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Elektronisches Adlerauge : Diese Erfindung aus Stuttgart lässt Google alt aussehen

Die Chips sind kleiner als Cent-Münzen. Bild: Uni Stuttgart

Ein Professor an der Uni Stuttgart hat ein Linsensystem erfunden, das sogar Googles Brillen in den Schatten stellt. Unternehmen aus der ganzen Welt rufen deswegen schon an. Darum geht es.

          Immer online und immer auf Snapchat oder sonstwo im Internet präsent mit Fotos aus der U-Bahn oder der Mensa – das ist nicht Harald Giessens Welt, wie schon sein Klapphandy signalisiert. Aber was die Nerds in aller Welt bald aufregend finden werden, hängt trotzdem ganz wesentlich an der Arbeit dieses Stuttgarter Professors.

          Susanne Preuß

          Wirtschaftskorrespondentin in Stuttgart.

          Zusammen mit seinen Kollegen hat er ein exklusives Linsensystem entwickelt, quasi elektronische Augen, die scharf sind wie Adleraugen und kleiner als ein Sandkorn. Und: Sie sind verbunden mit dem Internet.

          Das System in eine Brille implantiert, die mit einem Wifi-Transmitter ausgestattet ist, wäre eine mögliche Anwendung für dieses Linsensystem. Dies geht weit über das hinaus, was man sich heute unter einer Google-Brille vorstellt. „Das wird kommen“, ist Giessen sich sicher. Die „Augmented Reality“, die vor wenigen Monaten mit „Pokemon Go“ greifbar geworden ist, wird dann nur noch wie ein müder erster Versuch wirken. „Das wird noch viel krasser.“ So aufregend ist die Entwicklung, dass an der Universität Stuttgart ziemlich häufig die Spitzenentwickler der innovativsten Unternehmen aus aller Welt anrufen, um Geschäfte anzubahnen. Welche? Das ist vorläufig noch ein großes Geheimnis.

          Linsen aus dem 3D-Drucker

          In fast allen Lebensbereichen könnten solche Linsensysteme nützlich sein. Das Adlerauge – nur um einmal die optischen Vorteile des Systems zu beschreiben – erkennt eine Maus aus drei Kilometern Höhe, weil es im Bereich des schärfsten Sehens extrem viele Sehzellen hat und weil außerdem eine zweite Fovea am Augenrand für scharfe Sicht nach den Seiten sorgt.

          Die Forscher an der Universität Stuttgart bilden diese Fähigkeiten durch einen Satz von Mikro-Objektivlinsen nach, die verschiedene Brennweiten haben. Die so entstehenden Bildinformationen werden durch ein Computerprogramm zu einem einzigen, hochauflösenden Bild zusammengesetzt. Die Linsen sind alle weniger als einen Millimeter groß, teilweise kaum sichtbar. Und der Chip, auf dem die Linsensysteme angebracht sind, ist wiederum kleiner als ein Cent-Stück.

          So sehen die „Augen“ auf dem Chip aus.

          Besonders interessant macht diese Idee auch, dass die Linsen, um ihre außerordentliche Präzision zu erreichen, nicht erst mühsam ausgerichtet werden müssen. Vielmehr wird das ganze Linsensystem mit einem 3D-Drucker hergestellt. Das heißt: Ist der Drucker erst einmal richtig programmiert, dann sind auch die Linsen hochpräzise ausgerichtet.

          „Bisher gibt es noch niemanden, der die Mikrolinsen direkt auf den Sensor gedruckt hat“, beschreibt Physik-Professor Giessen den Vorteil der Stuttgarter Erfindung. Der 3D-Druck, in dem das Linsen-Material Schicht für Schicht aufgetragen wird, bevor das überflüssige Material chemisch entfernt wird, ermöglicht zudem Formen, die durch herkömmliche Produktionsverfahren mindestens extrem schwierig, wenn nicht unmöglich sind. Zum Beispiel elliptische oder parabolische Formen.

