anstelle von Licht verwendet Ruska kurzwellige Elektronenstrahlen. Zusammen mit seinem Bruder, dem Mediziner Helmut Ruska, kann der Physiker als Erster Viren genau beobachten und klassifizieren. 1986 erhält Ernst Ruska für seine Erfindung den Nobelpreis für Physik.

      Moderne Elektronenmikroskope erreichen eine Auflösung von bis zu 0,1 Nanometer und ermöglichen Forschern zum Beispiel die genaue Untersuchung von Proteinen.

      Foto 1: Ernst Ruska am Elektronenmikroskop, um 1955
      Foto 2: Ruskas Skizze des ersten Elektronenmikroskops, 1931
      Foto 3: Modernes Elektronenmikroskop

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      Blick in die Ferne

      1846 entdeckt der Berliner Astronom Johann Gottfried Galle den Planeten Neptun. Das Fernrohr, das er dafür benutzt, ist das Beste vom Besten seiner Zeit. Es stammt aus der Werkstatt des bayerischen Optikers Joseph von Fraunhofer – nur er allein kann Anfang des 19. Jahrhunderts Linsen ohne Schlieren und Blasen in höchster Qualität herstellen.

      Moderne Teleskope sind um ein Vielfaches leistungsfähiger: Das Very Large Telescope (VLT) beispielsweise, das aus vier großen miteinander verbundenen Teleskopen besteht, könnte selbst die Scheinwerfer eines Autos auf dem Mond noch als getrennte Lichtpunkte erkennen. Max-Planck-Wissenschaftler erforschen mit dem VLT derzeit das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße.

      Foto 1: Das Very Large Telescope (VLT) in der chilenischen Atacama-Wüste
      Foto 2: Fast kann man die Sterne greifen am klaren Himmel über der Wüste
      Foto 3: Das Zentrum der Milchstraße, aufgenommen mit dem VLT

      Die Sterne rücken näher


      Foto: Darstellung des Sonnenspektrums, gezeichnet und koloriert von Joseph von Fraunhofer, um 1815
      Film: Die Fraunhofer`schen Linien

      Als Optiker und Glasschleifer hat Joseph von Fraunhofer Anfang des 19. Jahrhunderts einen exzellenten Ruf.
      Er produziert die besten Fernrohre der Welt. Dabei hilft ihm auch seine wichtigste wissenschaftliche Entdeckung – die nach ihm benannten Fraunhofer‘schen Linien im Sonnenspektrum.

      Heute sind diese Spektrallinien ein wichtiges Instrument der Astronomie. Mit ihrer Hilfe können Forscher unter anderem erkennen, aus welchen Elementen sich ein Himmelskörper zusammensetzt.

      Blicke in eine andere Welt!

      Entdecke das Universum und die Welt im Kleinsten! Aufnahmen modernster Mikroskope und Teleskope geben dir faszinierende Einblicke.


      MIKROSKOPIE


      Fluoreszenzmikroskop: Komplexes Geflecht von Nervenzellen


      STED-Mikroskop: Stützprotein Keratin in lebenden Zellen


      Elektronenmikroskop: Herpesviren

      ASTRONOMIE


      Kamera OSIRIS: Komet Tschurjumow-Gerassimenko, aufgenommen von der Raumsonde Rosetta


      Solar Telescope: Brodelnde Oberfläche der Sonne, aufgenommen von der Insel La Palma / Spanien


      Weltraumteleskop Hubble: Spiralgalaxie Messier 83, 15 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt

      medizin

      „LEBEN IST DAS FASZINIERENDSTE, WAS ES GIBT.“ Christiane Nüsslein-Volhard, *1942, Biologin und Medizin-Nobelpreisträgerin

      Wie entsteht aus einer Eizelle ein komplexes neues Lebewesen? Diese Frage beschäftigt Christiane Nüsslein-Volhard ihr gesamtes Forscherleben. Für ihre Arbeiten erhält die Max-Planck-Wissenschaftlerin im Jahr 1995 als erste deutsche Frau den Nobelpreis für Medizin und Physiologie. Ihre Erkenntnisse liefern wichtige Grundlagen für die Medizin, etwa für die Krebsforschung.

