Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT

Die Förderung der Kreislaufwirtschaft ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu mehr Nachhaltigkeit. Bei einem Produkt, das heutzutage in fast jedem elektronischen Gerät steckt, ist dies ebenso komplex wie hockaktuell: Batterien. Vor allem in der Elektromobilität  werden aufgrund der Größe und Anzahl der verwendeten Batterien auch eine enorme Menge kritischer Rohstoffe (englisch: Critical Raw Materials, CRM) benötigt . Hier ist ein Fokus auf Recycling und Langlebigkeit besonders wirksam, um Ressourcen zu sparen. Das Fraunhofer IIS hat in Zusammenarbeit mit der Hochschule München das Forschungsprojekt »AIR« (Antriebsbatterieinspektion mittels Röntgen) ins Leben gerufen, um sich dieser Aufgabe anzunehmen.

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Vor dem Hintergrund des Klimawandels stellt sich die Frage: Wie findet man Pflanzen, die besonders hitzetolerant und trockenheitsresistent sind, die gleichzeitig mit möglichst wenig Dünger und Herbiziden bzw. Pestiziden auskommen und die schließlich Erträge für eine gesunde und ausreichende Ernährung liefern? Ein wirksamer Ansatz ist die Phänotypisierung – die Bestimmung von Pflanzenmerkmalen mithilfe von Röntgentechnik. Die Phänotypisierung hilft Züchtern, neue Pflanzensorten zu ziehen, und der Agrarwirtschaft, ihre Anbaubedingungen auf veränderte Bedingungen abzustimmen.

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Am Entwicklungszentrum Röntgentechnik des Fraunhofer IIS erdenken kluge Köpfe neue Ansätze, um mit ihrer Forschung und Entwicklung einen entscheidenden Beitrag zur Klimawende zu leisten. Dr. Steven Oeckl, Leiter der Abteilung Produktionsmonitoring, betont: »Wir haben in jedem einzelnen Sektor des Batterie-Lebenszyklus Anknüpfungspunkte und Technologien, die gewinnbringend für Industrie und Umwelt eingesetzt werden können. Dazu werden wir in dieser Magazinserie auch konkrete Anwendungsbeispiele nennen und einen Ausblick geben, was Weiteres zu erwarten sein wird. Natürlich wollen wir hiermit auch einen Kommunikationskanal aufmachen, sodass Leute, die sich für das Thema interessieren, mit uns in Kontakt treten können«,

Kommen Sie mit auf eine Reise in das Innere der Energiespeicher, in die Fabriken der Mobilitätswende, zu riesigen Teilchenbeschleunigern und mikroskopisch kleinen Nanopartikeln. 

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Wie kann Ausschuss in Gießereien vermieden werden? Eine Frage, mit der sich Forscherinnen und Forscher am Entwicklungszentrums Röntgentechnik des Fraunhofer IIS schon lange beschäftigen. Mit dem Projekt »Cast Control« beweisen die Forschenden nun aber, dass die neuesten Entwicklungen auf diesem Gebiet längst keine Vision mehr sind, sondern schon bald in zahlreichen Produktionsprozessen eingesetzt werden könnten.

Im Podcast* erklärt Dr. Steven Oeckl, was sein Team bei der Entwicklung neuer Ansätze bei der Röntgenprüfung antreibt, welche Rolle Machine Learning-Methoden spielen und ob es überhaupt sinnvoll ist, die vollständig ausschussfreie Produktion zu erreichen.

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Bei der 4D-Tomographie von Objekten mithilfe von Synchrotrons entstehen brillante zeitaufgelöste Aufnahmen, die hinsichtlich Qualität und Auflösung Grenzen verschieben – und deren Größe jede herkömmliche Speicherkapazität sprengt. Diese Daten in eine breite Anwendbarkeit zu überführen, ist das Ziel des Projektes KI4D4E: Ein KI-basiertes Framework für die Visualisierung und Auswertung der massiven Datenmengen der 4D-Tomographie für Endanwender von Snychrotron-Beamlines.

