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Feature Stories - Litauen liefert Lasertechnologie vom Feinsten

Im Innovationsanzeiger der Europäischen Union wird Litauen mit einer leicht unterdurchschnittlichen Leistung als mittlerer Innovator aufgeführt. Doch es gibt einen Bereich, in dem diese Baltenland mit seinen 3,2 Mio. Einwohnern glänzt: Laser.

Digitale Wirtschaft

Ultrakurzpulslaser wie etwa Piko- und Femtosekundenlaser sind in vielen fertigungstechnischen Anwendungsfällen und medizinischen Bereichen nicht mehr wegzudenken. Litauische Unternehmen sind es, die die Hälfte aller weltweit verkauften Pikosekundenlaser herstellen. In Litauen gefertigte Lichtverstärker mit Parametern im Femtosekundenbereich, welche die ultrakurzen Laserpulse erzeugen, machen einen Anteil von 80 Prozent des Weltmarkts aus. Die Universität Vilnius und das Institut für Physik arbeiten schon seit den 1970er Jahren an bahnbrechender Laserforschung. Nur etwa ein Jahrzehnt vorher wurde der erste funktionierende Laser überhaupt vorgeführt. Und bis in die heutige Zeit ist der Forschungseifer der litauischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf diesem Gebiet ungebremst. Konzentrierte Arbeit am Laser Im Rahmen des Projekts Fast-Dot (1) hat sich die Universität Vilnius zum Beispiel mit 17 weiteren Partnern in zwölf Ländern verbündet, um eine nächste Generation von Lasern für den Einsatz in biomedizinischen Anwendungen zu entwickeln. Diese neuen Laser sind nicht nur viel kleiner als alle vorhergehenden technischen Apparaturen - vergleichbar mit der Größe einer Streichholzschachtel im Gegensatz zu einem Schuhkarton -, sie sind außerdem energieeffizienter, so dass sie bei der Mikroskopie und in der Nanochirurgie eingesetzt werden können, wo hochpräzises Schneiden, Abbilden und punktgenaue Behandlungstherapien erforderlich sind. Die Forschergruppe der Universität Vilnius unter Leitung von R. Tomasiunas betrachtet dies als ihren Beitrag "zur experimentellen Untersuchung der zeitaufgelösten Trägerdynamik in QD-Material, das zur Modenkopplung auf verschiedene Weise wie etwa durch Anrege-Abfrage-Verfahren (Pump-Probe), Vierwellenmischen verwendet wird." "Projektziel war es, die Technologie der Quantenpunktmaterialien, voraussichtlich Galliumarsenid, einzusetzen, und deren Lasereigenschaften beim Einsatz in biomedizinischen Anwendungen wie etwa der Laserpinzette für die Mikrochirurgie auszunutzen", erläutert Neil Stewart, Fast-Dot-Projektmanager. Wie Stewart erklärt, wird das Ergebnis letztlich darin bestehen, dass die Chirurgen Zugriff auf noch leistungsfähigere, kostengünstigere Laser als derzeit verfügbar erhalten, wodurch sich neue Anwendungsbereiche für Laser in der Biomedizin ergeben dürften. Die Quantenpunktmaterialien für Laser stehen gleichsam im Mittelpunkt des LAMP-Projekts (2), an dem der litauische Laserhersteller Ekspla beteiligt ist. Ziel der Initiative ist es, neue Fertigungstechnologien für Leuchtdioden (lichtemittierende Diode, LED) zu entwickeln, wobei Laser zum Einsatz kommen sollen, die wesentlich billiger, wirtschaftlicher und effizienter als die derzeitigen Prozesse sind. Die daraus resultierenden LED-Geräte sollten außerdem auf effizientere Weise Licht emittieren können und somit potenziell zur Verbesserung der Qualität und Effizienz von LED-Anzeigen beitragen. Auch Light Conversion, ein weiteres litauisches Unternehmen, leistet seinen Beitrag im Punkt Lasertechnologie - allerdings für einen ganz anderen Zweck. Acht internationale Partner werden innerhalb des Projekts Cross-Trap (3) von der Europäischen Kommission bei der Entwicklung eines neuartigen lasergestützten Systems zur Erfassung von Luftschadstoffen wie Chemikalien, bakteriellen Bedrohungen und Gasen unterstützt. Die Technologie basiert vereinfacht ausgedrückt auf der Anregung von Molekülen mit einem Laser, der Messung des reflektierten Lichts und der Identifizierung der Molekülen anhand