      01
      Unsichtbare Killer

      13 Millionen Opfer pro Jahr – auch heute noch sind Infektionskrankheiten wie Tuberkulose, Aids, Malaria und Grippe eine tödliche Bedrohung. Hervorgerufen werden sie durch mikroskopisch kleine Organismen, vor allem durch Bakterien und Viren. Diese Erreger aufzuspüren, zu identifizieren und wirksame Medikamente oder Impfstoffe gegen sie zu entwickeln, ist oft schwierig.

      Einer der Pioniere ist der deutsche Arzt und Mikrobiologe Robert Koch, der erstmals zweifelsfrei nachweisen kann, dass eine Krankheit von einem Bakterium verursacht wird. 1882 entdeckt Koch den Erreger der Tuberkulose, 1905 wird er dafür mit dem den Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet.

      Foto: Der Arzt Robert Koch entdeckt 1882 den Erreger der Tuberkulose

      02
      Unbekannte Strahlen

      Niemand kann einen Menschen durchleuchten, sein Skelett sichtbar machen, ohne ihn zu verletzen – zumindest nicht bis zum 8. November 1895. An diesem Tag entdeckt der Physiker Wilhelm Conrad Röntgen durch Zufall eine neuartige Strahlung, die er „X-Strahlen“ nennt. Für die Medizin ist die Entdeckung von revolutionärer Bedeutung: Die Strahlen – die im Deutschen später Röntgenstrahlen genannt werden – eröffnen völlig neue Möglichkeiten der Diagnose.

      Röntgen erhält 1901 den allerersten Nobelpreis für Physik. Auf ein Patent verzichtet er – seine Entdeckung soll dem Wohl der ganzen Menschheit dienen.

      Foto 1: Das erste „Röntgenbild“ der Welt: Frau Röntgens Hand mit Ehering
      Foto 2: Untersuchung mit Röntgenstrahlen, um 1900

      03
      Ins Netz gegangen

      Warum werden manche Menschen krank und andere nicht? Hier spielt das Immunsystem eine wichtige Rolle. Die erste Verteidigungslinie des Körpers bilden die weißen Blutkörperchen – auf Abwehr spezialisierte Zellen, die Bakterien erkennen und unschädlich machen. Sie können Erreger buchstäblich auffressen, indem sie sie umschließen und verdauen. Das ist schon lange bekannt. Doch das Immunsystem ist auch heute noch für eine Überraschung gut: 2003 entdecken Max-Plack-Forscher einen besonderen Trick mancher Abwehrzellen: Sie können ihr Innerstes nach außen kehren und wie ein Netz auswerfen, das Bakterien fängt und abtötet.

      Foto: Shigella-Bakterien – die Erreger der Bakterien-Ruhr – im Netz der Abwehrzellen

      04
      Ein neuer Impfstoff gegen TBC

      Auch heute noch ist ein Drittel der Weltbevölkerung mit Tuberkulose-Erregern infiziert. Betroffen sind vor allem Menschen in den ärmeren Ländern. Weil ihr Immunsystem durch schlechte Ernährung oder andere Krankheiten geschwächt ist, bricht die Tuberkulose bei ihnen besonders häufig aus. Die Therapie ist oft langwierig und schwierig, da viele Erreger resistent sind gegen die verfügbaren Medikamente. Stefan Kaufmann und sein Team vom Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie arbeiten derzeit an einem neuen Impfstoff. In Südafrika haben sie ein eigenes Forschungszentrum gegründet, an dem Strategien gegen HIV und Tuberkulose entwickelt werden.

