Unser Team befasst sich aktuell mit der Entwicklung eines Algorithmus zur Erstellung von Trainingsdaten, welche beispielsweise für die Softwareentwicklung zur Hautkrebserkennung benötigt werden. Damit Hautkrebs automatisiert zu erkennen sei, werden über eine Million Datensätze benötigt, die verschiedene Hautkrebsvarianten zeigen. Vorhandene Bilder aus der Biomedizintechnik sind in dieser Menge und der benötigten Qualität nicht ausreichend um eine Software damit zu entwickeln. Der neu entwickelte Algorithmus ist in der Lage, aus nur wenigen hundert Realbildern von erkranktem Hautgewebe, fiktive Bilder mit Hautkrebsvarianten selbst zu generieren. Der Algorithmus stellt die Grundlage für weitere Entwicklungen zur automatisierten Hautkrebserkennung.

Forschende der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ) wollen Grundlagen für einen neuen Studiengang im Streichbogenbau schaffen sowie die bisher verwendeten seltenen tropischen Hölzer nachhaltig ersetzen.

Durch den akuten Fachkräftemangel wird es auch im Streichbogenbau zukünftig an Nachwuchskräften fehlen. Die hohe Nachfrage nach kunsthandwerklich gefertigten Streichbögen bleibt. Deshalb erarbeiten Wissenschaftler*innen der WHZ aus den Bereichen Musikinstrumentenbau, Physikalische Technik, Kraftfahrzeugtechnik und Automobil- und Maschinenbau gemeinsam Grundlagen für den Aufbau eines Studiengangs. Das bisher über Generationen mündlich weitergegebene Wissen der Bogenbauer solle festgehalten und die Bogenbautradition am Standort Markneukirchen zukünftig gesichert werden.

Referenzwerte für den perfekten Bogen

Forschende der Arbeitsgruppe Optische Technologien untersuchen hochwertige Bögen und Bogenmaterialien und entwickeln praxistaugliche Messvorrichtungen für die Werkstatt der Musikinstrumentenbauer. Damit sollen physikalische und mechanische Eigenschaften des Bogens charakterisiert werden. Das Ziel ist die Ermittlung von Referenzwerten für den perfekten Bogen. Hierfür werden geometrische Eigenschaften, Schwingungsverhalten und Verformungseigenschaften verschiedener Bögen und Materialien gemessen. Die Messungen sollen durch Interviews mit Profimusikern ergänzt werden und in eine technische Dokumentation von Referenzbögen münden. Die Musiker sollen ausgewählte Orchester-Streichbögen für messtechnische Untersuchungen zur Verfügung stellen. Durch die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von Bögen sollen Grundlagen geschaffen werden, um die bisher verwendeten seltenen Tropenhölzer durch gleichwertige Hölzer ersetzen zu können.

Das Projekt wird vom Sächsischen Staatsministerium für Wissenschaft, Kultur und Tourismus (SMWK) gefördert.

Flexible Endoskope werden in der Medizin und in technischen Branchen zur Untersuchung schwer zugänglicher Hohlräume eingesetzt. Eine Verringerung ihres Durchmessers wäre von großem Nutzen. Absolventen der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ) entwickelten ein auf KI basierendes mathematisches Modell, welches dieses Ziel verfolgt.

Endoskope mit einem sehr kleinen Durchmesser sind z. B. bei einer Gastroskopie oder Nasenspiegelung bei Kindern von großem Vorteil. Die Bildübertragung erfolgt dabei über Glasfaserbündel aus vielen tausend Einzelfasern. Ziel zweier Abschlussarbeiten an der WHZ und am Fraunhofer-Anwendungszentrum für Optische Messtechnik und Oberflächentechnologien AZOM ist es, die Bildübertragung durch eine einzelne optische Faser von nur ca. 100 µm Durchmesser zu ermöglichen. Ein menschliches Haar ist zum Vergleich nur 70 bis 80 µm dick.

