Digital Think Tank (DTT)

Science Tank

Herzlich Willkommen in unser Rubrik „Science Tank“. In diesem Bereich der Webpräsenz beschäftigen wir uns interdisziplinär mit relevanten Entdeckung aus der Welt der Wissenschaften (Physik, Mathematik, Informatik, Medizin u.v.m). Dabei publizieren wir wichtige Errungenschaften aus der Welt mit einem besonderen Focus auf die wissenschaftliche Umgebung in Göttingen. Viel Spaß und bleiben Sie neugierig.     

Hologramme wie bei Star Wars.


Mit sorgfältig präparierten Nanomaterialien gelang es Wissenschaftlern der Tokyo University of Agriculture and Technology, den Laserstrahl so zu „biegen“, dass ein holografisches Bild mit bisher unerreichten Eigenschaften entstand, das von Beobachtern mit den aus der "Star Wars"-Serie bekannten Hologrammen verglichen wurde. Dank der neuen Technik wurde das Bild eines rotierenden Globus geschaffen. Die Arbeit des japanischen Forscherteams wurde in der Zeitschrift "Optics Express" beschrieben.

Video auf Youtube https://youtu.be/O1fHIcPXEjE

Weiterlesen

Drucken E-Mail

Co-Design von Elektronik mit Mikrofluidik für eine nachhaltigere Kühlung

Das Wärmemanagement ist eine der wichtigsten Herausforderungen für die Zukunft der Elektronik. Mit der ständig zunehmenden Datengenerierungs- und Kommunikationsrate sowie dem ständigen Drang, Größe und Kosten industrieller Wandlersysteme zu reduzieren, ist die Leistungsdichte der Elektronik gestiegen. Infolgedessen hat die Kühlung mit ihrem enormen Energie- und Wasserverbrauch immer größere Auswirkungen auf die Umwelt, und es werden neue Technologien benötigt, um die Wärme auf nachhaltigere Weise - d.h. mit weniger Wasser- und Energiebedarf - zu gewinnen. Die Einbettung der Flüssigkeitskühlung direkt in den Chip ist ein vielversprechender Ansatz für ein effizienteres Wärmemanagement. Allerdings werden Elektronik und Kühlung selbst bei modernsten Ansätzen getrennt behandelt, so dass das volle Energiesparpotenzial der eingebetteten Kühlung ungenutzt bleibt.

Mitentworfene mikrofluidisch gekühlte elektrische Vorrichtung

Quelle Bild: Nature 585, 211216 (2020)

Weiterlesen

Drucken E-Mail

Deutscher Zukunftspreis 2020: EUV-Entwickler von TRUMPF, ZEISS und Fraunhofer nominiert!

Das Bundespräsidialamt gab heute im Ehrensaal des Deutschen Museums in München die Nominierten für den Deutschen Zukunftspreis 2020 bekannt. Im Kreis der Besten – den drei Projekten für die Endrunde des Preises des Bundespräsidenten für Technik und Innovation – ist ein Experten-Team von TRUMPF, ZEISS und Fraunhofer IOF: Mit ihrem Projekt »EUV-Lithographie – Neues Licht für das digitale Zeitalter« sind Dr. Peter Kürz, ZEISS Sparte Semiconductor Manufacturing Technology (SMT), Dr. Michael Kösters, TRUMPF Lasersystems for Semiconductor Manufacturing, und Dr. Sergiy Yulin, Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena, nominiert.

Das Experten-Team vor dem weltweit stärksten gepulsten Industrielaser, der für die Licht-Erzeugung eingesetzt wird, um die EUV-Lithographie zu ermöglichen (v.l.): Dr. Peter Kürz, ZEISS Sparte SMT, Dr. Michael Kösters, TRUMPF Lasersystems for Semiconductor Manufacturing und Dr. Sergiy Yulin, Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF
Lesen Sie mehr hier

Drucken E-Mail

Kausale Zukunftsprognose in einer Minkowski-Raumzeit

Zukünftige Ereignisse abzuschätzen ist eine schwierige Aufgabe. Im Gegensatz zum Menschen sind die Ansätze des maschinellen Lernens nicht durch ein natürliches Verständnis der Physik reguliert. In der freien Natur unterliegt eine plausible Abfolge von Ereignissen den Regeln der Kausalität, die sich nicht einfach aus einer endlichen Trainingsmenge ableiten lassen. In diesem Beitrag schlagen Forscher (Imperial College London) einen neuartigen theoretischen Rahmen vor, um kausale Zukunftsvorhersagen durch die Einbettung raum-zeitlicher Informationen in eine Minkowski-Raumzeit durchzuführen. Sie verwenden das Konzept des Lichtkegels aus der Speziellen Relativitätstheorie, um den latenten Raum des anarbiträren Modells einzuschränken und zu durchqueren. Sie demonstrieren erfolgreiche Anwendungen bei der kausalen Bildsynthetisierung und der Vorhersage zukünftiger Videobilder auf einem Bilddatensatz. Deren Rahmenwerk ist architektur- und aufgabenunabhängig und verfügt über starke theoretische Garantien für kausale Fähigkeiten.

