Welche Musik bringt uns zum Tanzen? Geschmack ist entscheidender als der Rhythmus

Die Groove-Forschung untersucht, welche Eigenschaften eines Songs Menschen zur Körperbewegung anregen. Ein Forscherteam der Hochschule Luzern konnte nun zeigen, dass diese Wirkung nicht nur mit der Musik allein zu tun hat, sondern wesentlich von den Hörerinnen und Hörern selbst ausgeht.

Zu verstehen, was die Menschen animiert, sich synchron zu Musik zu bewegen, ist so etwas wie ein heiliger Gral für die Musikpsychologie. «Die Ursachen für den Groove suchen wir vor allem bei rhythmischen Eigenschaften der Musik, doch bisherige Resultate sind widersprüchlich», sagt Forscher Olivier Senn von der Hochschule Luzern. Um das «Geheimnis des Groove» zu lüften, starteten er und sein Team vor zwei Jahren ein Online-Hörexperiment, bei dem die Teilnehmenden rekonstruierte Schlagzeugmuster aus 248 Songs bewerteten. Die Songs stammten aus ganz unterschiedlichen Stilrichtungen – zum Beispiel Pop, Rock, Funk, Soul und Disco – und wurden im Original von fünfzig weltbekannten Schlagzeugern eingespielt, darunter John Bonham (Led Zeppelin), Clyde Stubblefield (James Brown) oder Chad Smith (Red Hot Chili Peppers).

«Wir gingen davon aus, dass das Schlagzeug als prägnantes und taktgebendes Instrument eine wesentliche Rolle für das Groove-Empfinden spielt», so Senn. Für das Online-Hörexperiment wurde daher nur der «nackte» Schlagzeugrhythmus des jeweiligen Song-Ausschnitts extrahiert.
Das Experiment lief zwischen Oktober 2016 und Dezember 2017. 665 Personen, mehrheitlich aus der Schweiz und aus Deutschland, beteiligten sich daran. Sie hörten sich einige der Schlagzeugmuster an und gaben insgesamt 8ʼ329 Bewertungen darüber ab, wie stark die Rhythmen bei ihnen den Wunsch auslösten, sich zur Musik zu bewegen.

Persönlicher Geschmack dominiert musikalische Faktoren
Anhand der Bewertungen zeigten sich zahlreiche kleine rhythmische Effekte: Zum Beispiel erzeugten komplexere Schlagzeug-Rhythmen eine höhere Groove-Wirkung. Doch dieser Effekt hing massgeblich von der musikalischen Expertise der Umfrage-Teilnehmenden ab: Berufs- und Amateurmusikerinnen und -musiker reagierten positiv auf Komplexität, während sich die Laien genauso gerne zu einfachen Rhythmen bewegen wollten.

Einen deutlich grösseren Einfluss hatte jedoch der persönliche Musikgeschmack: Die Teilnehmenden schätzten ein Schlagzeugmuster signifikant besser ein, wenn sie dachten, es stammt von einem Stil, den sie mögen oder von einem Song, den sie kennen. «Das hat uns überrascht», so Senn, «schliesslich fehlten den isolierten Schlagzeugmustern die meisten Merkmale, die auf den Stil oder den Song schliessen lassen – wie die Instrumentierung, der Gesangsstil, die Melodie, der Liedtext oder der Sound.» Die reine Assoziation eines Rhythmus mit einem Stil oder einem Song reichte offenbar aus, um die Bewertungen zu beeinflussen. «Wir wussten natürlich, dass der Musikgeschmack die Wahrnehmung von Musik einfärbt. Überraschend war jedoch die starke Dominanz des persönlichen Musikgeschmacks», so Senn.

Konsequenzen für die Groove-Forschung
Die Groove-Forschung suchte bisher nach universellen Faktoren, nach musikalischen Eigenschaften, die auf die Mehrzahl der Menschen eine ähnliche Wirkung haben. Die neuen Resultate stellen diesen Ansatz in Frage: Je nach stilistischem oder kulturellem Kontext können es völlig unterschiedliche Faktoren sein, die bei den Menschen den Wunsch auslösen, zu tanzen. «Die Groove-Forschung muss nun dringend ihre Perspektive erweitern», sagt Senn. «Um zu verstehen, wie eine Person auf Musik reagiert, müssen wir viel mehr über sie wissen: welche Musik sie kennt und mag, mit welcher Musik sie aufgewachsen und in welche Kultur sie eingebettet ist, und ob sie sich grundsätzlich gerne zu Musik bewegt. Unsere nächste Studie wird diese Faktoren berücksichtigen.»

Für einen nächsten Schritt haben die Luzerner Forscher ihren Groove-Fragebogen überarbeitet, um geschmackliche besser von motorischen Reaktionen unterscheiden zu können. Der neue Fragebogen wird zurzeit im Rahmen einer breit angelegten Umfrage getestet, zu der alle eingeladen sind: www.hslu.ch/groove-questionnaire (Englisch).

Ab 2019 plant das Team eine neue, gross angelegte Studie, die auf kontextuelle Faktoren der Hörerinnen und Hörer sowie das Zusammenspiel von Bass und Schlagzeug fokussieren wird.

Die Projekte zur Erforschung des Groove
Vor sechs Jahren startete das Forschungsteam des Departements Musik der Hochschule Luzern seine Untersuchungen zur Groove-Wahrnehmung. Zunächst widmete es sich der These, wonach Verschiebungen des Bass- und Schlagzeugspiels im Millisekundenbereich, das sogenannte Microtiming, für den Groove mitverantwortlich sind. Die Luzerner Wissenschaftler untersuchten die Regungen von Testpersonen mittels videobasierter Bewegungsverfolgung. Dabei zeigte sich, dass Microtiming zwar durchaus eine Rolle für den Groove spielt, aber nur einen kleinen Teil des Phänomens erklärt.
Im Folgeprojekt, das ebenfalls vom Schweizerischen Nationalfonds SNF gefördert wurde, konzentrierten sich die Forscher auf das Schlagzeug: In einem ersten Teil (2016 bis 2017) suchten sie im Rahmen eines Hörexperiments nach Zusammenhängen zwischen Schlagzeugmustern und Höreindrücken. Weitere Informationen dazu gibt es unter: www.hslu.ch/groove.
In einem nächsten Projekt werden die Musikbiografien der Hörerinnen und Hörer und das Zusammenspiel von Bass und Schlagzeug im Vordergrund stehen.

