Ein Zehntausendstel Milliliter – das ist nur etwa ein Hundertstel der Flüssigkeitsmenge, die ein Wassertropfen enthält. Und es ist die Menge, die Daniel Lutz mit seinem Messgerät untersuchen kann. Lutz studierte bis September 2009 Optoelektronik/Lasertechnik an der Hochschule Aalen. In seiner Diplomarbeit beschäftigte er sich mit der „kontaktlosen Leitfähigkeitsdetektion”. Dahinter steckt ein Verfahren, das die Herzen vieler Forscher und Ingenieure höher schlagen lässt. Die Substanz, deren Inhaltsstoffe analysiert werden sollen – etwa eine Wasserprobe oder eine galvanische Flüssigkeit –, wird dazu in einer dünnen Kapillare durch Anlegen einer hohen elektrischen Spannung in diskrete Zonen zerlegt. Ein Sensor, der außerhalb der Kapillaren angebracht ist, vermisst diese Zonen dann berührungslos. Aus den Messwerten lassen sich Rückschlüsse auf Menge und Art der Stoffe ziehen. Umwelttechniker können so schädliche Stoffe in Trinkwasser oder Badeseen aufspüren, Lebensmittelchemiker gepanschten Wein entlarven und die Hersteller von Kosmetika oder Medikamenten die Qualität ihrer Produkte überprüfen.
Bei herkömmlichen Methoden muss man dazu zwei Elektroden in die Flüssigkeit eintauchen oder diese mit ultraviolettem Licht bestrahlen. Beides hat Nachteile: Durch den Kontakt zwischen Flüssigkeit und Elektroden werden die Messungen verfälscht, und durch UV-Strahlung sind zahlreiche Stoffe nur schwer oder gar nicht nachzuweisen. „Das kontaktlose Verfahren misst dagegen sehr sensibel und zuverlässig”, schwärmt Daniel Lutz. „Und die eingesetzte Technik ist wesentlich preiswerter und robuster als herkömmliche Methoden.”
Rückenwind von der Alma Mater
Das Grundprinzip hatte der Aalener Hochschulprofessor Peter Zipfl bereits einige Jahre zuvor entwickelt. Daniel Lutz verbesserte die Technologie in seiner Diplomarbeit. „Dabei bekam ich große Unterstützung von Peter Zipfl”, sagt Lutz, in dem unterdessen eine Idee gereift ist: Er will ein eigenes Unternehmen gründen, um den Sensor aus dem Labor zu einem kommerziellen Produkt für Wissenschaft und Industrie zu machen. Auch dabei erhält er von der Hochschule Aalen kräftigen Rückenwind. „Im Career- und Gründercenter werde ich kompetent beraten, mehrere Professoren stehen mir mit Rat und Tat zur Seite” , freut sich Lutz. Inzwischen steht die neue Firma kurz vor dem Start. „Voraussichtlich im Frühjahr werde ich die ersten Sensoren verkaufen”, sagt der dynamische Jungforscher.
Die Erfolgsgeschichte von Daniel Lutz ist ein Beispiel dafür, wie die Hochschule Aalen ihre Absolventen fördert – und damit maßgeblich zur wirtschaftlichen Stärke der Region beiträgt. An der 1962 gegründeten Hochschule für angewandte Wissenschaften (früher Fachhochschule) sind rund 4200 Studierende eingeschrieben – zwei Drittel davon belegen ein technisches Studienfach. Großen Wert legt man in Aalen darauf, dass nicht nur Studenten ausgebildet werden, sondern dass auch intensiv geforscht wird. „ Die Hochschule Aalen ist die forschungsstärkste Hochschule in Baden-Württemberg”, betont Carsten Burghardt, Beauftragter für Studienberatung und Mitarbeiter am Institut für Optoelektronik und Lasertechnik. Über 30 Doktoranden und 60 feste Mitarbeiter sind in der Forschung tätig. Ungewöhnlich ist auch die große Zahl von neun Stiftungsprofessuren. Die enge Verzahnung mit der Wirtschaft macht die Hochschule zu einem Motor der Entwicklung im Raum Aalen. Die Region im Osten von Baden-Württemberg ist zwar bei vielen recht unbekannt. Doch sie ist eine der ältesten deutschen Industrieregionen. Bereits im 14. Jahrhundert begann man dort mit dem Abbau von Eisenerz. Es folgte der Bau großer Eisenhütten. Die Schwäbischen Hüttenwerke, die vor rund 640 Jahren gegründet wurden, gelten als das älteste deutsche Unternehmen.