Weiterlesen

Drucken E-Mail

Prüfung von Infusionen mittels eines optoakustischen Sensorsystems

Das Laser-Laboratorium Göttingen e.V. setzt sich bei der diesjährigen Ausschreibung zu GO-Bio initial vom BMBF durch.

Das Vorhaben „Optoakustisches Sensorsystem für die Überwachung von Infusionen“ (Oase) der Abteilung Photonische Sensorik schaffte es in die erste von zwei Phasen der Fördermaßnahme Go-Bio inital. Bei dieser hochkompetitiven Ausschreibung des BMBF wurden 41 von 178 Projektideen mit erkennbarem Innovationspotential zur Sondierungsphase zugelassen.

Weiterlesen

Drucken E-Mail

Geheimnisse der Algebra

Der letzte Artikel ist auf eine schöne Resonanz gestoßen (Danke dafür). Deshalb heute mal wieder etwas aus der Welt „Vergessene Mathematik“ - viel Spaß!   

Die Arithmetik kann einige ihrer Hochburgen oft nicht mit vagen Mitteln beweisen. In diesen Fällen brauchen wir allgemeinere Algebra-Methoden. Für diese Art von arithmetischen Theoremen, die algebraisch gerechtfertigt sind, ergeben sich viele Regeln für verkürzte Rechenoperationen.

Geschwindigkeitsmultiplikation:

In früherer Zeit, der Zeit ohne Computer oder Taschenrechner, benutzten große Arithmetiker viele einfache algebraische Tricks; um sich das Leben zu erleichtern:

Das „x“ ist hier stellvertretend für Multiplikation (wir waren zu faul um LaTeX zu bemühen :-) )

Schauen wir mal auf:


 988²=?

Können Sie es in Ihrem Kopf lösen?

Es ist sehr einfach, schauen wir es uns genauer an:


988 x 988 = (988 + 12) x (998 -12) + 12² = 1000 x 976 + 144 = 976 144


Es ist auch einfach zu verstehen, was hier passiert:

(a + b)(a - b) + b² = a² - b² + b² = a²

O.K. so weit so gut. Jetzt versuchen wir schnell zu rechnen -auch solche Kombinationen wie


986 x 997, ohne Taschenrechner!


986 x 997 = (986 - 3) x 1000 + 3 x 14 = 983 042

Was ist hier passiert? Wir können die Faktoren wie folgt aufschreiben:

Weiterlesen

Drucken E-Mail

Unerwarteter elektrischer Strom, der Fusionsreaktionen stabilisieren könnte

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass sich elektrische Ströme in bisher unbekannter Weise bilden können. Die neuen Erkenntnisse könnten es den Forschern ermöglichen, die Fusionsenergie, die die Sonne und die Sterne antreibt, besser auf die Erde zu bringen.


Für eine planare elektrostatische Welle, die mit einer einzelnen Spezies in einem kollisionsfreien Plasma wechselwirkt, impliziert die Impulserhaltung eine Stromerhaltung. Wenn jedoch mehrere Spezies mit der Welle wechselwirken, können sie einen Impuls austauschen, was zu einem Stromantrieb führt. Eine einfache, allgemeine Formel für diesen angetriebenen Strom wird in der Arbeit der Physiker abgeleitet. Als Beispiele zeigen sie, wie Ströme für Langmuir-Wellen in Elektron-Positron-Ionen-Plasmen und für ionenakustische Wellen in Elektron-Ionen-Plasmen angetrieben werden können.

Weiterlesen

Drucken E-Mail

Ein "schwieriges" Problem

Heute etwas aus der Rubrik "vergessene Mathematik". Es gibt immer wieder sehr interessante algebraische Zahlenzusammenhänge, die leider selten oder gar nicht in den Lehrplänen stehen, die jedoch das Zahlenverständnis und die mathematische Intuition erweitern.  

Sagen wir, jemand bittet Sie, die nächste Gleichung ohne technische Hilfsmittel zu lösen.


Können Sie das?