Produktion von Kerosin aus Sonnenlicht

Im Rahmen des EU-geförderten Forschungsprojekt SOLAR-JET ist es gelungen, synthetisiertes „solares“ Kerosin herzustellen. Der gesamte Produktionsprozess für erneuerbaren Kraftstoff aus Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid (CO2) wurde erstmals erfolgreich durchlaufen. Darüber hinaus hat dieser Produktionsprozess das Potenzial, dass auch andere Kraftstoffarten wie Diesel, Benzin oder reiner Wasserstoff damit nachhaltig hergestellt werden könnten.

Darstellung des Funktionsprinzips. (Illustration: SOLAR-JET)

Darstellung des Funktionsprinzips. (Illustration: SOLAR-JET)

Mehrere namhafte wissenschaftliche Einrichtungen von der akademischen Forschung bis zur Industrieforschung (ETH Zürich, Bauhaus Luftfahrt, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, ARTTIC und Shell Global Solutions) haben einen thermochemischen Produktionspfad untersucht, der konzentrierte Sonnenenergie nutzt. Dessen neuartige Solarreaktor-Technologie ermöglicht es, flüssige Kohlenwasserstoffe als nachhaltige Kraftstoffe für Mobilität und Verkehr zu gewinnen.

„Zunehmende Herausforderungen in Bezug auf Umweltschutz und Versorgungssicherheit führen dazu, dass der Luftfahrtsektor Alternativen zum herkömmlichen Kraftstoff erforscht. Als sogenannte ‚drop-in-Lösung‘ soll diese in bestehenden Infrastrukturen genutzt werden können“, so Dr. Andreas Sizmann, Projekt-Koordinator im Bauhaus Luftfahrt. „Mit dem ersten praktischen Machbarkeitsnachweis für die Herstellung von ‚solarem‘ Kerosin macht das Projekt SOLAR-JET einen großen Schritt in Richtung einer wirklich nachhaltigen Kraftstoffalternative mit nahezu unbegrenzten Ressourcen.“

Das Projekt SOLAR-JET entwickelte einen innovativen Prozess, bei dem konzentriertes Sonnenlicht CO2 und Wasser zu einem sogenannten Synthesegas umwandelt. Dies wird mittels einer Redoxreaktion von Metalloxiden bei hohen Temperaturen erreicht. Das Synthesegas, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, wird abschließend mit Hilfe des bereits am Markt etablierten Fischer-Tropsch-Verfahrens in Kerosin umgewandelt.

„Die Solarreaktor-Technologie ermöglicht einen verbesserten Strahlungswärmetransfer und einen schnelleren Reaktionsablauf. Beides ist entscheidend für die Effizienz der Umwandlung von Solarenergie in Kraftstoff”, erklärt Professor Aldo Steinfeld, Inhaber des Lehrstuhls für Erneuerbare Energieträger und Leiter der Forschungsgruppe des Solarreaktors an der ETH Zürich.

Solar Reactor Innovation

Während die solargetriebene Redoxreaktion noch am Anfang ihrer Entwicklung steht, wird die Verarbeitung von Synthesegas zu Kraftstoff bereits von Unternehmen wie Shell im globalen Maßstab angewandt. Die Kombination dieser beiden Prozesse ermöglicht auf lange Sicht eine sichere und nachhaltige Versorgung mit erneuerbarem Kraftstoff für die Luftfahrt und andere Verkehrsträger. Mit dem Fischer-Tropsch-Verfahren hergestelltes Kerosin ist zudem bereits für die Verwendung in der Luftfahrt zertifiziert.

„Die Nutzung von konzentriertem Sonnenlicht stellt einen potenziell sehr interessanten neuen Produktionspfad für Kraftstoffe auf Basis flüssiger Kohlenwasserstoffe dar“, ergänzt Professor Hans Geerlings von Shell. „Obwohl einzelne Prozessschritte bereits vorher in verschiedenen Maßstäben durchgeführt wurden, war vormals noch kein Versuch unternommen worden, alle Komponenten in ein durchgängiges System zu integrieren. Wir freuen uns daher, gemeinsam mit den Projektpartnern die Forschung und Entwicklung dieser aufstrebenden Technologie in der kommenden Projektphase weiter voranzutreiben.“

Das Projekt SOLAR-JET (Solar chemical reactor demonstration and Optimization for Long-term Availability of Renewable JET fuel) wurde im Juni 2011 gestartet und wird von der Europäischen Union im Zuge ihres 7. Forschungsrahmenprogramms über eine Dauer von vier Jahren gefördert. Im ersten Schritt wurde die technische Machbarkeit der Herstellung von Flugzeugkraftstoff aus Sonnenlicht bewiesen. In der nächsten Projektphase wird es das Ziel der Partner sein, den Solarreaktor weiter zu optimieren sowie technische und wirtschaftliche Potenziale einer Umsetzung im industriellen Maßstab zu untersuchen. Die Forschungsergebnisse des Projektes SOLAR-JET werden einen bedeutenden Beitrag dazu leisten, Europa die Führungsposition für Forschung, Innovation und Produktion von nachhaltigem Treibstoff aus konzentrierter Sonnenenergie zu sichern.

Die Flugroboter und Speicherarchitekturen Innovationen

Die ETH Zürich und die ETH Lausanne gehen eine neue Forschungskooperation mit Microsoft Research ein. Microsoft Research unterstützt Informatikprojekte der beiden Hochschulen mit fünf Millionen Schweizer Franken. Forschende des Technologiekonzerns sollen eng mit Wissenschaftlern der ETH und der EPFL zusammenarbeiten.

Microsoft Research fördert Informatikprojekte der ETH Zürich und der EPFL. (Bild: Ai. Comput'in / Flickr)

Microsoft Research fördert Informatikprojekte der ETH Zürich und der EPFL. (Bild: Ai. Comput’in / Flickr)

Microsoft investiert schon seit Jahren in Schweizer Forschung. Nun will der amerikanische Technologiekonzern die langjährige Zusammenarbeit mit der ETH Lausanne und der ETH Zürich neu ausrichten und vertiefen. Aus diesem Grund fördert das Unternehmen Forschungsprojekte der beiden Hochschulen im Bereich der Informatik während fünf Jahren mit einer Million Schweizer Franken pro Jahr. Die neue Forschungskooperation ist eine Fortsetzung eines 2008 lancierten Förderprojekts, das damals auf so genannte «Eingebettete Systeme» ausgerichtet war.