      Foto: Ein wichtiges Ziel ist auch eine verbesserte Diagnostik der Tuberkulose

      05
      „Wunderpille“

      Schon seit Urzeiten nutzen die Menschen den Sud der Weidenrinde, um Schmerzen zu stillen und Fieber zu senken. Den Stoff, der für die Wirkung verantwortlich ist, entdeckt der Chemiker Felix Hoffmann von der Firma Bayer 1897 eher zufällig: Aus Salicylsäure und Essig gewinnt er Acetylsalicylsäure (ASS). 1899 bringt Bayer das neue Medikament unter dem Namen Aspirin auf den Markt, zunächst als Pulver, bald auch als Tablette. Doch ASS wirkt nicht nur gegen Schmerzen, Fieber und Entzündungen: Indem es das Blut flüssiger macht, beugt es auch Gefäßverschlüssen und damit Herzinfarkt und Schlaganfall vor.

      Aspirin wird zum bekanntesten Medikament der Welt; weltweit werden jährlich Milliarden Tabletten davon verkauft.

      Foto 1: Aspirin
      Foto 2: Produktion von Aspirin, 1939

      06
      Künstliche Haut

      Haut aus der Fabrik. Das klingt nach Science-Fiction – ist es aber nicht. In einer vollständig automatisierten Anlage, die Ingenieure und Biologen der Fraunhofer-Gesellschaft entwickelt haben, wird Haut maschinell produziert: Roboter transportieren kleine Hautproben heran, zerkleinern diese und sorgen dafür, dass sich die Zellen vermehren. Die Industrie benutzt diese „Kunsthaut“, um Kosmetika und Chemikalien zu testen. So braucht man weniger Tierversuche. Das nächste Ziel ist es nun, Gewebe für die regenerative Medizin zu gewinnen: Aus winzigen Haut- oder Knorpelstücken von Patienten soll die „Haut-Fabrik“ individuelle Transplantate zum Beispiel für Brandopfer erstellen.

      Foto: Für die Produktion der „Kunsthaut“ wird eine Hautprobe automatisch zerkleinert

      Mit Geld Zeit kaufen

      In der Welt der Wissenschaft haben Frauen es oft nicht leicht. Besonders, wenn sie neben ihrer intensiven Tätigkeit eine Familie mit Kindern haben wollen. Das führt dazu, dass Frauen in der deutschen Spitzenforschung auch heute noch nicht angemessen vertreten sind.

      Die Medizin-Nobelpreisträgerin Christiane Nüsslein-Volhard gründet deshalb mit einem Teil des Preisgelds die CNV-Stiftung. Diese unterstützt junge Wissenschaftlerinnen bei Haushalt und Kinderbetreuung, damit sie mehr Zeit für die Wissenschaft haben.


      Foto 1: Zebrafische spielen in der wissenschaftlichen Arbeit von Christiane Nüsslein-Volhard eine Hauptrolle


      Foto 2: Mehr Zeit im Labor dank der CNV-Stiftung

      Achtung ansteckend!

      Vier Erreger – vier Krankheiten. Was gehört zusammen? Drehe die beiden Rollen und finde es heraus.

      Aids

      Viren dringen in die Zellen des Wirtsorganismus ein und programmieren deren Stoffwechsel so um, dass immer neue Viren produziert werden. Vom Aidserreger HIV infizierte Zellen setzen pro Tag bis zu 10 Milliarden neue HI-Viren (hier rosa) frei.


      Rasterelektronenmikroskopie, 60 000-fache Vergrößerung

      Tuberkulose

      Dank einer besonders starken Hülle können Tuberkulosebakterien (hier rot) in den Zellen des Immunsystems (hier grün) jahrelang überleben und bei dessen Schwächung – sei es durch Krankheiten wie Aids oder durch das Alter – wieder aktiviert werden.


      Rasterelektronenmikroskopie, 40 000-fache Vergrößerung

      Typhus

      Bei der Bekämpfung von Typhus spielt Hygiene eine entscheidende Rolle. Die Erreger –Bakterien des Typs Salmonella typhi – werden meist durch verunreinigtes Wasser oder Nahrungsmittel übertragen.


      Rasterelektronenmikroskopie, 30 000-fache Vergrößerung

      Grippe

      An der Virusgrippe (Influenza) erkranken jährlich ca. 10-20 Prozent der Weltbevölkerung. Weil sich Grippeviren – hier in Rot das Virus der Schweinegrippe H1N1 – sehr schnell verändern, ist die Impfstoffentwicklung eine große Herausforderung.