Mathematisches Modell rekonstruiert Bild

Die Wissenschaftler der WHZ entwickelten am Fraunhofer AZOM ein mathematisches Modell, welches das Ausgangsbild durch Berechnung rekonstruieren kann. Dadurch lässt sich z.B. der Durchmesser bei Endoskopen reduzieren. Auch eine Manipulation des Lichts am Faserende ist mit dieser Technik denkbar. Wenn dies gut gelingt, könnte diese Technik für chirurgische Eingriffe verwendet werden. Die Vision ist ein Endoskop, so dünn wie ein menschliches Haar. Derzeit arbeiten die Wissenschaftler am Fraunhofer AZOM an der Bildrekonstruktion bei Bewegung der Faser oder Wärmeeinfluss. Ihre Forschungsarbeiten wollen sie mit Industriepartnern weiterverfolgen.

Die europaweite Forschungsinitiative unter Koordination der Infineon Technologies AG will die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit von Elektroniksystemen und mikroelektronischen Komponenten steigern. Das Fraunhofer Anwendungszentrum für Optische Messtechnik und Oberflächentechnologien AZOM, die Westsächsische Hochschule Zwickau (WHZ) und das Forschungs- und Transferzentrum (FTZ) sind die Zwickauer Verbundpartner.

Eine leistungsfähige Elektronik ist die Grundlage für zukunftsweisende und sichere Technologien. Mit innovativen Methoden und Prozessen wollen Fachleute aus europäischer Wissenschaft und Wirtschaft die Ausfallsicherheit von Maschinen und Anlagen erhöhen sowie Fertigungsprozesse in der Mikroelektronik verbessern. Die Forschungseinrichtungen bringen Kompetenzen in der laserbasierten Oberflächentechnik (WHZ), Entwicklung prozessbegleitender Messtechnik (AZOM) sowie Steuerelektronik und Softwareentwicklung (FTZ) ein. Dafür stehen den wissenschaftlichen Einrichtungen 1,6 Mio. Euro zur Verfügung. Die Projektpartner entwickeln gemeinsam ein komplexes System, um neuartige Produktionstechnik zu ermöglichen. Der Fokus dieser neuen Produktionstechnik liegt dabei insbesondere auf der Verbesserung von Qualität, Zuverlässigkeit und Sicherheit späterer Produkte.

Über das Projekt "iRel 4.0"

Das Kooperationsprojekt soll europaweit rund 25 000 hochqualifizierte Arbeitsplätze durch starke Partnerschaften und Investitionen in Innovation sichern. Die Europäische Union fördert iRel 4.0 im Rahmen des ECSEL-Programms (Electronic Components and Systems for European Leadership). Aus Deutschland kommt finanzielle Unterstützung vom Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie von den beiden Bundesländern Sachsen und Thüringen. Das Projekt hat eine Laufzeit von drei Jahren und endet voraussichtlich im April 2023. Unter der Federführung der Infineon Technologies AG bündeln hierfür 75 Wissenschafts- und Wirtschaftspartner aus dreizehn Ländern ihre Kräfte. Das EU-Projekt "iRel 4.0" (FKZ: 16MEE0089S) ist für den Zwickauer Forschungsverbund das bisher größte, das die Vernetzung der beteiligten Partner auf regionaler und auch internationaler Ebene fördert.

Weitere Informationen zum Projekt und den Projektpartnern

Diese Maßnahme wird mitfinanziert aus Steuermitteln auf Grundlage des vom sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes.

Zellveränderungen schneller erkennen

In einem kooperativen Forschungsprojekt der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ), des Fraunhofer-Anwendungszentrum für Oberflächentechnologien und Optische Messtechnik (AZOM) und des Forschungsinstituts Leder und Kunststoffbahnen (FILK) untersuchen Wissenschaftler, wie Veränderungen in Zellkulturen von Knorpel- und Weichgewebe detektiert werden können.