Überraschend viele Anträge
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Informatik oder verwandten Gebieten können Projektanträge einreichen, unter welchen ein Steuerungsausschuss, bestehend aus Vertretern der ETH Lausanne, der ETH Zürich, Microsoft Research und Microsoft Schweiz, dann die geeignetsten auswählt. Einzige Vorgabe ist, dass eine Wissenschaftlerin oder ein Wissenschaftler von Microsoft Research in das Projekt involviert sein muss.

Die Ausschreibung für die erste Runde ist vor kurzem abgelaufen. Nicht weniger als 27 Anträge von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Lausanne und Zürich sind eingegangen, aus denen mittlerweile sieben Projekte ausgewählt wurden. Vier davon stammen aus der ETH Zürich, drei aus der ETH Lausanne. «Wir waren überrascht von den vielen, qualitativ hochstehenden Projekteingaben», sagt Markus Püschel, Vorsteher des Departements Informatik der ETH Zürich und Mitglied des Steuerungsausschusses. Die Vielzahl der Anträge zeige, wie fruchtbar die langjährige Zusammenarbeit der beiden Hochschulen und Microsoft bereits heute sei.

Interaktion mit Flugroboter und energieeffiziente Speicher
Der 34-jährige Assistenzprofessor Otmar Hilliges ist einer dieser erfolgreichen Wissenschaftler. Der Informatikprofessor der ETH Zürich beschäftigt sich mit der Interaktion zwischen Menschen und Computern. In seinem Projekt untersucht er gemeinsam mit Dr. Shahram Izadi von Microsoft Research, wie Flugroboter in belebten Umgebungen funktionieren und mit Menschen interagieren können. Konkret wollen die Wissenschaftler eine Plattform entwickeln, auf der Flugroboter Menschen nicht nur erkennen und um sie herum navigieren, sondern auch dank ihren Algorithmen auf Gesten und Berührungen reagieren können.

An der ETH Lausanne forschen Dr. Edouard Bugnion und Prof. Babak Falsafi an energieeffizienten Speicherarchitekturen für Rechenzentren, die riesige Datenmengen verarbeiten können. Dazu kombinieren sie tausende energieeffiziente Mikroserver so, dass sie ohne grossen Zeitverlust gegenseitig auf ihre Speicher zugreifen können. Für dieses so genannte Scale-out NUMA-Verfahren suchen die beiden Informatiker gemeinsam mit Wissenschaftlern von Microsoft Research in Cambridge nach neuen dezentralisierten Anwendungen.

Weitere Wissenschaftler, die in dieser ersten Runde gefördert werden, sind Torsten Höfler und Gustavo Alonso vom Departement Informatik sowie Roger Wattenhofer, Professor am Departement für Elektrotechnik der ETH Zürich. An der ETH Lausanne freuen sich Prof. Serge Vaudenay und Dr. Florin Dinu und Dr. Pamela Delgado auf Projektzuschüsse.

Synergien für Spitzenforschung und Lehre
Die Förderung läuft über die Finanzierung von Doktorandenstellen. Der Steuerungsausschuss wählt nicht nur die Projekte aus, sondern bestimmt auch die Anzahl geförderter Doktoranden pro Projekt. «Wir haben uns dieses Jahr dafür entschieden, möglichst viele motivierte Wissenschaftler zu unterstützen, statt wenigen Projekten viel Geld zu geben. Ich finde, wir haben so eine sehr gute Balance gefunden», erklärt Jim Larus, Dekan des Departements Informatik an der ETH Lausanne. Larus lobt die gute Zusammenarbeit der beiden Hochschulen. «Wir ziehen alle am selben Strang und verfolgen die gleichen Interessen: Synergien für die Spitzenforschung zu nutzen und unserem Forschungsnachwuchs die bestmögliche Ausbildung zu bieten.»

Die neue Forschungskooperation startet heute mit einer Kick-off-Veranstaltung bei Microsoft Research in Cambridge (GB), wo die geförderten Wissenschaftler ihre Projekte präsentieren. Daron Green, Senior Director von Microsoft Research USA und Koordinator im Steuerungsausschuss, freut sich auf diesen einmaligen Austausch. «Die beiden Informatikprofessoren Jürg Gutknecht von der ETH Zürich und Willy Zwanepoel von der ETH Lausanne haben vor Jahren angeregt, mit Microsoft eine Partnerschaft einzugehen. Alle drei Institutionen bringen ihre eigenen Ansätze und viel Talent in die Kooperation ein. Es zeigt sich für uns bereits jetzt, dass es sich lohnt, weiter in diese Zusammenarbeit zu investieren.»

Bund lanciert acht neue Forschungsschwerpunkte

Bundesrat Johann N. Schneider-Ammann hat gestern in Bern im Rahmen einer Medienkonferenz die Lancierung von acht neuen Nationalen Forschungsschwerpunkten (NFS) bekannt gegeben. Diese werden mit langfristiger Unterstützung der jeweiligen Hochschulleitungen an den Universitäten Basel, Bern (2), Freiburg, Genf, Neuenburg sowie der ETH Lausanne und der ETH Zürich eingerichtet. Die Universität Genf und die ETH Zürich (3) engagieren sich zudem bei vier der neuen NFS als Co-Leading House. Der Bund investiert 2014 bis 2017 Mittel in der Höhe von jährlich rund 30 Millionen Franken in die neuen Nationalen Forschungsschwerpunkte.

Die Lancierung der neuen Nationalen Forschungsschwerpunkte ist das Ergebnis einer 2011 gestarteten Ausschreibung durch den Schweizerischen Nationalfonds (SNF), auf welche insgesamt gut 60 Gesuche eingegangen waren. Nach der wissenschaftlichen Prüfung durch den SNF hat das Eidgenössische Departement für Wirtschaft, Bildung und Forschung WBF die Lancierung von acht neuen NFS beschlossen. Neben der wissenschaftlichen Qualität erfüllen diese zusätzlich in hohem Masse auch das besonders wichtige Kriterium einer langfristigen Abstützung in den Entwicklungsplanungen der sich bewerbenden Hochschulen.