      Rasterelektronenmikroskopie, 60 000-fache Vergrößerung

      MATERIAL

      „ICH HABE ANGEFANGEN WIE EIN WANDERER, DER IN EIN UNBEKANNTES LAND AUFBRICHT.“ Karl Ziegler, 1898–1973, Chemiker und Nobelpreisträger

      Karl Ziegler beschreibt sein Lebenswerk oft als eine lange Reise mit ungewissem Ausgang. Das fremde Land, das er erforscht, ist die Chemie zwischen Metallen und Kohlenstoffverbindungen. Seine Arbeiten ermöglichen die Massenproduktion von Kunststoffen wie Polyethylen und Polypropylen. 1963 erhält er dafür den Chemie-Nobelpreis. Heute sind Kunststoffe aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken.

      01
      Gummi vom Feld

      Taucheranzug, Autoreifen, Gummidichtungen – mehr als 40000 Alltagsprodukte enthalten Kautschuk. Dieser wird traditionell aus dem Milchsaft des Kautschukbaums gewonnen. Da die Bäume aber nur in tropischem Klima wachsen, entwickelt der deutsche Chemiker Fritz Hofmann bereits während des Ersten Weltkriegs einen synthetischen Kautschuk. Heute wird Kautschuk – und damit auch Gummi – meist aus Erdölprodukten hergestellt.

      Aber auch andere Quellen haben Potenzial: Zum Beispiel der Russische Löwenzahn, dessen Milchsaft ebenfalls Kautschuk enthält. Fraunhofer-Forscher bauen derzeit zusammen mit dem Reifenhersteller Continental eine Pilotanlage, um große Mengen Löwenzahn-Kautschuk zu gewinnen.

      Foto 1: Russischer Löwenzahn (Taraxacum koksaghyz) liefert natürlichen Kautschuk
      Foto 2: Autoreifen könnten bald das erste industrielle Löwenzahnprodukt sein Film: Naturkautschuk aus Löwenzahn

      02
      Maßgeschneiderter Stahl

      Stahl ist nicht gleich Stahl. Eine Turbine muss anderen Kräften standhalten als eine Autokarosserie oder ein Brückenpfeiler. Damit die Bauteile den konkreten Anforderungen gewachsen sind, werden Spezialstähle benötigt. 2500 verschiedene davon gibt es bereits. Hauptbestandteil ist immer Eisen. Durch Zugabe von Fremdelementen – Mangan, Nickel oder Chrom – bekommt der Stahl seine besonderen Eigenschaften: Er wird zum Beispiel leichter, stabiler oder lässt sich besser dehnen. Mit Computerprogrammen können Wissenschaftler die Eigenschaften vorab simulieren und optimieren. So werden Turbinen langlebiger, Flugzeuge leichter und Autos sicherer.

      Bis vor kurzem glaubten selbst Fachleute, dass bei der Entwicklung von Stahl kaum noch Neues möglich sei. Die innovativen Stähle der deutschen Werkstoffforscher beweisen das Gegenteil.

      Foto 1: Legierungen mit verschiedenen Zusätzen verbessern die Eigenschaften von Stahl
      Foto 2: Heute wird Stahl für jede Anwendung optimiert, zum Beispiel für Flugzeugturbinen

      03
      Carbon in Serie

      Helme, Fahrräder, Tennisschläger, aber auch Flugzeuge und Formel-1-Rennwagen sollen möglichst leicht und trotzdem stabil sein. Mit carbonfaserverstärkten Kunststoffen, kurz CFKs, wird das möglich. Der Nachteil: Viele Arbeitsschritte müssen bisher per Hand ausgeführt werden und das macht die Produkte teuer. Deutsche Materialforscher arbeiten zusammen mit Spezialisten in der Automobilindustrie an neuen Produktionsprozessen, die CFKs sehr viel günstiger machen. Maschinen können die Fasern flechten, formen und mit Harz ummanteln. Die fertigen Teile wiegen nur halb so viel wie Stahl, sind crashsicher und rosten nicht. Ein idealer Werkstoff für sparsame Flugzeuge und Autos – denn mit dem Gewicht sinkt auch der Kraftstoffverbrauch.