Ein Ziel des Forschungsprojektes ist die Überwachung von Zellen sowie die Früherkennung von Veränderungen und Zellschäden. Dies ist vor allem wichtig, wenn die Verträglichkeit neuer Medikamente oder Kosmetika untersucht werden soll. In konventionellen Test erfolgt die Detektion der Zellgesundheit mit Hilfe biochemischer Tests, die z. B. die Stoffwechselaktivität der Zellen bestimmen. Das Ergebnis der Wirkung liegt häufig erst nach mehreren Tagen vor. Übergangszustände und Informationen, wann genau erste Schäden auftreten, werden bisher nicht erfasst. Dadurch kann die Wirkung nur anhand des Endergebnisses beurteilt werden. Wenn z.B. ein Medikament zu einem früheren Zeitpunkt in den Zellen eine besondere Reaktion hervorruft, ist das am Ende des Versuchs nicht mehr erkennbar. Neues optisches Messverfahren entwickelt Hier setzt das kooperative Forschungsprojekt an. Für die Untersuchung der Vitalität von Zellen insbesondere bei Knorpel- und Weichgewebe, wurde vom Leupold-Institut für Angewandte Naturwissenschaften der WHZ gemeinsam mit dem Fraunhofer AZOM ein neues optisches Messverfahren entwickelt, das eine Online-Messung der Zellen ermöglicht. Die Basis dafür ist ein "Weißlichtlaser", auch Superkontinuumsquelle genannt. Durch intensive, ultrakurze Pulse ermöglicht dieser eine zerstörungsfreie Analyse von Zellkulturen. Für die Versuche werden primäre, aus Gewebe isolierte Zellen eingesetzt. Diese werden im biologischen Labor des FILK kultiviert und in unterschiedliche Zustände, z. B. durch die Zugabe von Toxinen, versetzt. Für die Auswertung und Erfassung der stofflichen Veränderung sowie Größe und Anzahl der Zellen entwickeln die Wissenschaftler ein automatisiertes optisches Messverfahren. Mithilfe neuer Methoden der Datenanalyse werden die Zellzustände nun mit hoher Empfindlichkeit erfasst. Die Technik ermöglicht eine Analyse dicker, tiefergelegener Zellschichten, was für Untersuchungen an dreidimensionalen Zellkulturen und Geweben bedeutsam ist.

Hintergrund
In der Forschung werden Zellen zur Aufklärung der Mechanismen von Krankheiten untersucht. Dabei werden einzelne Zellen oder deren Bestandteile mit Hilfe von weißem Laserlicht analysiert und nach Strukturmerkmalen differenziert. Umwelteinflüsse wie Gift oder Schadstoffe, die Verabreichung von Medikamenten oder Verwendung von Kosmetika können Veränderungen in unseren Zellen herbeiführen. Eine rechtzeitige Erkennung möglicher Zellschäden ist etwa bei Produkttests in der Pharma- und Kosmetikindustrie hilfreich.

Zerstörungsfreie Bauteilprüfung für LKW-Bremsanlagen

Das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Optische Messtechnik und Oberflächentechnologien AZOM und die Westsächsische Hochschule Zwickau (WHZ) entwickeln gemeinsam ein neues Analyseverfahren.

Die zerstörungsfreie Prüfung kann Unfälle und Katastrophen mit Gefährdung von Menschenleben und schweren Sachschäden vermeiden. Für herstellende Unternehmen ist sie ein äußerst effektives Mittel, um schnell eine sichere Aussage über die Qualität ihrer Produkte zu gewinnen. In vielen Bauteilen und Baugruppen haben jedoch Veränderungen der stofflichen Zusammensetzung gravierende Auswirkungen auf deren mechanischen Eigenschaften. Häufig vermindert sich dazu Qualität, Sicherheit und Zuverlässigkeit von Bauteilen. Bei der Bearbeitung metallischer Komponenten unter hohen Temperaturen können sich auftretende stoffliche Veränderungen der Bauteile nachteilig auf die langfristige Materialbeständigkeit auswirken. Sofern das Material nicht herstellungsbegleitend analysiert wird, ist eine nachträgliche Qualitätsprüfung schwer zugänglicher, fest verbauter Bauteile mitunter gar nicht möglich oder mit hohem zeitlichen Aufwand und Kosten verbunden. Hersteller fordern geeignete Analyselösungen, die eine zerstörungsfreie Bauteilprüfung, vor allem in Hohlräumen, mit optimalem Kosten-Nutzen-Verhältnis ermöglichen.