Lanciert wurden folgende Nationale Forschungsschwerpunkte:

NFS PlanetS
Prof. Willy Benz, Universität Bern (Co-Leading House: Universität Genf)
Bundesmittel 2014 bis 2017: 17,6 Mio. CHF
NFS On the Move: The Migration-Mobility Nexus
Prof. Gianni D’Amato, Universität Neuenburg
Bundesmittel 2014 bis 2017: 17,2 Mio. CHF
NFS Digital Fabrication – Advanced Building Processes in Architecture
Prof. Matthias Daniel Kohler, ETH Zürich
Bundesmittel 2014 bis 2017: 13,4 Mio. CHF
NFS Materials‘ Revolution: Computational Design and Discovery of Novel Materials (MARVEL)
Prof. Nicola Marzari, ETH Lausanne
Bundesmittel 2014 bis 2017: 18 Mio. CHF
NFS Molecular Systems Engineering
Prof. Wolfgang Meier, Universität Basel (Co-Leading House: ETH Zürich)
Bundesmittel 2014 bis 2017: 16,9 Mio. CHF
NFS RNA & Disease: Understanding the Role of RNA Biology in
Disease Mechanisms

Prof. Oliver Mühlemann, Universität Bern (Co-Leading House: ETH Zürich)
Bundesmittel 2014 bis 2017: 16,6 Mio. CHF
NFS The Mathematics of Physics – SwissMAP
Prof. Stanislav Smirnov, Universität Genf (Co-Leading House: ETH Zürich)
Bundesmittel 2014 bis 2017: 11,2 Mio. CHF
NFS Center for Bio-Inspired Stimuli-Responsive Materials
Prof. Christoph Weder, Universität Freiburg
Bundesmittel 2014 bis 2017: 12 Mio. CHF

Mit den Nationalen Forschungsschwerpunkten fördert der Bund seit dem Jahr 2001 Forschungsnetzwerke von höchster Qualität, mit besonderer Gewichtung interdisziplinärer Ansätze, aber auch neuer, innovativer Fragestellungen innerhalb einzelner Disziplinen. Mit den neuen NFS sind ab 2014 insgesamt 21 Nationale Forschungsschwerpunkte installiert. Sie erhalten über eine Laufzeit von maximal zwölf Jahren bedeutende Bundesmittel.

Gemäss etabliertem Verfahren prüft der Schweizerische Nationalfonds unter Beizug von ausländischen Expertinnen und Experten regelmässig den Fortschritt der einzelnen NFS. Hierbei ergibt sich ein sehr positives Bild: Nationale Forschungsschwerpunkte führen zur Gewinnung neuer Erkenntnisse und zur nachhaltigen Erneuerung der Forschungsstrukturen an den Hochschulen. Weiter verbessern sie die Arbeitsteilung und Koordination unter den nationalen Forschungsinstitutionen, begünstigen Gleichstellungsanliegen und treiben den Wissens- und Technologietransfer voran.

Die Neuartigen Abgas-Katalysatoren

Mit der kommenden Abgasnorm Euro 6 werden Abgaskatalysatoren vor allem bei Dieselfahrzeugen teurer. Die Empa arbeitet an einem Katalysatorträger aus Keramikschaum, der aufgrund seiner Struktur effizienter und somit kostengünstiger ist – und dabei erst noch weniger Edelmetall benötigt.

Herkömmliche Abgaskatalysatoren haben eine regelmässige Wabenstruktur. Auf dem aus einem Stück bestehenden Keramikträger (Monolith) ist die katalytisch aktive Schicht aufgebracht, die wertvolle Edelmetalle wie Platin, Rhodium oder Palladium enthält. Die heissen Abgase durchströmen den Katalysator ohne Turbulenzen. Da der Grossteil des Abgasstroms den Kat im Zentrum passiert, verschleisst der zentrale Teil schneller, während die Randbereiche des Monolithkats mehr oder weniger ungenutzt bleiben. Um dessen Lebensdauer zu verlängern, muss er also möglichst lang sein. Länger bedeutet aber mehr Oberfläche und somit einen höheren Edelmetallgehalt – also auch einen höheren Preis.

Wabenkatalysator

Dieser Wabenkatalysator aus einem Rennwagen gab den Empa-ForscherInnen den Anstoss, den Schaumkat zu entwickeln: Der Monolith ist in einem kleinen Bereich geschmolzen, direkt daneben aber unversehrt, was auf eine schlechte Verteilung der Abgase hinweist.

Wabenkatalysator Empa
Die unregelmässige Struktur des Kera mikschaumträgers verwirbelt die Abgase und spart dadurch katalytisches Edelmetall.

Effizienz entsteht an der Empa

Empa-Forscher der Abteilung «Verbrennungsmotoren» unter der Leitung von Panayotis Dimopoulos Eggenschwiler lösten das Problem mit einer Innovation. Das Team arbeitet an einem Katalysatorträger aus Keramikschaum, der den Monolith-Träger künftig ersetzen soll. Denn: Bei gleicher Katalysatorwirkung ist der neuartige Kat wesentlich günstiger.

Das Geheimnis liegt in seiner Struktur. Im Gegensatz zum Monolith-Katalysator ist der Keramikschaum unregelmässig aufgebaut, wie ein Schwamm. Die einströmenden Abgase geraten dadurch in Turbulenzen und werden gleichmässig im Katalysator verteilt. Obwohl der Schaumkat eine kleinere Oberfläche hat als der Monolith, wird diese Oberfläche dadurch viel effizienter genutzt. Das Ergebnis: die gleiche katalytische Wirkung wie ein gewöhnlicher Katalysator mit nur einem Drittel des teuren Edelmetalls – und einem halb so langen Katalysator.