Achsen, Wellen und Maschinen
Heute dominieren in und um Aalen Unternehmen der Maschinenbau- und Automobilzulieferbranche. Neben zahlreichen kleinen und mittelgroßen Firmen bieten auch etliche große Unternehmen den Menschen Lohn und Brot – etwa Kessler & Co. in Abtsgmünd, ein Hersteller von Antriebsachsen und Verteilergetrieben, außerdem der Kurbelwellenproduzent Alfing Kessler GmbH sowie die Mapal Dr. Kress KG, die in Aalen Präzisionsmaschinen fertigt. Das Statistische Landesamt Baden-Württemberg zählte 2009 in der 60 000-Einwohner-Stadt Aalen rund 30 000 sozialversicherungspflichtig Beschäftigte, davon 46 Prozent in der Industrie. Die Arbeitslosenquote im Ostalbkreis betrug im Oktober 4,7 Prozent – deutlich weniger als der bundesweite Durchschnitt von 7,0 Prozent.
Eine bedeutende Rolle spielt die optische Industrie. Rund 50 Unternehmen bilden rund um Aalen ein „Photonic Valley”. Dessen Herz schlägt bei der Carl Zeiss AG in Oberkochen. Carl Zeiss ist der größte Arbeitgeber der Region und beschäftigt in Oberkochen und Aalen insgesamt über 5000 Mitarbeiter, darunter viele Naturwissenschaftler und Ingenieure. Sie entwickeln etwa Brillengläser, Elektronen- und Operationsmikroskope, Arbeitsplätze für Augenoptiker, Messanlagen für den Umweltschutz und Laseroptiken für die Nanotechnologie. Den findigen Forschern bei Carl Zeiss ist zu verdanken, dass Ostwürttemberg bei der Zahl der angemeldeten Patente im Bereich Photonik in Deutschland die Nase weit vorn hat.
Gefragte Absolventen
Die Zeiss-Ingenieure arbeiten eng mit den Wissenschaftlern der Hochschule Aalen zusammen. Auch die trägt kräftig zur Stärke der Region bei den Licht-Technologien bei – durch einen besonderen Fokus auf der Photonik. So ist die Aalener Hochschule die einzige in Deutschland, wo man Augenoptik/Hörakustik und Optoelektronik/Lasertechnik studieren kann – und das bereits seit 20 Jahren. „Bislang hatte keiner der Absolventen Probleme, nach dem Studium eine Stelle zu finden”, freut sich Studienberater Carsten Burghardt. „Der Bedarf an Fachleuten für optische Technologien, Lasertechnik und Photonik ist gewaltig.”
Momentan sind frisch gebackene Optik-Experten vor allem bei der Entwicklung neuer Lichtquellen wie LEDs und bei Anwendungen der Lasertechnik gefragt. Dass der Einfluss der Hochschule Aalen auf die Optik-Branche der Region weiter Früchte trägt, dafür sorgt auch das Zentrum für Optische Technologien. Seinen Forschern, Doktoranden und Studenten stehen mit modernen wissenschaftlichen Geräten ausgestattete Labors zur Verfügung, in denen neue optische Fertigungs- und Messverfahren entwickelt werden – oft in Kooperation mit Unternehmen. So haben Aalener Studenten gemeinsam mit Forschern von Carl Zeiss ein neues Verfahren kreiert, um Linsen und Objektive durch einen feinen Flüssigkeitsstrahl einfacher und reiner als bisher zu polieren. Ein anderes Team hat ein Mikroskop aufgebaut, mit dem sich Zellen am Computer dreidimensional abbilden lassen. Dadurch werden schwer zugängliche Bereiche des Zellgewebes sichtbar – was die Früherkennung von Krebstumoren erleichtert.
