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Was sind die aktuellsten Forschungsthemen? Welche Rolle spielt die Empa dabei? Unser Forschungsmagazin EmpaQuarterly (die frühere EmpaNews) gibt mit Interviews, Portraits und spannenden Berichten aus dem Labor Auskunft zu relevanten Fragen.
 
Wissen im Bild

Currypulver? Nein, Titan!

Das feine Pulver in diesem Behälter mag Freunden gesunder Gewürze verlockend erscheinen – doch es ist definitiv ungeniessbar: eine Titanlegierung aus feinen Körnchen von durchschnittlich 35 Mikrometern Durchmesser. Im Dienste der Gesundheit steht das Pulver dennoch: Die feinrauen Strukturen, die ein Experte behutsam von Hand freiwischt, sind Oberseiten von medizinischen Implantaten: Hüftpfannen für Menschen, die eine neues Gelenk benötigen. Entstanden sind sie mit Hilfe von Laserstrahlen, die sie Schicht für Schicht aus dem Pulver gebrannt haben – das Foto zeigt also das Endstadium einer Produktion in einem 3D-Drucker. Mehr zu dieser innovativen Medizintechnologie und ihren Chancen und Tücken erfahren Sie in unserer Fotoreportage, die sie hier finden:
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In Kürze

Mittelklasse oder Oberklasse?
Um Fahrzeuge beispielweise für das Mobility-Pricing korrekt in Klassen einteilen zu können, muss man Mittelklasseautos von der Oberklasse und Kleinwagen von Kompaktfahrzeugen klar unterscheiden können. Doch das wird immer schwerer: Ein Audi A4 sieht auf Fotos fast gleich aus wie ein Audi A6, ein Mini One sieht ähnlich aus wie ein Mini Countryman. Bis jetzt werden die Klassen in jedem Land von Experten eingeteilt – zu einem grossen Teil nach eigenem Ermessen. Die Empa-Forscherin Naghmeh Niroomand hat nun ein System entwickelt, das weltweit Autos an Hand der Abmessungen klassifizieren kann. Rein mathematisch und fair. Die bisherige Einteilung durch Experten könnte also bald ein Ende finden. Zugleich wären Auto-Klassen weltweit leichter und objektiver vergleichbar. Denn in Italien ist ein "Mittelklassewagen" etwas anderes als in den USA.

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Mobiler Maskencheck
Ob die Corona-Maske im Gesicht in einer bestimmten Situation den Träger ausreichend schützt, wusste bisher nur die Maske selbst. Empa-Forscherin Flora Bahrami hat nun eine App entwickelt, mit der sich die maximale Schutzdauer in der Gegenwart von erkrankten Mitmenschen vorhersagen lässt. Je nach Maskentyp, Ort und Aktivitätsniveau modelliert die App, wie lange die Situation unbedenklich ist. So ergeben sich verschiedene Zeitangaben für den Workout mit hustenden Sportlern im Fitnessstudio oder die Fahrt mit schweigenden Passagieren im Bus. Ebenfalls sichtbar: Wie viele Viren man je nach Maskenart und Aufenthaltsdauer potentiell inhaliert hat. «Maskenhersteller können zudem mit der App die Produktentwicklung optimieren», so Bahrami.
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Schutz vor Keimen - stundenlang
Ein Team der Medtech-Firma Lumendo (VD) und der Empa entwickelt derzeit ein Handdesinfektionsmittel für einen mehrstündigen Schutz. Die Langzeitwirkung von «Disigel» basiert auf einem Gel, das die Haut schont, Keime hingegen abtötet. So soll das Gel vor antibiotikaresistenten Bakterien und Viren schützen. Das Projekt wird von Innosuisse, der Schweizerischen Agentur für Innovationsförderung, unterstützt.
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Vom Rückbau zum Re-use
Bauarbeiten im NEST: Mit der neuen Unit «Sprint» entsteht eine Büroeinheit, die grösstenteils aus wiederverwendeten Materialien gebaut sein wird. Damit will «Sprint» zum einen neue Massstäbe für ein kreislaufgerechtes Bauen setzen. Zum anderen ist die Büro-Unit aber auch eine Reaktion auf die COVID-19-Situation, die verdeutlicht hat, dass wir unsere Gebäude flexibler und schneller auf sich ändernde Bedürfnisse anpassen müssen.
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Editorial

3D-Druck für Profis

3D-Druck ist mittlerweile «Mainstream»; auf dem Internet wimmelt es nur so von mehr oder weniger sinnvollen Vorlagen für 3D-Drucker, die es mittlerweile auf fast allen eCommerce-Plattformen gibt. So weit, so langweilig.