Trotz der Brüchigkeit des Keramikschaums gelang es den ForscherInnen in Zusammenarbeit mit der Empa-Abteilung «Hochleistungskeramik» die mechanische Festigkeit des Schaumkats um ein Vielfaches zu steigern. Aktuell arbeiten die WissenschaftlerInnen daran, die Struktur des Schaums zu optimieren. Der Schaumträger hat einen höheren Luftwiderstand und verursacht somit einen leicht erhöhten Treibstoffverbrauch gegenüber einem Monolith-Träger. Mit aufwändigen Computersimulationen entwickelt das Empa-Team Schaumstrukturen, die den Luftwiderstand senken, ohne die erwünschten Turbulenzen darin zu mindern.

Wabenkatalysator Empa 2
Altbewährt vs. Innovativ: links ein Monolithkat, rechts ein Schaumkat.

Obwohl die Herstellung des Schaumkats vorerst noch im kleinen Rahmen an der Empa stattfindet, besteht bereits Interesse seitens der Industrie. So sind der belgische Materialtechnologie-Konzern Umicore und Fiat Powertrain Technologies am Projekt beteiligt. Auf dem Gelände der Empa wird der Schaumkat in einem Diesel-Testwagen geprüft. Seit eineinhalb Jahren ist auch ein Auto der Industriellen Werke Basel (IWB) mit dem Empa-Katalysator unterwegs, um die Innovation im Langzeittest über mindestens 150‘000 Kilometer zu testen.

Günstige Katalysatoren trotz strengerer Abgasnormen

Der Schaumkat wäre vor allem für kleine Dieselfahrzeuge eine ideale Alternative zum Monolith. Ab September 2014, wenn die Euro-6-Abgasnorm in Kraft treten wird, müssen die Schadstoffemissionen von Dieselmotoren merklich sinken. Insbesondere wird dann ein Stickoxid-Katalysator obligatorisch. Zusammen mit dem Partikelfilter und dem gewöhnlichen Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Katalysator verteuert dies die Abgasreinigung bei Dieselautos erheblich. Mit dem stark reduzierten Bedarf an Edelmetallen kann der Empa-Schaumkat dem entgegenwirken.

iHomeLab der Hochschule Luzern forscht am Rollator der Zukunft

Heute am 16. und 17. August findet am iHomeLab der Hochschule Luzern – Technik & Architektur das Kick-off Meeting für das internationale Forschungsprojekt «iWalkActive» statt. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines smarten Rollators, der seinem Benutzer das Leben erleichtert, Sicherheit und kluge Unterstützung bietet.

ihomelab
Im Projekt «iWalkActive», das vom iHomeLab der Hochschule Luzern koordiniert wird, soll ein handelsüblicher Rollator weiterentwickelt werden. Der Rollator der Zukunft wird unter anderem einen Elektroantrieb haben, ähnlich wie man es von e-Bikes her kennt. Dieser Antrieb erleichtert es, Hindernisse oder Steigungen zu überwinden. Zudem wird die neue Entwicklung mit moderner Kommunikationstechnik ausgerüstet sein: Die Benutzerin oder der Benutzer hat so die Möglichkeit, über einen integrierten Tabletcomputer auf verschiedene Dienste wie Navigationshilfen, spezielle seniorengerechte Applikationen oder ein Notfallsystem zuzugreifen.

Ein erster Prototyp der smarten Gehhilfe wurde bereits gebaut. Mit einem Elektroantrieb und einer Steuerung ist er in der Lage, eine vorgegebene Teststrecke autonom zu befahren. Akzeptanz erhöhen Heutzutage wird die Benutzung eines Rollators mit «Alter» oder «Krankheit» in Verbindung gesetzt. Die Idee von «iWalkActive» geht jedoch weit über die heute bekannte Benutzung der klassischen Gehilfen hinaus. Mit dem Projekt sollen die bisherigen Möglichkeiten erweitert werden und zu einer aktiven und attraktiven Mobilitäts-Unterstützung für Menschen jeder Altersklasse führen. Neben dem eigentlichen, geländegängigen Rollator soll eine ganze Reihe Zubehör und neuen, auf die Bedürfnisse der Nutzer zugeschnittenen Dienstleistungen entwickelt werden «Das können zum Beispiel eine integrierte Sitzgelegenheit oder verbesserte Transportmöglichkeiten von Einkäufen sein. Aber auch Systeme, die einem den Weg zum nächsten Bahnhof oder einem WC zeigen oder im Notfall einen Alarm auslösen», erläutert Alexander Klapproth, Leiter des iHomeLab.

Der Prototyp des Rollators soll im Forschungsprojekt «iWalkActive» weiterentwickelt werden.

Der Prototyp des Rollators soll im Forschungsprojekt «iWalkActive» weiterentwickelt werden.

Internationales und interdisziplinäres Projekt
Das Projekt mit einem Gesamtbudget von drei Mio. Euro wird von einem Konsortium, bestehend aus neun Partnern aus der Schweiz, Österreich und Schweden getragen. Die beiden Forschungsinstitutionen iHomeLab und Austrian Institute of Technology kümmern sich dabei um die Forschungs- und Technologiefragen. Vier weitere Unternehmungen steuern ihre Know-how bei und vermarkten das entstehende Produkt: ein schwedischer Rollatorhersteller, ein Schweizer Antriebshersteller, eine Schweizer Technologiefirma für Outdoor-Navigation und eine österreichische Technologiefirma für Indoor-Navigation. Drei Fachinstitutionen in der Schweiz und in Schweden stellen im direkten Kontakt zu den anvisierten Zielgruppen sicher, dass deren Bedürfnisse in die Entwicklung einfliessen, damit diese den gewünschten Nutzen erbringt und Akzeptanz findet. Das iHomeLab koordiniert das Vorhaben und leitet die Forschung und Entwicklung des neuen Rollators während der gesamten Projektdauer von 36 Monaten.


Eingebettet in die Forschung zum Ambient Assisted Living
Das Konzept von «iWalkActive» verdeutlicht die Notwendigkeit und den Nutzen der Forschung und Förderung von Ambient Assisted Living (AAL): hilfreiche Technologien für das Wohnen und Leben im Alter, die die Lebensqualität von älteren Menschen verbessern und ihre Autonomie im persönlichen Lebensumfeld erhalten. Die Betreuung von älteren Personen stellt bereits heute und vor allem in Zukunft einen beträchtlichen Kostenfaktor in einer Volkswirtschaft dar. Mit der Förderung der Forschung und Entwicklung von Systemen, die es älteren Personen erlauben, länger unabhängig zu leben, kann ein entscheidender Beitrag zur Kontrolle dieser Kosten und zu mehr Lebensqualität geleistet werden. Genau dies ist das Ziel des Europäischen Forschungsprogramms Ambient Assisted Living, das auch ein interdisziplinärer Forschungsschwerpunkt am iHomeLab ist. Das AAL-Programm erstreckt sich über sechs Jahre und verfügt über ein Gesamtbudget von 600 Mio. Euro.