ihrer Schwingungen. Um dies zu realisieren, müssen jedoch mehrere wesentliche technologische Herausforderungen gemeistert werden, nicht zuletzt deshalb, da die Rückwärtsstreuung von Licht in Luft unter normalen atmosphärischen Bedingungen extrem schwach ausfällt. Sollte das Projekt hierbei Erfolg haben, wird man etliche neue Systeme zur Umweltüberwachung in Sachen Schutz und Sicherheit bauen können, mit denen Schadstoffe und Toxine in der lokalen Atmosphäre zu erkennen sein werden. Laser bilden sozusagen die Speerspitze der litauischen Forschung und Innovation, sind aber keineswegs der einzige Bereich, dem die wissenschaftliche Gemeinschaft des Landes ihre Aufmerksamkeit widmet. Online zusammenarbeiten Beispiel VirtualLife (4): In diesem Projekt hat sich ein Forscherteam der Universität Vilnius mit Partnern aus Deutschland, Estland, Frankreich, Italien und Rumänien zusammengetan, um die grundlegende Technologie für die Erstellung eines neuen Typs virtueller Welt zu entwickeln - Onlineumgebungen, die nicht nur unterhaltsam und immersiv, sondern auch sicher, demokratisch und anpassbar sind. "VirtualLife bildet eine neue Form der virtuellen Organisation, die den Übergang von der Administratorzentriertheit der existierenden virtuellen Welten zu einer zivilen Organisation darstellt, die von einem gemeinsamen Gesetz innerhalb einer immersiven, qualitativ hochwertigen 3D-Virtual-Reality-Umgebung regiert wird", so die Aussage des Teams. Die dabei entstehenden Tools zum einfachen Kreieren virtueller Welten werden speziell für Szenarien aus Industrie, Aus- und Weiterbildung, Bildung, Kultur und Geschäftswelt entworfen. Sie umfassen eine skalierbare, zuverlässige Peer-to-Peer-Architektur (P2P) für eine 3D-Umgebung, eine sichere und vertrauenswürdige Infrastruktur sowie ein zertifiziertes Authentifizierungssystem. Validierungstests zeigen, dass es die P2P-Architektur zusammen mit den Instrumenten des Projekts zur Ausführung der Verwaltung und zum Abschluss von Verträgen in virtuellen Welten den Nutzern gestattet, reichere Onlineumgebungen aufzubauen, die besser für den Einsatz in der Aus- und Weiterbildung, im E-Commerce und in der Geschäftswelt geeignet sind. Die Initiative DEMI (5) hat gleichermaßen ihren Schwerpunkt auf dem Gebiet der kollaborativen Umgebungen und will bestehende Produkt- und Prozessdesignsysteme mit Funktionen verbessern, die den Ingenieuren Hilfestellung dabei geben sollen, in gemeinsamer Arbeit energieeffiziente Fertigungsprozesse entwerfen zu können. Überdies arbeitet das Team, zu dem Forscher des litauischen Instituts für Energie gehören, an Energieüberwachungs- und Entscheidungshilfeinstrumenten für die Fertigungsindustrie, die auf Umgebungsintelligenz und serviceorientierten Architekturen basieren. Das Projekt verfolgt das Ziel, eine Reihe von CAD-Systemen (Computer-Aided Design) zu erstellen, welche den Ingenieuren dabei zur Seite stehen sollen, Energieeinsparungen von mindestens 15 Prozent im Vergleich zu derzeit eingesetzten Prozessen zu realisieren. Informations- und Kommunikationstechnologien im Dienste der Gesundheit Unter Einsatz einer ähnlichen zugrunde liegenden Technologie und einer gleichermaßen serviceorientierten Architektur, aber mit einem völlig anderen Ziel, entwickelt das Projekt Ponte (6) ein System zur Unterstützung der pharmazeutischen Forschung. Der von Ponte verfolgte Ansatz ermöglicht die Konzipierung und Planung klinischer Studien - ob es nun um neue Arzneimittel oder vorhandene Medikamente geht, die auf neue Einsatzzwecke getestet werden, - mit Hilfe eines flexiblen Autorenwerkzeugs. Dieses Tool gestattet es potenziellen Patienten, die zur Teilnahme an derartigen Studien geeignet sind, auf Grundlage einer Einschätzung der Effektivität von klinischen Studien, der Patientensicherheit und der Kosten der klinischen Studie identifiziert und ausgewählt zu werden. Das System koppelt die semantische Interoperabilität von