Rüstzeug fürs Berufsleben
„Für die Studenten ist die Arbeit in den Forschungslabors enorm wertvoll”, schwärmt Burghardt. „Sie lernen dort nicht nur wissenschaftlich zu arbeiten, sondern auch das komplette Management von Forschungs- und Entwicklungsprojekten – was sie auch später im Berufsleben zu bewältigen haben.” Daniel Lutz profitiert ebenfalls davon. Die im Studium gesammelten Erfahrungen helfen dem Jungunternehmer beim Start in die Selbstständigkeit. Und vielleicht wird er als Unternehmenslenker einmal selbst neue Projekte an der Hochschule anstoßen. ■
von Ralf Butscher
Wissen mit Händen greifen
Ingenieure, Informatiker und Naturwissenschaftler sind begehrt. Doch dem hohen Bedarf der Wirtschaft steht ein mageres Interesse vieler Schüler entgegen. Mit „explorhino” will die Hochschule Aalen das Image dieser Fächer aufmöbeln – indem sie Kindern und Jugendlichen Wissenschaft und Technik spielend näher bringt. Die „Werkstatt für junge Forscher” besteht seit Ende 2008. „Unter ihrem Dach ist ein breites Angebot für Kinder und Jugendliche zwischen 3 und 18 Jahren vereint”, sagt explorhino-Leiterin Susanne Garreis. Sie hat etliche Programme in den letzten Monaten neu gestartet. So läuft seit April 2010 ein Programm für Grundschulen. Während der Schulzeit kommt fast wöchentlich eine Klasse an die Hochschule, wo die Schüler durch eigenhändiges Experimentieren und Laborbesuche Naturphänomene selbst erleben können. Und es gibt Feriencamps – wie das bdw-Forschungscamp an Ostern (siehe Beitrag „Ran die Photonen!” ab S. 101). Seit Dezember besuchen auch Schüler höherer Klassen das explorhino. „Wir kommen mit unseren Angeboten sogar direkt an die Schulen”, kündigt Susanne Garreis an. Die Jungen und Mädchen sollen hautnah erfahren, dass Naturwissenschaften, Mathematik und Technik nicht dröge und wirklichkeitsfremd sind, sondern Alltagsphänomene spannend erklären – und Spaß machen. explorhino wird von der Dr. Albert-Grimminger-Stiftung und der Hochschule Aalen finanziert. „Für die Zukunft hoffen wir auf Unterstützung aus der Wirtschaft”, sagt Garreis. Der Erfolg ist beeindruckend: Rund 3700 Kindergartenkinder und Schüler, aber auch Erzieherinnen und Eltern nahmen 2010 an Events teil.
Kompakt
· Die Hochschule Aalen ist die forschungsstärkste in Baden-Württemberg.
· Sie ist eng mit der Wirtschaft in der Region Ostwürttemberg verzahnt.
· Ein bedeutender Wirtschaftszweig in und um Aalen ist die optische Industrie.
Susanne Garreis
kam über die Schweiz und Japan nach Aalen. Die in Frankfurt am Main geborene promovierte Chemikerin studierte in Zürich, wo sie auch eine Zusatzausbildung im Wissenschaftsjournalismus absolvierte. In Tokio arbeitete sie dann einige Monate als freie Journalistin – bis sie familiäre Gründe nach Ostwürttemberg führten. Dort ging Susanne Garreis nach einigen Jahren als Musiklehrerin und einem Jahr im Schuldienst 2009 an die Hochschule Aalen, wo sie im Projekt „Mädchen und Technik” mitarbeitete. „Kinder und Jugendliche waren immer meine Leidenschaft”, sagt Garreis. Sie selbst hat vier Kinder im Alter zwischen 8 und 18 Jahren – und leitet an der Hochschule Aalen seit Januar 2010 das „explorhino”. Dessen Programme für Kinder und Jugendliche will Susanne Garreis kontinuierlich ausbauen. Die Begeisterung, die sie damit bei jungen Menschen entfacht, ist für sie der schönste Lohn ihrer Arbeit.
Die Ideen werden der engagierten Chemikerin, Journalistin und Pädagogin, die in der Freizeit im Kirchenchor singt und Querflöte spielt, sicher nicht so schnell ausgehen. So will sie in den nächsten Jahren vor allem Kinder aus Migranten-Familien und bildungsschwächeren Schichten an Technik und Naturwissenschaften heranführen – behutsam und ohne besserwisserisches Gehabe. „Wir müssen Kinder und Jugendliche mit der Forschung spielen lassen”, sagt Susanne Garreis. Sie ist überzeugt: „Wenn junge Menschen eigenständig kreative Ideen ausprobieren dürfen, wächst bei ihnen ganz von selbst die Begeisterung für Wissenschaft und Technik.”