Dafür werden KI-gestützte Methoden genutzt, die in Abhängigkeit der Fragestellung dabei helfen, das Wichtige vom Unwichtigen zu trennen und somit die Größe der Daten um ein Vielfaches zu verringern. Prof. Dr. Tomas Sauer forscht in Doppelfunktion für die Universität Passau und das Fraunhofer IIS an diesem Verfahren. Er stellt dafür beispielhaft eine Frage, die deutsche Bierliebhaber wohl mit Kopfschütteln zurücklässt: Wie trenne ich den Schaum vom Bier?

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Die Folgen des Klimawandels setzen der empfindlichen Kaffeepflanze enorm zu. Falls keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden, werden mittelfristig über die Hälfte der Anbauflächen nicht mehr geeignet sein, warnen Fachleute. Katrin Simon vom Botanischen Garten Erlangen, Julie Mildenberger vom Weltladen Erlangen und Joelle Claußen vom Fraunhofer IIS erklären, wie Phänotypisierung von Kaffeepflanzen, Experimentierfreude und bewusster Konsum dafür sorgen können, dass Kaffee trotz Klimawandel und Rohstoffverknappung auch morgen noch dem täglichen Genuss dient.”

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Die Landwirtschaft steht vor gewaltigen Aufgaben: Anhaltende Dürren, schrumpfende Agrarflächen, neuartige Krankheiten und Schädlinge und eine stetig wachsende Weltbevölkerung bedürfen schnell intelligenter Lösungen. Eine solche stellen Feldroboter dar, die beispielsweise mit hoher Präzision befallene Pflanzen oder Unkraut identifizieren und entfernen können, sich um die Ernte kümmern oder gezielt bewässern und düngen. Ein Ansatz um diese vielfältigen Aufgaben erledigen zu können, stellt Sensorik, Software und Aktorik mithilfe künstlicher Intelligenz dar. Oliver Scholz, stellvertretender Abteilungsleiter der Abteilung Berührungslose Mess- und Prüfsysteme, entwickelt am Entwicklungszentrum Röntgentechnik des Fraunhofer IIS Systeme, die man flexibel an verschiedene Anforderungen anpassen kann. So entsteht ein Baukasten, der maßgeschneiderte Lösungen für jede Anfrage bietet. 

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»Bis aktuell eine neue Sorte auf den Markt kommt, vergehen 10 bis 15 Jahre. Diese Zeit haben wir einfach nicht mehr.« Dr. Stefan Gerth ist Abteilungsleiter am Entwicklungszentrum für Röntgentechnik und überzeugt davon, dass Smart Farming die Landwirtschaft in eine nachhaltige Zukunft führen kann.

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Ihr Innenleben gehört zu den bestgehüteten Geheimnissen überhaupt – denn schließlich waren die Maschinen selbst Geheimnisträger: Chiffriermaschinen, mit denen Militär, Geheimdienste, aber auch Banken ihre Botschaften verschlüsselten. Jetzt werden 60 dieser Chiffriergeräte aus der Sammlung des Deutschen Museums in einem besonders
leistungsstarken Röntgengerät buchstäblich durchleuchtet – und geben die letzten Geheimnisse ihrer Konstruktion preis.

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Die Idee, Pflanzen mit dem CT-Scanner zu untersuchen, erscheint exotisch. Tatsächlich aber ist es in einer langjährigen Kooperation des Fraunhofer IIS mit der niederländischen Firma PhenoKey gelungen, einen robusten CT-Scanner für den Einsatz in der Pflanzenzucht zu entwickeln. Im Interview erzählen IIS-Abteilungsleiter Dr. Stefan Gerth und PhenoKey-Geschäftsführer Bas van Eerdt, wie die CT-Daten Züchtern die Arbeit erleichtern und was das mit eResourcing zu tun hat.