Informationssystemen über die stationäre Versorgung mit Informationssystemen über die klinische Forschung sowie Wissensdatenbanken aus den Bereichen Arzneimittel und Krankheiten. Auch modernere Data-Mining-Verfahren und verbesserte Lernalgorithmen sind in Arbeit. Das Projektteam dazu: "Die Überführung der Grundlagenforschung in die klinische Praxis bildet eine neue wissenschaftliche Herausforderung, die in erfolgreichen klinischen Anwendungen mit geringen finanziellen Kosten und gesteigerter Patientensicherheit resultieren kann." Die Technische Universität Kaunas nimmt gleichermaßen im Bereich des Gesundheitswesens am TBIcare-Projekt (7) teil, das sich auf die Entwicklung einer objektiven und evidenzbasierten Lösung für Schädel-Hirn-Traumen (SHT) konzentriert, wobei die Diagnostik und die Behandlungentscheidungen am einzelnen Patienten verbessert werden sollen. Bei Menschen unter 40 sind traumatische Gehirnverletzungen als Folge von Gewalteinwirkungen auf den Kopf die häufigste Ursache von Dauerinvalidität und Arbeitsunfähigkeit. Die Kosten für die Behandlung und Pflege dieser Patienten belaufen sich in Europa auf über 100 Mrd. EUR jährlich. Jedes Jahr erleiden in der Europäischen Union über 1,6 Millionen Menschen eine Schädel-Hirn-Verletzung; 100.000 von ihnen bleiben behindert. Innerhalb der letzten fünf Jahre nahm diese Zahl um 21 Prozent zu. "Das Projekt entwickelt ein Instrument, das die alltägliche klinische Arbeit der Ärzte erleichtern und außerdem die Behandlung von Schädel-Hirn-Verletzungen revolutionieren wird. Dieses Softwarewerkzeug wird es den Ärztinnen und Ärzten ermöglichen, durch kombinierten Einsatz verschiedener Datenbanken die patientenbezogenen Variablen mit den verletzungsbedingten Variablen abzugleichen. Die Software wird dann mit Hilfe umfassender Datenbank- und Systemsimulationen eine detaillierte Analyse der Beschaffenheit der Hirnverletzung des Patienten, die optimale Behandlung und ein prognostiziertes Ergebnis bereitstellen", erklärt das Team. Auch die Technische Universität Kaunas arbeitete im Rahmen des Projekts Avert-It (8) an einer anderen Lösung zur Gesundheitsüberwachung, die sich in diesem speziellen Fall auf Menschen konzentriert, die an niedrigem Blutdruck zu leiden haben. Die Forscherinnen und Forscher entwickelten ein neuartiges Überwachungssystem für das Patientenbett, das nicht nur die Veränderungen des Blutdrucks nachverfolgt, sondern auch unerwünschte Zwischenfälle vorhersagen kann, bevor sie überhaupt geschehen. So kann das medizinische Personal rechtzeitig alarmiert und die Patientenversorgung ganz erheblich verbessert werden. --- Die in diesem Artikel beschriebenen Projekte wurden finanziell innerhalb des Siebten Rahmenprogramms für Forschung (RP7) unterstützt. (1) Fast-Dot: "Compact ultrafast laser sources based on novel quantum dot structures" (2) LAMP: "Laser induced synthesis of polymeric nanocomposite materials and development of micro-patterned hybrid light emitting diodes (LED) and transistors (LET)" (3) Cross Trap: "Coherently-enhanced raman one-beam standoff spectroscopic tracing of airborne pollutants" (4) VirtualLife: "Secure, trusted and legally ruled collaboration environment in virtual life" (5) DEMI: "Product and Process Design for AmI Supported Energy Efficient Manufacturing Installations" (6) Ponte: "Efficient Patient Recruitment for Innovative Clinical Trials of Existing Drugs to other Indications" (7) TBIcare: "Evidence based Diagnostic and Treatment Planning Solution for Traumatic Brain Injuries" (8) Avert-It: "Advanced arterial hypotension adverse event prediction through a novel Bayesian neural network" Links zu Projekten auf CORDIS: - RP7 auf CORDIS - Fast-Dot auf CORDIS - LAMP auf CORDIS - Cross Trap auf CORDIS - VirtualLife auf CORDIS - DEMI auf CORDIS - Ponte auf CORDIS - TBIcare auf CORDIS - Avert-It auf CORDIS Andere Links: - Website der Europäischen Kommission zur Digitalen Agenda