Internet
Homepage der Hochschule Aalen: www.hochschule-aalen.de
Die Exponate der Optischen Scheune: www.leinroden.de/index.php?do=text
Unternehmensinfos der Carl Zeiss AG: www.zeiss.de
RAN AN DIE PHOTONEN!
Die Woche nach Ostern wird ein Abenteuer – für die Jugendlichen, die sie im Forschungscamp von bild der wissenschaft und in der Werkstatt für junge Forscher „explorhino” verbringen. Vier Tage können sie Hochschulluft schnuppern, sich auf die Jagd nach wissenschaftlichen Erkenntnissen begeben und gemeinsam mit Forschern experimentieren. Die Mitarbeiter von explorhino – Wissenschaftler, Pädagogen und erfahrene Studenten – haben ein aufregendes Programm für das Camp entworfen und werden die Teilnehmer betreuen. Unterstützt wird das Wissenschaftsabenteuer von Carl Zeiss, einem führenden Hersteller von optischen Geräten wie Mikroskopen und Teleskopen. Bei den Produkten geht es darum, Photonen – die Teilchen des Lichts – einzufangen und zu manipulieren. Auch im bdw-Forschungscamp wird sich alles ums Licht mit seinen skurrilen Eigenschaften und vielfältigen Anwendungen drehen.
Termin
Das Camp findet vom 26. bis 29. April 2011 an der Hochschule Aalen statt.
Teilnahme, Kosten und Leistungen
Das Event steht offen für Jugendliche, die kurz vor dem Abitur oder dem Abschluss einer weiterführenden Schule stehen, sich für Technik interessieren und sich den Kopf über die Wahl eines Studienfachs zerbrechen. Die Teilnahme am Camp kostet 240 Euro. Darin enthalten sind fünf Übernachtungen in der Aalener Jugendherberge, Speisen und Getränke, die Fahrten zu Carl Zeiss und Ausflugszielen in der Umgebung sowie die Betreuung während des Aufenthalts und der Aktionen im Forschungscamp. Um die An- und Abreise muss sich jeder Teilnehmer selbst kümmern. Es stehen 15 Plätze für junge Forscher zur Verfügung. Wer sie bekommt, entscheidet das Los. Wer Glück hat, den erwartet ein tolles Programm:
Montag: Ankunft in Aalen
Ostermontag ist Anreise. Bis 17.30 Uhr kommen die Camp-Teilnehmer in Aalen an, wo ein lockerer Treff auf dem Programm steht, um sich schon mal ein wenig zu beschnuppern.
Dienstag: Teamwork im Labor
Am Dienstag geht es richtig los. Zunächst erhalten die Jugendlichen einen Überblick über Studienmöglichkeiten und Forschungsthemen an der Hochschule Aalen. Danach machen sie sich – in kleinen Teams – ans Werk. In den Labors gibt es einen Crashkurs über optische Instrumente, an denen die jungen Forscher selbst experimentieren können. Hochschulmitarbeiter unterstützen sie dabei. Eines der Versuchsobjekte ist ein Interferometer – ein Gerät, mit dem sich etwa Oberflächen von Linsen für Mikroskope oder Spiegelreflexkameras extrem präzise vermessen lassen. Selbst die metergroßen Spiegel in riesigen Teleskopen kann man so auf wenige Nanometer genau „abtasten”. Eine andere Gruppe von Campern beschäftigt sich mit thermographischen Kameras und lernt die komplizierten Auswerteschritte, mit denen sich aus den Messdaten Wärmebilder gewinnen lassen. Die zeigen etwa, wo an Gebäuden Heizenergie verloren geht, wie viel Energie eine Maschine als Wärme verpuffen lässt oder ob sich das Ohr bei einem Handy-Telefonat erwärmt.