Das iHomeLab der Hochschule Luzern ist das Schweizer Forschungsinstitut für Gebäudeintelligenz. Unter der Leitung von Prof. Alexander Klapproth forschen 17 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in engem Kontakt mit über 100 Partnern aus Wirtschaft und Industrie an Themen wie dem Internet der Dinge (Internet of Things), Ambient Assisted Living, Energieeffizienz und Human Building Interaction. Das iHomeLab ist offen für Besucher. Weitere Informationen zum Forschungslabor finden sich auf der Website www.ihomelab.ch.

Schweizer Jugend forscht 2012

Am Samstag, 5. Mai 2012 sind am Nationalen Wettbewerb der Stiftung Schweizer Jugend forscht 61 Forschungsprojekte von jungen Schweizer Forscher und Erfinder ausgezeichnet worden. In der Aula Magna der Università della Svizzera italiana in Lugano lobte Bundesrat Alain Berset den Forschungsnachwuchs.

schweizer jugend forscht
Ein langer Weg liegt hinter den 76 Jugendlichen, die in der Aula Magna sitzen und gespannt auf die Preisverleihung warten. Um am Nationalen Wettbewerb dabei zu sein, mussten sie vor knapp einem Jahr ihre Arbeit einreichen und die Vorselektion im Rahmen eines Workshops Anfang Jahr überstehen. Von insgesamt 120 eingereichten Arbeiten erreichten 61 die Endrunde in Lugano. Die 61 Arbeiten decken sieben Fachgruppen ab: Chemie/Biochemie/Medizin (14 Arbeiten), Physik/Technik (13 Arbeiten), Biologie/Umwelt (13 Arbeiten), Geschichte/Geographie/Gesellschaft (11 Arbeiten), Literatur/Philosophie/Gesellschaft (4 Arbeiten), Gestaltung/Architektur/Kunst (4 Arbeiten) und Mathematik/Informatik (2 Arbeiten).

Aktuelle Themen wissenschaftlich erarbeitet
Am Freitag stellten die Jugendlichen ihre Forschungsprojekte mit Postern, Prototypen und Ausstellungsobjekten aus. Fachexperten aus der Wissenschaft und Industrie hatten die Aufgabe, die Projekte aus 15 Kantonen nach strengen wissenschaftlichen Kriterien zu beurteilen und zu bewerten.
Viele der Themen, mit welchen sich die Jugendlichen in den Projekten beschäftigen, greifen aktuelle gesellschaftliche Probleme auf. So setzt sich ein Forschungsprojekt beispielsweise kritisch mit der Methode zur Bestimmung des Lichtschutzfaktors auseinander. Ein anderes erforscht eine ökologische Stromproduktion am Beispiel des Kantons Nidwalden. Ein zukunftsorientiertes Modell des generationenübergreifenden Wohnens wurde ebenso untersucht wie die theatertheoretische und -praktische Annäherung an das hochbrisante Thema Amoklauf.

Sonderpreise für herausragende Projekte
An der Preisverleihung in der Aula Magna erfahren die Jugendlichen endlich, wie die Fachjury ihre Forschungsprojekte beurteilt und bewertet hat. Von den 61 Arbeiten erhalten 17 Arbeiten das Prädikat «gut», 29 «sehr gut» und 15 «hervorragend». Damit verbunden ist, je nach Prädikat, eine Preissumme zwischen 500 und 1200 Franken.
Die herausragendsten Arbeiten werden zudem mit einem der begehrten Sonderpreise für das In- und Ausland ausgezeichnet. Einer der Preise berechtigt z.B. zur Teilnahme am europäischen Wettbewerb der EU in Bratislava. Ein anderer führt an eine Wissenschaftsausstellung in Oswego (USA) bzw. Taipeh (Taiwan) oder beinhaltet eine Einladung zur Nobelpreisverleihung im Rahmen eines Wissenschaftscamps in Stockholm.

Lobende Worte von Bundesrat Alain Berset
Bevor die Jungforschenden ihre Preise und Urkunden entgegennehmen können, hält Bundesrat Alain Berset einen Festvortrag. Der Bundesrat verweist als erstes auf eine wichtige Eigenschaft, welche die jungen Forscherinnen und Forscher hätten: sie würden Fragen stellen. Am Anfang von allen Neuerungen stehe stets die Frage. Nur wer Fragen stelle und neugierig sei, hole das Beste aus allem heraus.

Alain Berset zeigte sich beeindruckt über die Vielfalt der Projekte aus fast allen wissenschaftlichen Bereichen. Nachholbedarf sehe er hingegen in der Vielfalt der Teilnehmenden: so seien die Lernenden deutlich untervertreten, ebenso die Romandie mit nur einem Teilnehmer aus dem Kanton Freiburg, dem Heimatkanton von Bundesrat Berset.
In der Pause geniesst Alain Berset das Bad in der Menge und beantwortet mit grosser Freude die neugierigen Fragen der jungen Forscherinnen und Forscher.

Die Stiftung Schweizer Jugend forscht unterstützt seit 1967 neugierige und motivierte Kinder und Jugendliche mit dem Ziel, die Freude und Faszination an wissenschaftlicher Arbeit zu wecken.
Die nachhaltige Förderung talentierter junger Menschen mit wissenschaftlicher Neugier, Kreativität und Problemlösungskompetenz ist eine zentrale Aufgabe zur Sicherung des Innovationsstandorts Schweiz. Schweizer Jugend forscht verfolgt dieses Ziel mit den drei Veranstaltungsreihen:
1. Studienwochen: Sensibilisierung von Kindern und Jugendlichen für die Wissenschaften
2. Nationaler Wettbewerb: Sensibilisierung von Kindern und Jugendlichen für die Wissenschaften
3. Swiss Talent Forum: junge Erwachsene entwickeln Visionen zu gesellschaftlichen Fragestellungen

Besuchen Sie hier die Schweizer Jugend forscht Facebook Fanpage.