Ein medizinisches Implantat, um etwa ein defektes Hüftgelenk zu ersetzen – daran dürften sich wohl die wenigsten Hobby-3D-Drucker wagen. Und das völlig zurecht, wie unsere Fotoreportage aus dem «Swiss m4m Center» im solothurnischen Bettlach zeigt (ab S. 20). Dort sollen künftig patienten-spezifische Implantate Schicht für Schicht aus dem Metallpulverbett entstehen. Ein vielstufiger, äusserst komplexer Prozess, für den enorm viel material- und prozesstechnisches Knowhow notwendig ist.

Das «Swiss m4m Center» ist das erste «Advanced Manufacturing Technology Transfer Center», ein schweizweites Netzwerk, das der hiesigen Industrie auf dem Gebiet der fortschrittlichen Fertigungstechnologien – eben «Advanced Manufacturing» – einen technologischen Vorsprung im internationalen Wettbewerb verschaffen soll.

Entstanden ist diese Idee übrigens an der Empa als eine Art Erweiterung unseres «Coating Competence Center». Schön zu sehen, dass dies nun Früchte trägt: Zum m4m-Netzwerk gehören inzwischen knapp 50 Partnerinstitutionen.

Michael Hagmann, Leiter Kommunikation

Betonbau

Vorgespannte Pflaster für alte Bauten

Die Technologie, Betonbauwerke mit kohlefaserverstärktem Kunststoff zu stabilisieren und so zu einem längeren Leben zu verhelfen, entstand vor Jahrzehnten; unter anderem an der Empa. Heute arbeiten Forschende in Dübendorf an einer neuen Variante mit vorgespannten Lamellen – mit guten Aussichten für die Praxis.
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Flammschutz

Feuerfest und angenehm

Ein neues, an der Empa entwickeltes chemisches Verfahren macht aus Baumwolle ein schwer entflammbares Gewebe, das trotzdem die hautfreundlichen Eigenschaften von Baumwolle behält.
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Interview

«Recycling ist nicht automatisch nachhaltig»

Kreislaufwirtschaft und Wiederverwertung in der Textilindustrie: Die Schweiz und die EU wollen nachhaltiges Wirtschaften forcieren. Grundlagen dazu werden an der Empa seit Jahren erforscht. Nachhaltigkeitsexpertin Claudia Som äussert sich im Interview zu Chancen, Fallstricken und Ideen für die Zukunft.
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Festkörperphysik

Filigrane Chemie für Mega-Kristalle

Ein Team von Empa- und ETH-Forschern spielt mit 3D-Bausteinen, die bis zu 100-mal grösser sind als Atome und Ionen. Und obwohl zwischen diesen Nano-«Legosteinen» ganz andere, viel schwächere Kräfte wirken als jene, die Atome und Ionen zusammenhalten, bilden sie ganz von selbst Kristalle, die natürlichen Mineralien gleichen. Diese Megakristalle könnten eine neue Ära in der Materialwissenschaft einläuten.
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Fotoreportage

Vom Titanpulver zum Hüftimplantat

Additive Fertigung ist faszinierend: Wie von Zauberhand wachsen in 3D-Druckern komplexe Werkstücke heran: Schicht für Schicht für Schicht … – ohne menschliches Zutun, wie es auf den ersten Blick erscheint. Doch die Technologie ist anspruchsvoll und erfordert viel Handarbeit mit Fingerspitzengefühl, wie ein Besuch beim Team des «Swiss m4m Center» in Bettlach zeigt.
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Bessere Fasern

Jacken aus Jacken aus Jacken ...

Herstellen, tragen, waschen, verbrennen: Dieser typische Lebenslauf von Kleidungsstücken, der die Umwelt belastet, soll in Zukunft verändert werden – hin zu kreislauf-wirtschaftlichen Prinzipien mit Recycling. An einer Outdoor-Jacke aus PET-Flaschen und Recyclingmaterial haben Empa-Forschende untersucht, ob das Produkt tatsächlich hält, was die Idee verspricht.
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Glosse

Ausgerechnet

Hypatia, der gemeinsame Clusterrechner der Empa und der Eawag, ist nicht mehr. Am 10. März wurde die brave und schnelle Helferin für wissenschaftliche Simulationen im Keller der Empa abgebaut und auf Lastwagen einer Entsorgungsfirma verladen. Viele Komponenten des Grossrechners werden nun an anderen Orten ein neues Leben beginnen. Hypatia war nach einer der wenigen Wissenschaftlerinnen der Antike benannt, die im 4. Jahrhundert in Ägypten lebte.
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Fasertechnologie

Datenfluss in Glycerin

Daten und Signale lassen sich mit Glasfasern schnell und zuverlässig übertragen – so lange die Faser nicht bricht. Eine starke Biegung oder Zugbelastung kann sie schnell zerstören. Ein Empa-Team hat nun eine Faser mit flüssigem Glycerin-Kern entwickelt, die sehr viel robuster ist und Daten ebenso sicher übertragen kann. Und aus solchen Fasern lassen sich sogar mikrohydraulische Bauteile und Lichtsensoren bauen.
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Energiewende