O.k. Auf den ersten Blick ist nicht so einfach. Aber wenn man die besondere und interessante Beziehung zwischen diesen Zahlen kennt, dann ist es wirklich simpel: 

Die linken Komponenten der Gleichung sind: 100 + 121 + 144 = 365; Mit anderen Worten:



 O.k. lassen Sie uns mit Hilfe einfachen Algebra herausfinden, ob wir mehr solcher Folgen finden können: Die erste Zahl, nach der wir suchen, ist "x":

Weiterlesen

Drucken E-Mail

Penning-Fallen-Massenmessungen des Deuterons und des HD+-Molekül-Ions

Die Masse des Deuterons sei um 0,1 milliardstel Prozent geringer als der in der Fachliteratur hinterlegte Wert! Mehr als 100 Jahre nach Entdeckung der Atomkerne ist noch immer unklar, wie schwer einzelne Exemplare sind. Ein exzellenter „Update“ gelang dem Forscherteam um Sascha Rau vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg.

Quelle Bild: Max-Planck Institut für Kernphysik

Die Massen der leichtesten Atomkerne und die Elektronenmasse sind miteinander verknüpft, und ihre Werte beeinflussen die Beobachtungen in der Atomphysik, Molekularphysik und Neutrinophysik sowie in der Metrologie. Die genauesten Werte für diese fundamentalen Parameter stammen aus der Penning-Fallen-Massenspektrometrie, die relative Massenunsicherheiten in der Größenordnung von 10E(-11) erreicht. Redundanzprüfungen anhand von Daten aus verschiedenen Experimenten zeigen jedoch erhebliche Inkonsistenzen bei den Massen des Protons, des Deuterons und des Helions (dem Kern von Helium-3), was darauf hindeutet, dass die Unsicherheit dieser Werte möglicherweise unterschätzt wurde.

Weiterlesen

Drucken E-Mail

Ein konzeptioneller Fortschritt, der Mikrorobotern Beine verleiht

Ein spannender Artikel erschienen in Nature, 530-531 (2020); doi: 10.1038/d41586-020-02421-2

Es wurden winzige Geräte entwickelt, die als Beine von lasergesteuerten Mikrorobotern fungieren können. Die Kompatibilität dieser Vorrichtungen mit mikroelektronischen Systemen legt einen Weg zur Massenproduktion von autonomen Mikrorobotern nahe.

Video auf Youtube https://youtu.be/8b_dMsYLkUs


1959 schlug der Nobelpreisträger und Nanotechnologie-Visionär Richard Feynman vor, dass es interessant wäre, "den Chirurgen zu schlucken" - d.h. einen winzigen Roboter zu bauen, der sich durch Blutgefäße bewegen könnte, um bei Bedarf Operationen durchzuführen. Diese ikonische Vorstellung von der Zukunft unterstrich die modernen Hoffnungen auf dem Gebiet der Robotik im Mikrometerbereich: autonome Geräte in Umgebungen einzusetzen, die ihre makroskopischen Gegenstücke nicht erreichen können. Der Bau solcher Roboter bringt jedoch mehrere Herausforderungen mit sich, darunter die offensichtliche Schwierigkeit, eine mikroskopisch kleine Lokomotive zusammenzubauen. In einem Artikel in Nature berichten Miskin et al. über elektrochemisch angetriebene Geräte, die lasergesteuerte Mikroroboter durch eine Flüssigkeit treiben und die sich leicht mit mikroelektronischen Komponenten integrieren lassen, um vollständig autonome Mikroroboter zu konstruieren.

Weiterlesen

Drucken E-Mail

Wie Wissenschaftler aufhören können, sich über Statistiken etwas vorzumachen

Ein spannender Artikel von Dorothy Bishop erschienen in Nature 584, 9 (2020); doi: 10.1038/d41586-020-02275-8

Das Sammeln simulierter Daten kann gemeinsame Wege aufzeigen, auf denen unsere kognitiven Vorurteile uns in die Irre führen.


In den letzten zehn Jahren wurden zahlreiche Anstrengungen unternommen, um robuste und glaubwürdige Forschung zu fördern. Einige konzentrieren sich darauf, die Anreize zu verändern, z.B. durch Änderung der Förderungs- und Publikationskriterien, um offene Wissenschaft gegenüber sensationellen Durchbrüchen zu bevorzugen. Aber auch dem Einzelnen muss Aufmerksamkeit geschenkt werden. Allzu menschliche kognitive Verzerrungen können dazu führen, dass wir Ergebnisse sehen, die nicht vorhanden sind. Fehlerhafte Argumentation führt zu schlampiger Wissenschaft, selbst wenn die Absichten gut sind.

Weiterlesen

Drucken E-Mail