          „Bis zur Realisierung dauert es nur einen Tag“

          Der 3D-Druck bringt auch Tempo in die Sache. Das mag erst einmal verwunderlich klingen, weil es bis zu drei Stunden dauern kann, bis eine einzige dieser Miniatur-Linsen gedruckt ist. „Damit kostet schon die reine Maschinenzeit 15 Euro pro Linse“, überschlägt Harald Giessen, nicht eingerechnet sind dabei Material- und Personalkosten.

          Aber es muss und wird auch schneller und billiger gehen, ist er sich sicher. Werden die 3D-Drucker nicht mehr hochflexibel für Forschungsarbeiten in allen möglichen Disziplinen hergestellt, sondern auf eine einzige Anwendung beschränkt, wäre damit schon ein Kostenfaktor reduziert. Das Druckverfahren selbst könnte noch beschleunigt werden. Und nicht zuletzt kommt es auf die Komplexität der Linsenform an.

          Zeiss würde daran verdienen

          Für das Innovationstempo aber ist der 3D-Druck erst einmal viel wichtiger: „Von der Idee bis zur Realisierung dauert es nur einen Tag“, freut sich der Physikprofessor. So kommt es, dass die Ideen nur so sprudeln und auch schon das eine oder andere Anwendungsfeld konkret ausgetestet wird. Natürlich denkt man in der Autostadt Stuttgart sofort ans Autonome Fahren, das durch elektronische Adleraugen profitieren könnte. Von einem Besuch bei einer auf Zahnwurzel-Behandlung spezialisierten Ärztin hat Giessen die Idee mitgebracht, man könnte das Miniatur-System für die Untersuchung der Zahnkanäle einsetzen.

          Und natürlich hat man im Elektronik-Geschäft schon eine Mini-Drohne gekauft, um dort das Sensorsystem einzubauen. Das weite Feld der Spionage wäre eine Einsatzmöglichkeit, ist Giessen klar: Künftig könnten Objekte in der Größe einer Biene oder einer Fliege alles mögliche ausspionieren. Die Go-Pro-Kameras auf dem Ski-Helm dürfte schon bald ziemlich antiquiert wirken, merkt man, wenn der Professor die Anwendungschancen des neuen Systems umschreibt.

          Etwas davon haben wird davon nicht nur die Universität in Stuttgart. „Diese Technologie ist definitiv interessant. Die Entwicklung befindet sich im Forschungsstadium, hat aber klares Anwendungspotential“ – so ordnet der Zeiss-Konzern, Markt- und Innovationsführer in den verschiedensten Bereichen der Optik, die Entwicklung ein. Das Unternehmen mit Sitz in Oberkochen auf der Schwäbischen Alb würde durchaus selbst davon profitieren, wenn das Linsensystem aus Stuttgart die Welt erobert

          Denn das Know-How an der entscheidenden Produktionsmaschine ist eng mit Zeiss verknüpft: Die hochpräzisen 3D-Drucker, mit denen die Linsen auf den Chip gedruckt werden, kommen von dem Karlsruher Unternehmen Nanoscribe, an dem Zeiss 40 Prozent hält und mit dem es eine enge Kooperation pflegt.

          Seit sechs Jahren sind die Stuttgarter Forscher damit befasst, dieses extrem leistungsfähige Linsensystem zu entwickeln, wobei das wohl nur möglich geworden ist, weil einerseits das Institut für Technische Optik und andererseits das 4. Physikalische Institut, das Harald Giessen leitet, eng zusammen gearbeitet haben. Ganz erheblich aber habe die Forschungsförderung zu dem Erfolg beigetragen, betont Giessen: „Die Landesstiftung Baden-Württemberg hat uns 500.000 Euro gegeben, und wir konnten das Geld mehr oder weniger zweckungebunden einsetzen.“

          Auf diese Weise sei es gelungen, Millionen Euro an Drittmitteln einzuwerben, darunter die renommierten Spitzenforschungs-Gelder der EU (ERC Advanced Grants). Diese hätten geholfen, das Projekt voranzutreiben. „An anderen Universitäten wäre das nicht möglich gewesen“, ist sich Giessen sicher: „Selbst in Amerika nicht.“

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