Verfahrensentwicklung zur zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten

Eine Herausforderung stellt die zerstörungsfreie Qualitätsprüfung von Schweißnähten in Luftbehältern für LKW-Bremsanlagen dar (Abb. 1). Oft werden diese zerschnitten oder aufgeblasen, um die Qualität der Schweißnähte zu untersuchen. Wissenschaftler des Fraunhofer AZOM und der Fakultät Physikalische Technik der WHZ arbeiten gemeinsam mit Unternehmen, wie etwa der Lasertechnik Berlin, an einem zerstörungsfreien Verfahren. Die Partner entwickeln ein neuartiges faseroptisches Verfahren für die mobile und minimal-invasive chemische Elementanalyse von schwer zugänglichen technischen Hohlräumen (Abb. 2). Durch die schnelle und quasi-zerstörungsfreie Vor-Ort-Elementanalytik von Bauteilen ist mit einem hohen Zeit- und Kosteneinsparpotential zu rechnen. Ein Zulieferer von Bauteilen für LKW-Bremsanlagen aus dem Erzgebirge hat bereits seine Interessensbekundung für das neue Verfahren abgegeben. Das Forschungsprojekt wird über das Programm „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand ZIM“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie sowie vom Land Sachsen gefördert.

Nachwuchsforscher stellen neue Therapieansätze für Gehörlose vor

In San Francisco haben Nachwuchswissenschaftler der WHZ und des Fraunhofer-Anwendungszentrums für Optische Messtechnik und Oberflächentechnologien AZOM aktuelle Forschungsarbeiten auf dem internationalen Kongress „Photonics West“ vorgestellt.

Die enge Kooperation zwischen der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ) und dem Fraunhofer AZOM ermöglicht es u.a. jungen Nachwuchskräften auf weltweiten Veranstaltungen eigene Forschungsarbeiten vorzustellen. Biomedizintechnik-Student Michael Gruner (Bild) nutzte die Chance, seine Arbeit in einem Vortrag vor einem internationalen Fachpublikum zu präsentieren. In seiner Bachelorarbeit arbeitete er an einer Grundlage für die Entwicklung eines alternativen Feedbackmechanismus für Gehörlose. Dieser soll ihnen z.B. durch Vibrationen im Kehlkopf vermitteln, wie laut und in welcher Tonlage sie sprechen.

Seine Messungen führte er an selbstentwickelten 3D-Modellen durch. "Die Messung am Menschen mithilfe eines Lasers ist durch die verschiedenen Gewebeschichten an Hals und Gesicht ungenau und schwierig", erklärt Gruner. Aus MRT-Daten eines Mund-Rachenraums erstellte er ein Modell, welches im 3D-Druck umgesetzt wurde. Für die Messungen platziert Gruner einen Lautsprecher vor der Mundöffnung des Modells. Dadurch entsteht im Rachenraum ein messbares Frequenzspektrum zur Ermittlung von Druck und Vibrationen. Ziel war es, die Orte der stärksten Vibrationen zunächst beim Vokal A herauszufinden.

Inzwischen arbeitet Michael Gruner am Fraunhofer AZOM in Zwickau und entwickelt u.a. auch flexible Modelle für die Messungen verschiedener Frequenzspektren. Interesse an diesem Thema zeigen viele Unikliniken, welche bereits Studien dazu durchführen.

Hintergrund
Die SPIE Photonics West ist der weltgrößte Kongress mit einer Begleitausstellung für Optik und Photonik an der USA-Westküste. Wissenschaftler, Konstrukteure und Lieferanten präsentieren auf dieser Veranstaltung die neuesten Entwicklungen und Techniken der Branche. Die SPIE Photonics West in San Francisco fand Anfang Februar 2020 statt.

Veröffentlichung:
Laser vibrometric characterization and model development of a human vocal tract for acoustic therapy of deaf patients, http://dx.doi.org/10.1117/12.2546955