      Foto: Neue Produktionsprozesse machen carbonfaserverstärkte Kunststoffe günstiger

      04
      Lotoseffekt

      Lotosblätter sind immer sauber – darum gilt die Pflanze in vielen Religionen als Symbol absoluter Reinheit. Der Mythos hat einen wissenschaftlichen Hintergrund: Wasser kann die Blätter nicht benetzen, perlt sofort ab und nimmt den Schmutz mit. Warum, das fand der deutsche Botaniker Wilhelm Barthlott in den 1970er-Jahren heraus: Die Oberflächen der Blätter sind nicht glatt, sondern von Mikrostrukturen überzogen. Heute nutzen Forscher und Forscherinnen den Lotoseffekt, um spezielle wasser-, öl- und sogar blutabweisende Oberflächen zu entwickeln. Ziel der Wissenschaftler sind selbstreinigende Solarzellen, schmutzabweisende Fensterscheiben und besonders effektive Herz-Lungen-Maschinen.

      Foto 1: Auf dem Blatt der Lotosblume findet Wasser keinen Halt
      Foto 2: Nanobeschichtete Lacke nutzen den Lotoseffekt: Wasser perlt ab und nimmt Schmutz mit

      05
      Kleidung, die mitdenkt

      Die Feuerwehrjacke mit integrierter Elektronik – entwickelt in einem Forschungsprojekt der Bundesregierung – kann weit mehr, als nur extremer Hitze standhalten. Im Einsatz meldet sie zuverlässig die Position des Feuerwehrmanns, seinen Herzschlag und seine Körpertemperatur. Und sollte es nötig werden, alarmiert die intelligente Jacke die Einsatzleitung, die dann Hilfe schicken kann.

      Doch nicht nur in Notfällen hilft smarte Bekleidung: Ein intelligentes Fitness-Shirt, an dem Fraunhofer-Forscher arbeiten, misst Atmung und Puls. So kann der Sportler sein Training optimieren.

      Foto: „Intelligente“ Kleidung kann Leben retten

      06
      Allgegenwärtiger Kunststoff

      Bobby Car, Putzeimer, Rohre, Müllsäcke, medizinische Implantate – vom High-Tech-Produkt bis zum Alltagsgegenstand: Polyethylen ist der am häufigsten genutzte Kunststoff. Es ist äußerst stabil, wird selbst von aggressiven Substanzen nicht angegriffen und hält starken Temperaturschwankungen stand. Wie sich Polyethylen kostengünstig und schnell herstellen lässt, findet 1953 der Max-Planck-Forscher Karl Ziegler heraus: Ethylen-Gas verwandelt sich bei Zimmertemperatur und normalem Luftdruck in Polyethylen, wenn man bestimmte Metallverbindungen – die Ziegler-Natta-Katalysatoren – zugibt. Erst diese Entdeckung schafft die Voraussetzung für die Massenproduktion.

      Die Stabilität des Polyethylens hat jedoch auch Nachteile: Plastiktüten tragen weltweit zu wachsenden Müllbergen bei und belasten die Umwelt. Bis zum Beispiel eine Tragetasche vollständig zerfällt, kann es mehrere hundert Jahre dauern.

      Foto: Chemie-Nobelpreis 1963: König Gustav VI Adolf von Schweden gratuliert Karl Ziegler (rechts)

      Recycling: Aus Alt mach neu

      Flaschen in den Glascontainer, Zeitungen zum Altpapier, Kartoffelschalen in die Biotonne: Die Deutschen sind Weltmeister im Mülltrennen.