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Sie sind bereits vorhanden, bieten im Gegensatz zu Überlandleitungen keinen Störfaktor in der Landschaft und lassen sich für den Transport von Wasserstoff umrüsten: Gasleitungen. Wie sich diese Infrastruktur auf dem Weg zur Wasserstoffwirtschaft nutzen lässt, welche Vorteile sie bietet und wo derzeit noch Forschungsbedarf besteht, erläutern Dr. Thomas Hüwener, Mitglied der  Geschäftsführung des Erdgas-Fernleitungsnetzbetreibers Open Grid Europe GmbH (OGE), und Prof. Dr. Alexander Martin, Institutsleiter des Fraunhofer IIS, im Gespräch.

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Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS versteht sich als einer der Innovationstreiber innerhalb der strategischen Forschungsfelder der Fraunhofer-Gesellschaft. Mit unserer Forschung in den unterschiedlichen Forschungsbereichen am Fraunhofer IIS unterstützen wir die moderne Agrarwirtschaft und fördern so die nachhaltige Gestaltung von Gesellschaft, Wirtschaft und Umwelt. Moderne kognitive Sensorsysteme sind längst nicht nur Hightech-Fabriken vorbehalten. Mit Dr. Norman Uhlmann Bereichsleiter des Fraunhofer Entwicklungszentrums Röntgentechnik EZRT, klären wir im Interview, warum solche Systeme künftig auch zum Handwerkszeug für Landwirte und Züchter werden.

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Die fortschreitende Erderwärmung hat einen deutlichen Einfluss auf die globale Flora – insbesondere auch auf Nutzpflanzen. Viele Pflanzensorten können sich den wandelnden Umwelteinflüssen nur schwer anpassen. Wie die Herausforderungen des Klimawandels und einer nachhaltigen Landwirtschaft mittels der Phänotypisierung durch zerstörungsfreie Prüfverfahren dennoch bewältigt werden können, erklärt Dr. Stefan Gerth im Podcast.

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Dr. Simon Zabler entwickelt mit seinem Team Systeme für hochauflösende Computertomographie im Mikro- und Nanometerbereich. Damit lassen sich mikroskopisch feine Strukturen dreidimensional untersuchen. Angesiedelt ist seine Arbeitsgruppe am Würzburger Standort des Entwicklungszentrums Röntgentechnik EZRT.

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Alexander Ennen leitet die Abteilung »Anwendungsspezifische Methoden und Systeme« am Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS. Die Röntgensysteme, die er mit seinem Team entwickelt, sind für den Einsatz an Förderbändern konzipiert – beim Recycling von Elektroschrott genauso wie im Bergbau oder bei der Detektion von Fremdkörpern in Lebensmitteln.

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Wie die Entdeckung der Röntgenstrahlen die Metropolregion Nürnberg und die Welt veränderte

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Wolfgang Holub konzipiert am Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik Robotersysteme, die Fahrzeuge computertomografisch untersuchen können. Für diese Innovation erhielten er und sein Team in diesem Jahr den Anwenderpreis der Deutschen Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung.

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Michael Salamon hat die weltweit einzigartige XXL-Computertomographie am Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT in Fürth, einem Bereich des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS, mit aufgebaut. Dort scannt er mit seinem Team große, oft spektakuläre Objekte und entwickelt neue Anwendungen für die Hochenergie-Computertomographie.

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Stefan Gerth ist Wissenschaftler und Gruppenleiter am Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik in Fürth. Er koordiniert die Entwicklung von CT-Systemen zur Selektion hitzetoleranter Nutzpflanzen. Mit ihrer Forschungsarbeit leistet seine Gruppe einen wichtigen Beitrag dazu, wie Pflanzenzüchter dem Klimawandel begegnen können.

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Ein Forscherteam vom Fraunhofer IIS untersucht eine peruanische Mumie aus der Zeit zwischen dem 11.-15. Jahrhundert mithilfe von Röntgentechnik.

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CloudCT ist ein webbasiertes Datenmanagement-System für den Umgang mit CT-Daten.

Der Zugriff auf CloudCT ist von beliebigen Endgeräten ohne die Installation von Software möglich.

CloudCT kann an unterschiedliche CT-Anlagen und -Systeme angepasst werden.

Zum Beitrag im Jahresbericht 2018