Quentiq – die Gesundheits- und Fitness-Internet-Plattform

Quentiq AG wurde vom Unternehmer Peter Ohnemus Anfang 2010 gegründet und hat seinen Sitz in Zürich in der Schweiz. Quentiq hat den innovativen und patentierten Quentiq Health Score(R) gemeinsam mit Professoren vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston und dem UniversitätsSpital Zürich entwickelt. Der Quentiq Health Score(R) ist ein Indikator Ihres aktuellen Gesundheitszustandes, ausgedrückt in einer Zahl von 1 bis 1000. Mit Quentiq können Sie Ihren Gesundheitszustand in Echtzeit im Internet und auf Ihrem Smartphone auf einfache, sichere und spielerische Weise verfolgen, dokumentieren und testen. Vor kurzem gab das Unternehmen bekannt, dass der frühere Mitbegründer und CEO von Sybase sowie CEO von Commerce One Mark B. Hoffman nun Präsident und CEO von Quentiq Americas, Inc., ist. Seine Aufgabe wird es sein, das Geschäft in den USA aufzubauen.

quentiq

Quentiq gewann vor kurzen auch Manuel Heuer, Medizinprodukte-Führungskraft und früherer Geschäftsführer von St. Jude Medical in der Schweiz, als operationeller Leiter (COO) der Quentiq AG.

Peter Ohnemus, Gründer, Vorstand und CEO von Quentiq betonte: „Wir freuen uns sehr, dass Manuel Heuer als COO bei uns tätig wird. Er verfügt über 18 Jahre internationaler Erfahrung im Bereich Medizintechnik und in der Konsumgüterindustrie sowie über Vertriebs- und Marketingerfahrung unter anderem in Brasilien, Belgien, Frankreich und der Schweiz. Zudem bin ich sicher, dass er uns mit seiner strukturierten, organisierten Arbeitsweise und seinem Engagement helfen wird, ein erfolgreiches Unternehmen aufzubauen.“

Herr Heuer sagte: „Die enormen technologischen Fortschritte sowie verbesserte Benutzerfreundlichkeit in mobilen Wireless-Geräten (Smartphones, Tablets) in den vergangenen Jahre haben vielversprechende Möglichkeiten in der präventiven Gesundheitsfürsorge eröffnet. Die Technologie allein reicht jedoch nicht aus, um eine Änderung des Verhaltens von Personen zu bewirken, die einen aktiveren und gesünderen Lebensstil pflegen sollten. Mit der Einführung des Quentiq Health Score(R) und der Integration von Gaming-Prinzipien und sozialen Netzwerken auf der Quentiq Gesundheitsplattform hat Quentiq einen Weg gefunden, Benutzer zu spielerischen und einfachen Aktivitäten zu motivieren, bei denen Werte ihrer persönlichen Gesundheit, ihres Lebensstils und ihres sportlichen Erfolgs aufgezeichnet werden. Ich freue mich sehr auf die Arbeit für das Unternehmen und darauf, einen Beitrag zum Aufbau dieses vielversprechenden Startups leisten zu können.“

Die Schweizer Hochgeschwindigkeits-Transistoren sorgen für grüne Zukunft

Forschern an der ETH Zürich ist es in Zusammenarbeit mit französischen Kollegen von der EPF Lausanne gelungen, Galliumnitrid-Transistoren (HEMTs) herzustellen, die auf einem speziellen Silizium-Wafer gewachsen sind. Dieser erlaubt es die Technologie mit herkömmlichen Elektronikbausteinen zu kombinieren. „In den Chips der Zukunft können herkömmliche Transistoren als Gehirn fungieren, während unsere Technologie die Rolle der Muskeln übernimmt“, sagt Colombo Bolognesi von der ETH Zürich über welchen wir bereits im Land der Erfinder berichtet haben, gegenüber pressetext.

HEMTs
Bisher konnten Transistoren aus Galliumnitrid nur auf Silizium-Wafern produziert werden, die nicht mit den bei herkömmlichen Silizium-Schaltkreisen verwendeten Exemplaren kompatibel waren. Mit dem jetzigen Durchbruch steht der Kombination beider Technologien auf einem Chip nichts mehr im Weg. „Mit Galliumnitrid kann zwar keine so hohe Transistorendichte – und damit Rechenleistung – wie mit Silizium-Schaltkreisen erreicht werden, dafür halten unsere Transistoren aber höhere Frequenzen und wesentlich stärkere Ströme aus. Auch die Effizienz ist höher“, erklärt Bolognesi die Vorteile von Galliumnitrid.

CMOS-Chips werden nur auf Silizium mit der so genannten (100)- oder (110)-Ausrichtung seiner Kristalle fabriziert. GaN dagegen konnte bis anhin nur auf (111)-Silizium verwendet werden. Damit wird der Bau von Elektronikkomponenten möglich, welche die Rechenleistung des CMOS-Chips und das Energiemanagement von GaN vereinen. Dies ermöglicht eine weitere Miniaturisierung in der Leistungselektronik.

Die Einsatzmöglichkeiten für die neuen Transistoren liegen vor allem in der Transformations-Elektronik, bei Hochspannungsschaltungen und bei der Verstärkung von Radiofrequenz-Signalen. Dadurch, dass Galliumnitrid Temperaturen von bis zu 1.000 Grad Celsius aushält, könnte es auch in Sensoren für Automotoren zum Zug kommen. Die Technologie für diese Anwendungen steht schon bereit. Jetzt sind nur noch Partner aus der Industrie nötig, die die Technologie implementieren. „Das Potenzial ist groß, aber für die Firmen ist es eben auch eine Kostenfrage. Warum sollen die Leute Geräte austauschen, die nicht kaputt sind?“, so Bolognesi .

Durch die speziellen Eigenschaften von Galliumnitrid könnte weltweit eine enorme Menge an elektrischer Energie gespart werden. Durch die hohe Effizienz erzeugt eine Fünf-Watt-LED auf Galliumnitrid-Basis dieselbe Helligkeit wie eine herkömmliche 60-Watt-Glühbirne. Noch größer ist das Potential bei der Umwandlung von Energie. „In einem Laptop-Trafo zum Beispiel geht bei der Umwandlung sehr viel Energie in Form von Wärme verloren. Mit unserer Technologie ließen sich diese Verluste minimieren“, sagt Professor für Millimeterwellen Elektronik an der ETH Zürich Bologesi .