      1990 entsteht in Deutschland das weltweit erste System zur systematischen Wiederverwertung von Verpackungen. Der Anfang war schwierig … aber heutzutage gehören bunte Mülltonnen in vielen Ländern ganz selbstverständlich zum Stadtbild dazu. Es gibt hochmoderne Sortiermaschinen zum Trennen und Sortieren des Abfalls. Fast 60 Prozent des deutschen Mülls werden wiederverwertet.


      Foto: Recycling ist umweltfreundlich und hilft, Ressourcen zu sparen

      ENTDECKE UND STAUNE!

      Wissenschaftler forschen laufend an neuen Werkstoffen. Entdecke innovative und coole Materialien aus deutschen Laboren.

      1) Schäume aus Metall
      Stabil und trotzdem leicht: Schäume aus Metall absorbieren Schall, Wärme und Stoßenergie. Eingesetzt werden sie zum Beispiel im Automobilbau und in der chemischen Industrie.

      2) Beton aus nachwachsenden Rohstoffen
      Er ist leicht, wirkt dämpfend und schützt gefährdete Gebäude – zum Beispiel Botschaften – gegen Explosionen. Das Besondere: Polymerbeton besteht zu einem wesentlichen Teil aus Maiskolben und Naturfasern.

      3) Carbon
      Leicht, crashsicher und rostfrei – in der Formel 1 und in der Luftfahrt ist Carbon seit Jahren im Einsatz. Dank innovativer Fertigungsprozesse ist der teure Werkstoff zunehmend auch für Alltagsgegenstände interessant.

      4) Stahl
      Ob Autoblech, Turbine oder medizinisches Implantat – Spezialstähle können heute für fast jede Anwendung maßgeschneidert werden.

      5) Gummi aus Löwenzahn
      Autoreifen aus nachwachsenden Rohstoffen – der Russische Löwenzahn macht‘s möglich. Aus seinem Milchsaft wird Naturkautschuk produziert.

      6) Holz-Polymer-Werkstoffe (WPC)
      60 Prozent Holzpartikel und 40 Prozent thermoplastische Kunststoffe: Der ressourcenschonende Materialmix ist wasserabweisend und sogar für Badezimmer- und Gartenmöbel geeignet.

      STUDIEREN UND FORSCHEN

      80 MILLIARDEN EURO FÜR FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG

      Forschungslandschaft
      Deutschland zählt zu den führenden Wissenschaftsstandorten der Welt. Mehr als 400 Universitäten und Fachhochschulen bieten eine Vielzahl von Forschungsmöglichkeiten. Eine zentrale Rolle spielen die vier großen außeruniversitären Forschungsorganisationen:

      Fraunhofer-Gesellschaft
      Helmholtz-Gemeinschaft
      Leibniz-Gemeinschaft
      Max-Planck-Gesellschaft

      Auch in deutschen Unternehmen wird intensiv geforscht. Sie finanzieren einen Großteil der Forschung und Entwicklung in Deutschland und stellen mehr als zwei Drittel der rund 80 Milliarden Euro jährlich. Von zunehmender Bedeutung sind auch die internationalen Programme der Europäischen Union.

      2,6 MILLIONEN STUDIERENDE UND 17 500 STUDIENANGEBOTE

      Studieren in Deutschland
      Deutsche Hochschulen haben weltweit einen hervorragenden Ruf. Sie überzeugen durch Qualität und Vielfalt, ihre Abschlüsse sind international anerkannt.

      Rund 17 500 Studienangebote und 2,6 Millionen Studierende gibt es an den mehr als 400 deutschen Hochschulen. Sie sind öffentlich finanziert, daher nehmen sie keine oder nur geringe Studiengebühren. Deutschland zählt weltweit zu den beliebtesten Studienzielen internationaler Studierender.

      Der Deutsche Akademische Austauschdienst (DAAD) berät weltweit rund um das Thema Studieren in Deutschland. An der Universität ist das Akademische Auslandsamt, häufig auch International Office genannt, die wichtigste Anlaufstelle für internationale Studierende.
      www.daad.de

      DER ERSTE SCHRITT INS ERFOLGREICHE FORSCHERLEBEN...