Mittwoch: Trugbilder im Schober
Nachdem die Laborversuche am Vormittag abgeschlossen wurden, geht es zum Mittagessen – und dann auf Tour. Der Ausflug führt in die Optische Scheune in Leinroden. In dem liebevoll restaurierten historischen Schober hat Bernd Lingelbach, ein ehemaliger Professor am Institut für Augenoptik der Hochschule Aalen, eine außergewöhnliche Ausstellung eingerichtet: Die Besucher bewegen sich durch verschiedene optische Täuschungen hindurch – ein kurioses Erlebnis für die Sinne. Die Exponate lassen staunen und machen die bizarren Eigenschaften des Lichts buchstäblich begreifbar. Lingelbachs Scheune ist die größte Sammlung von optischen Phänomenen in Europa.
Donnerstag: Linsen und Topf
Die „Camper” fahren per Bahn nach Oberkochen – zu einem Besuch bei Carl Zeiss SMT. Die Tochterfirma der Carl Zeiss AG stellt in einer Hightech-Fabrik optische Spezialgeräte für die Lithographie her. Das sind Werkzeuge, um aus dünnen Scheiben von Halbleitern wie Silizium (den Wafern) Mikrochips für Computer, Digitalkameras oder Spielkonsolen zu fertigen. Gemeinsam mit Experten von Carl Zeiss besichtigen die Jugendlichen die Anlage und werfen einen eindrucksvollen Blick in die Reinräume, wo die Bauteile für die Lithographie hergestellt werden. Die Teilnehmer können selbst Linsen unter die Lupe nehmen, die so präzise geschliffen sind, dass ihre Oberfläche bloß ein paar Nanometer von der perfekten Form abweicht. Solche Linsen lenken bei der Chip-Herstellung Laserlicht über Silizium-Wafer, um sie zu belichten und feinste elektronische Strukturen zu erzeugen. Am Nachmittag erwartet die Jungforscher eine andere Herausforderung. Dazu laufen sie ein paar Kilometer weiter zum Brenztopf in Königsbronn – einer der stärksten Karstquellen Europas. Rund um den bläulich leuchtenden Quelltopf sind „Schätze” versteckt, die es in einem actionreichen Geocashing mit GPS-Sonden aufzuspüren gilt.
Freitag: Heilsame Photonen
Licht kann Kranke tatsächlich heilen. Und es hilft Medizinern, die Ursachen von Erkrankungen zu verstehen und zum Beispiel Krebs oder Alzheimer früh zu erkennen. Dabei kommen Spektroskope, Mikroskope und Laser zum Einsatz. Wie sich damit Krankheiten diagnostizieren lassen, lernen die Teilnehmer des Forschungscamps – zurück an der Hochschule Aalen – bei einem Besuch der Arbeitsgruppe Biophotonik von Prof. Herbert Schneckenburger. Zum Abschluss des „forschen Ferienlagers” sind die Jugendlichen zugleich Vortragende und Gäste einer kleinen Tagung. Sie berichten den Camp-Kameraden von ihren Experimenten und Erkenntnissen – genauso, wie sich auch Profi-Wissenschaftler über ihre Arbeiten austauschen. Der letzte Abend im Camp gehört einer gemeinsamen Abschiedsfeier.
Samstag: Abschied aus Aalen
Eine Woche voller einzigartiger Erlebnisse und Eindrücke ist zu Ende. Alle Teilnehmer machen sich auf die Heimreise.
Wer am bdw-Forschungscamp teilnehmen möchte, schickt seine Anmeldung an:
Redaktion bild der wissenschaft
Ulrike Matzke
Ernst-Mey-Straße 8
70771 Leinfelden-Echterdingen
oder per E-Mail an:
redaktion@wissenschaft.de
Anmeldeschluss
Am 31. Januar 2011 endet die Anmeldefrist. Die ausgelosten Teilnehmer benachrichtigen wir im Februar.
Wichtig!
Liebe Jugendliche, bitte der Anmeldung ein kurzes Bewerbungsschreiben beilegen, aus dem hervorgeht, warum eine Teilnahme am bdw-Forschungscamp für euch wichtig ist und was ihr euch davon erhofft. Vergesst bitte nicht, euer Alter sowie Post- und E- Mail-Adresse für die Benachrichtigung über eine Teilnahme am Camp anzugeben. ■
von Ralf Butscher
