Licht als Vermessungswerkzeug. Genau das ist das Forschungsgebiet von Peter Banzer an der Universität Graz. Konkret entwickelt er mit seinem Team neue Materialien, die besondere Eigenschaften in Bezug auf Licht mit sich bringen. Diese können in einem weiteren Schritt in der Sensorik für besonders akkurate und berührungslose Messungen eingesetzt werden.
Ein aktuelles Forschungsfeld der Gruppe rund um Banzer ist dabei die Elektromobilität. Konkret die Messung des Drehmomentes von E-Fahrzeugen. Denn: „Anders als bei Diesel- oder Benzinmotoren setzen Elektromotoren die Kraft noch sehr unbändig frei. Daher braucht es bereits bei einer leichten Berührung des Gaspedals eine integrierte Zügelung des Motors“, erläutert Peter Banzer, Leiter der Arbeitsgruppe „Optics of Nano and Quantum Materials“ an der Universität Graz. Um diese Zügelung zu ermöglichen, muss man allerdings zunächst das Drehmoment genau bestimmen. Die Uni Graz arbeitet hier an Sensoren, die genau das möglich machen.
Dem Drehmoment auf der Spur
Die Funktionsweise dahinter: Ein Sensor, der mit der Achse verbunden ist und aus zwei Platten besteht, wird mit Millimeterwellen bestrahlt. Auf diesen Platten befinden sich kleine Ringe, die bei einer bestimmten Lichtfarbe, also bei einer bestimmten Wellenlänge des Lichts resonant sind. „Wenn sich nun ein Drehmoment einstellt, dann werden die übereinanderliegenden Strukturen sich gegeneinander verschieben. Das sorgt dafür, dass sich diese Resonanzeigenschaft verändert und die Struktur plötzlich bei einer anderen Lichtfarbe resonant ist“, erklärt Banzer. Dadurch kann das Drehmoment schließlich genau berechnet werden.
Bis ein derartiger Sensor aber breitenwirksam einsetzbar ist, wird es noch einige Jahre dauern, so der Forscher. Jedenfalls habe man bereits beweisen können, dass die Methode funktioniert. Ein großer Pluspunkt des Systems ist dabei laut Banzer zudem, dass es kostengünstig und vielseitig implementierbar ist. „Alles, was mit Antrieb, mit Rotation zu tun hat, sei es ein Auto, eine E-Bike oder eine größere Maschine, kommt ins Spiel, aber auch Drehbewegungen in der Robotik“, sagt Banzer.
Zusammenarbeit mit der TU Graz
Erforscht wird all das im Christian-Doppler-Labor, das sich die Universität Graz mit der Technischen Universität Graz teilt. In Zukunft wird die Forschung im neuen Graz Center of Physics (GCP; am Standort der alten Vorklinik) ihr Zuhause finden. „Die Zusammenfassung der Bereiche beiden Unis unter einem Dach des GCP und die noch viel bessere Abschirmung in Bezug auf Umwelteinflüsse, ist großartig“, schwärmt Banzer.
Für den Schritt hin zu einer konkreten Anwendung ist nämlich eine interdisziplinäre Zusammenarbeit essenziell. „Man entwickelt in der Wissenschaft unheimlich schnell Scheuklappen, erst im Austausch mit anderen Forschenden bekommt man ein Gefühl dafür, wie man die Methoden noch verändern müsste, und wo überhaupt Bedarfe liegen“, führt Banzer aus. In seinem konkreten Forschungsfeld ist allerdings nicht nur eine Zusammenarbeit innerhalb der Universitäten und Forschung, sondern auch mit Unternehmen essenziell. Dadurch kommt eine weitere Herausforderung hinzu. Denn die Denkweise der Forschenden und der Unternehmer gehen mitunter weit auseinander. „Wir wissen, dass unsere Forschung Zeit braucht, die Industrie möchte hingegen möglichst schnell einen Prototyp, der funktioniert und viel kann“, meint Banzer.
Nicht invasive Gewebeuntersuchung
Das Zusammenspiel aus Licht und Akustik funktioniert dabei allerdings nicht nur im Bereich der technischen Vermessung, sondern auch in der Medizin. Hier wird diese Technologie bereits angewandt. Durch die Bestrahlung mit Licht und das daraus resultierende akustische Signal können Informationen über Veränderungen im Gewebe erlangt werden. Und das, ohne einen invasiven Eingriff machen zu müssen. Dabei besonders wichtig: „Über die Grundlagenforschung hinaus muss die Kompatibilität mit echten Systemen gegeben sein. In der Realität geht es oft nicht um die Untersuchung einer kleinen, wohldefinierten Probe mithilfe eines riesigen Messaufbaus, sondern um eine Praxistauglichkeit“, sagt Banzer.