      Promotion
      Deutschland bietet beste Rahmenbedingungen für den Start in eine wissenschaftliche Karriere. Zwei Wege führen zum Doktortitel:
      Bei der Individualpromotion sucht sich der Doktorand einen Betreuer oder eine Betreuerin an einer Hochschule und arbeitet unter Anleitung eigenständig an seiner Dissertation.
      Die strukturierten Promotionsprogramme ähneln dem angelsächsischen PhD-System. Hier kümmert sich ein Team von Betreuern um die Doktoranden. Sie sind eingebunden in ein interdisziplinäres Curriculum, das neben fachlichen auch soziale und kommunikative Kompetenzen vermittelt. Arbeitssprache ist in der Regel Englisch.
      In Deutschland gibt es derzeit etwa 700 Promotionsprogramme, zum Beispiel die International Max Planck Research Schools, die Max-Planck-Institute gemeinsam mit Universitäten und anderen Forschungseinrichtungen anbieten.

      DAAD: Promovieren in Deutschland
      Research in Germany
      International Max Planck Research Schools

      MEHR ALS 50 000 AKADEMIKER AUS ALLER WELT WERDEN JÄHRLICH GEFÖRDERT...

      Stipendien
      Künstler, Journalist oder Wissenschaftler? Studium, Hospitanz oder Forschungsaufenthalt? Deutschland bietet ein großes Angebot an Stipendien. Der Deutsche Akademische Austauschdienst fördert jährlich circa 120 000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, davon mehr als 50 000 aus dem Ausland. Über 70 Büros und rund 450 Lektorate bieten individuelle Beratung.
      Stipendiendatenbank DAAD

      • Die deutschen Botschaften und Konsulate beraten entweder selbst oder sie kennen den richtigen Ansprechpartner.
      www.auswaertiges-amt.de

      • Die 160 Goethe-Institute in 94 Ländern vergeben Stipendien im Bereich Deutsch als Fremdsprache. Sie bieten Sprachkurse und Sprachprüfung auf allen Niveaus. Deutschkenntnisse verbessern die Chancen, ein Stipendium zu bekommen.
      www.goethe.de

      Aber es gibt noch viel, viel mehr. Stipendien vergeben auch Stiftungen und Kirchen, die Universitäten selbst, die Europäische Union, Künstlerhäuser…

      1901: DER ERSTE NOBELPREIS WELTWEIT GEHT NACH DEUTSCHLAND

      Weltbekannte Forscher
      Viele deutsche Wissenschaftler erhalten für ihre herausragende Forschungsarbeit den Nobelpreis, den wichtigsten Wissenschaftspreis der Welt. Wilhelm Conrad Röntgen und Emil von Behring waren nicht nur die ersten Deutschen, die den begehrten Nobelpreis erhielten - sie waren 1901 die ersten Preisträger überhaupt in Physik und Medizin. Seither haben über 80 weitere Deutsche den bedeutenden Preis erhalten.

      Die komplette Liste gibt es hier: Deutsche Nobelpreisträger

      DEUTSCH LERNEN

      Deutsch oder Englisch?
      Wer in Deutschland studieren möchte, braucht gute Deutschkenntnisse. Für die Zulassung zum Studium muss man eine Prüfung ablegen. In den circa 1700 internationalen Programmen ist in erster Linie Englisch gefragt. Auch an vielen Forschungseinrichtungen ist Englisch die Arbeitssprache. Hilfreich aber sind Deutschkenntnisse auf jeden Fall: Nur so lernt man Deutschland, seine Kultur und Menschen wirklich kennen.

      Das Goethe-Institut bietet in mehr als 85 Ländern der Welt, auch in Deutschland, Deutschkurse an. Hier kann man international anerkannte Deutschzertifikate erwerben. Wer keine Möglichkeit hat, einen Sprachkurs zu besuchen, kann auch über einen Fernkurs Deutsch lernen.
      www.goethe.de

      Speziell für Studentinnen und Studenten gibt es die Prüfung TestDaF. Diese Prüfung kann an circa 450 Testzentren weltweit abgelegt werden.
      www.testdaf.de

        © Pixabay
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