Bei konsequenter Verwendung in der Transformationstechnik könnte der weltweite Energieverbrauch um ein Viertel gesenkt werden, so der Experte. Um dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen, müsste die Politik aber ein Anreizsystem für Industrie und Verbraucher schaffen mit Hilfe eines griffigen CO2-Gesetzes beispielsweise, welches die Firmen zwingt, ihre Energiekosten zu senken.

Neuer innovativer Leichtbau Prüfstand an der Empa eröffnet

Seit kurzem verfügt die Empa über eine neue Forschungs- und Entwicklungsplattform, um die Schalldämmung von Gebäuden in Leichtbauweise zu verbessern. Am 30. Juni 2011 wurde der Leichtbauprüfstand, den die Empa mit der Berner Fachhochschule Architektur, Holz und Bau in Biel betreibt, eingeweiht. Damit lassen sich etwa mehrgeschossige Holzbauten lärmschutzoptimieren.

Leichtbau ist gefragt, je länger, je mehr. Denn er schont Ressourcen – und Kosten, auch und vor allem in der Bauwirtschaft. Vor allem Holz als nachwachsender und damit nachhaltiger Rohstoff dürfte künftig als Baumaterial immer wichtiger werden. Doch die Leichtbauweise hat einen gravierenden Nachteil: Je weniger Material in einem Bauelement steckt, desto schlechter schützt es gegen Lärm, vor allem bei tiefen Frequenzen, also im als besonders störend empfundenen Boom-Boom des Bassbereichs.

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Technisch lassen sich zwar auch Leichtbauten gegen Lärm isolieren, dies wird allerdings schnell einmal kompliziert und kostspielig. So müsste ein Leichtbau beispielsweise deutlich höhere Geschosse aufweisen, um dank dickerer Deckenaufbauten den gleichen Lärmschutz wie ein Haus in Massivbauweise zu bieten. Bei einer vorgegebenen maximalen Bauhöhe lassen sich also im Leichtbauhaus weniger Stockwerke verwirklichen – was wiederum den Ertrag beziehungsweise die Einnahmen senkt. Ausserdem sind die derzeit für die Planung verwendeten Berechnungsverfahren im Fall von Leichtbauten sehr unsicher; oft ist erst nach Fertigstellung klar, ob der gewünschte Lärmschutz mit den verwendeten Elementen und Materialien auch tatsächlich erreicht wurde.

Um diese zu verbessern und dadurch neue Konstruktionen entwickeln zu können, die leicht und gleichzeitig leise sind, hat die Empa gemeinsam mit der Berner Fachhochschule Architektur, Holz und Bau in Biel (BFH-AHB) eine neue Forschungsinfrastruktur in Betrieb genommen – den Leichtbauprüfstand, eine 400 Quadratmeter grosse und rund zwölf Meter hohe Halle, in der je zwei über- beziehungsweise nebeneinander liegende Räume aus Leichtbauelementen aufgebaut und akustisch untersucht werden können. Damit lassen sich sowohl die vertikale als auch die horizontale sowie die diagonale Schallausbreitung von einem Raum auf die anderen bestimmen. Das Besondere an den Räumen: Sie ruhen auf separaten Bodenplatten aus Beton, die elastisch gelagert und damit vom übrigen Gebäude und voneinander schwingungsentkoppelt sind. Dies verhindert, dass sich Schallwellen über den Boden von einem Raum auf den benachbarten ausbreiten.

Denn genau in der Schallausbreitung – genauer gesagt: im Weg, den der Schall «einschlägt», um sich auszubreiten – liegt die Schwierigkeit im Leichtbau. Während es für Massivbauten genügt, die akustischen Dämmwerte einzelner Elemente wie Wände, Decken, Türen und Fenstern zu messen, um daraus die Lärmschutzeigenschaften des fertiggestellten Gebäudes vorherzusagen, funktioniert dies beim Leichtbau nicht. Die leichten Bauelemente lassen sich einfacher zum Schwingen anregen und übertragen den Schall dadurch in Längsrichtung besser auf die angrenzenden Bauteile.

Bei Leichtbauten müssen also sämtliche möglichen Wege berücksichtigt werden, über die sich der Schall ausbreiten kann, nicht nur der direkte, etwa durch die Wand in den nächsten Raum. Insgesamt gibt es bei Leichtbaukonstruktionen mindestens sechs zusätzliche Übertragungswege für den Lärm, verglichen mit dem Massivbau. Und all diese können im Leichtbauprüfstand separat akustisch vermessen werden.

Dabei lassen sich alle möglichen Leichtbaumaterialien experimentell untersuchen. Messungen an Systemen aus Gipsleichtbauwänden fanden bereits statt – und haben für den Industriepartner auch schon nützliche Hinweise für die Weiterentwicklung des Produkts ergeben. Demnächst beginnen die ersten Messungen für ein grosses von der Lignum – die Dachorganisation der Schweizer Wald- und Holzwirtschaft – und dem Bundesamt für Umwelt (BAFU) finanziertes Kooperationsprojekt, bei dem es unter anderem darum geht, das Schalldämmvermögen von Holzkonstruktionen genau zu bestimmen und schall- sowie holzbautechnisch optimierte Bauteile und Gebäude zu entwickeln.

Das Band ist durchtrennt, die Einweihung vollzogen. Gian-Luca Bona, Direktor der Empa (links), und Heinz Müller, Direktor der BFH-AHB, haben den Leichtbauprüfstand der Forschung übergeben.

Das Band ist durchtrennt, die Einweihung vollzogen. Gian-Luca Bona, Direktor der Empa (links), und Heinz Müller, Direktor der BFH-AHB, haben den Leichtbauprüfstand der Forschung übergeben.

Bei der Einweihung Ende Juni haben die Direktoren der Empa und der BFH den Leichtbauprüfstand der Forschung übergeben. «Besonders freut mich, mit dieser Forschungsinfrastruktur auch die Zusammenarbeit mit den Fachhochschulen intensivieren zu können», so Gian-Luca Bona, Direktor der Empa.