Heisse Zeiten

Durch den klimabedingten Temperaturanstieg wird der Kühlbedarf von Gebäuden weiter zunehmen. Eine Hochrechnung von Empa-Forschenden basierend auf Daten des NEST-Gebäudes und künftigen Klimaszenarien für die Schweiz zeigt, dass dieser Anstieg des Energiebedarfs für die Kühlung erheblich sein dürfte und einen starken Einfluss auf unser künftiges – elektrifiziertes – Energiesystem haben kann.
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Unterwegs

Nest öffnet virtuell die Türen 
Bisher haben die Führungen durch NEST nur physisch vor Ort stattgefunden. Seit Juni 2021 kann das gesamte Gebäude auch online und ganz spontan besichtigt werden. Die Gäste der virtuellen NEST-Tour können die einzelnen Gebäudemodule – die sogenannten Units – sowie die Forschungsplattformen Energy Hub und Water Hub besuchen und sich frei durch das Gebäude bewegen. Der Rundgang führt sie an Expertinnen und Experten vorbei, die ihr Know-how direkt mit den Gästen teilen. Zusätzlich gibt es unzählige innovative Materialien, Technologien und Prozesse zu entdecken. Die virtuelle Tour läuft auf PC und Mac, Smartphones und Tablets.
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Empa im Rechnerring für Bioinformatik
Seit Januar 2021 ist die Empa Mitglied des Schweizerischen Instituts für Bioinformatik (SIB). Dieses ist eine akademische Non-Profit- Organisation, deren Vision es ist, Exzellenz in der Datenwissenschaft (Data Science) für den Fortschritt in der biologischen Forschung und Gesundheit zu fördern. Zu den Mitgliedern gehören Forschungs- und Dienstleistungsgruppen der wichtigsten Schweizer Hochschulen und renommierter Schweizer Forschungsinstitute. Die Empa ist mit der Gruppe «Multi-omics for healthcare materials» unter der Leitung von Marija Buljan vertreten. Die Gruppe ist Teil der Abteilung «Particles-Biology Interactions» von Peter Wick und konzentriert sich auf die Entfaltung von krankheitsassoziierten zellulären Signalnetzwerken, um präzise Lösungen fürs Immunoengineering zu finden. Die Aktivitäten der Gruppe konzentrieren sich auf die Generierung und Analyse biomedizinischer Multi-omics-Datensätze, die die Entwicklung neuer Materialien für personalisierte Gesundheitsanwendungen unterstützen können.
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Stratege für Energiespeicher
Die Dachorganisation der Wirtschaft für erneuerbare Energien und Energieeffizienz (AEE Suisse) hat im Mai 2021 eine neue Arbeitsrgruppe «Elektrische Energiespeicher» ins Leben gerufen. Die Gruppe besteht aus namhaften Batteriespezialisten, etwa Andrea Vezzini, Chef des Energy Storage Research Center der Berner Fachhochschule, und Jonas Mühletaler vom Institut für Elektrotechnik IET CC Electronics der Hochschule Luzern. Für die Empa sitzt Marcel Gauch im Gremium, er ist Spezialist für Elektromobilität und zugleich Nachhaltigkeitsdelegierter der Empa. Ein weiterer, an der Empa ausgebildeter Experte im Team ist Olivier Groux, Projektleiter Entwicklung bei der Kyburz AG.
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Batterien

Sorgenfreie Stromspeicher

Die Anzahl der Daten sendenden Mikrogeräte, etwa bei Verpackungen und Transportlogistik, wird in Zukunft stark zunehmen. All diese Geräte brauchen Energie, doch die dafür notwendige Menge an Batterien würde die Umwelt enorm belasten. Empa-Forscher haben einen kompostierbaren Mini-Kondensator entwickelt, der das Problem lösen kann. Er besteht lediglich aus Kohlenstoff, Zellulose, Glycerin und Kochsalz – und er funktioniert zuverlässig.
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Sensoren in der Diagnostik

Frühwarnsystem für Demenz

Alzheimer und andere Demenzerkrankungen gehören heute zu den grossen Volksleiden. Die Diagnose ist aufwändig und lässt sich oft erst spät im Krankheitsverlauf zweifelsfrei stellen. Ein Forscherteam der Empa entwickelt nun gemeinsam mit klinischen Partnern eine neue Diagnose-Methode, die bereits erste Anzeichen von neurodegenerativen Veränderungen über einen Sensor-Gurt nachweist.
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Molekulare Diagnose

Demenz im Blut aufspüren

Empa-Forscher Peter Nirmalraj will Peptide in nie gekannter Präzision ablichten – und damit Einblicke in das molekulare Krankheitsgeschehen von Alzheimer gewinnen. Dies könnte den Weg zu neuen Therapien ermöglichen.
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