Die 2000er Jahre: Medizin, Verkehr, ­Sicherheit und mehr

Nicht zuletzt deshalb hatte sich bis zum Beginn der 2000er die Kommunikation des Hauses gewandelt. Schon nach den Anschlägen hatte Professor Spur eingeräumt, »wahrscheinlich zu wenig mit der Öffentlichkeit gesprochen« zu haben. An der Öffentlichkeitsarbeit des Instituts wurde danach kontinuierlich gearbeitet – die Maßnahmen gipfelten darin, dass Professor Eckart Uhlmann 1999 die Hauszeitschrift »FUTUR – Vision, Innovation und Realisierung« ins Leben rief. Sie sollte vor allem potenzielle FuE-Partner über die Aktivitäten des Instituts informieren und damit eine aktuellere und zielgerichtetere Ergänzung zu den Institutsjahresberichten bieten. 

Noch unmittelbarer greifbar für Außenstehende wurde die Forschung im PTZ durch ein neues Veranstaltungsformat, das 2001 an den Start ging: In der »Langen Nacht der Wissenschaften« öffnen Berliner und Potsdamer Wissenschaftseinrichtungen einmal im Jahr die Türen zu ihren Laboren und Versuchsstätten und erklären jedem, der hineintritt, woran ihre Forschenden gerade arbeiten. Auch die Institute im Produktionstechnischen Zentrum Berlin waren ab der ersten Ausgabe dabei. Fast zeitgleich starteten Formate zur Nachwuchsförderung wie der Mädchen-Zukunftstag »Girls‘ Day«, der im Fraunhofer IPK regelmäßig ausgebucht ist. 

Zu so viel Offenheit passt kein Zaun – darum verschwand das Pförtnerhaus im Lauf der 2000er Jahre und der Zaun wurde so weit zurückgebaut, dass er heute nur noch den Parkplatz des PTZ umgibt. 

Produktionskompetenz in die Medizintechnik

Eines der Entwicklungsfelder, die Professor Eckart Uhlmann dem Fraunhofer-Vorstand 1997 für die Umgestaltung des Fraunhofer IPK vorgeschlagen hatte, war die Medizintechnik. Der Gedanke ist naheliegend: Bestimmte fertigungstechnische Verfahren sind eine Bereicherung für die Medizin – sie dort zu platzieren erfordert ein Zusammenspiel produktionswissenschaftlicher, medizinischer und medizintechnischer Kenntnisse. Hinzu kam, dass das Fraunhofer IPK über zahlreiche Kompetenzen verfügte, die für die Medizin interessant sind: die Mikro- und Steuerungstechnik, Bildgebung und bildauswertende Verfahren sowie Aspekte des Qualitätsmanagements. Anwendungen auf den Gebieten Implantate, mechatronische OP-Unterstützungssysteme und Robotik ließen sich damit ebenso realisieren wie Entwicklungen in den Bereichen Endoskopie, CT und MRT. 

Auf Initiative von Professor Uhlmann und dem Direktor der Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie sowie Klinische Navigation und Robotik der Charité, Professor Jürgen Bier, wurde daher im Jahr 2000 eine Kooperation zwischen Fraunhofer IPK und Charité ins Leben gerufen. Gleichzeitig startete im September 2000 im Fraunhofer IPK der Bereich »Assistenzsysteme für die Medizin«, dessen Leitung Professor Tim Lüth übernahm. Der studierte Elektrotechniker mit einer Promotion in Roboterfertigung befasste sich zu diesem Zeitpunkt an der Charité mit klinischer Navigation und Robotik und war damit der ideale Experte, um das fertigungstechnische Know-how des Fraunhofer IPK in die Medizintechnik zu übertragen. 

Produktion ganz klein

Haben Sie einmal darüber nachgedacht, wie klein ein Mikrometer ist? Oder ein Nanometer? Ein Mikrometer ist ein Tausendstel eines Millimeters, ein Nanometer sogar ein Millionstel. Bildhaft gesprochen verhält sich ein Nanometer zu einem Meter wie der Durchmesser einer Haselnuss zu dem unserer Erde. Dass der Mensch so kleine Strukturen schaffen kann, scheint unvorstellbar – und doch ist es möglich und notwendig. Die Mikro­systemtechnik schafft nicht nur kleinste Bauteile, sondern auch Oberflächen mit exaktester Struktur und höchster Oberflächengüte. Sie ist Grundvoraussetzung für Produkte mit miniaturisierten Komponenten, wie zum Beispiel Smartphones.

Mikrotechnische Expertise hielt im Lauf der 1990er Einzug in die Forschungsaktivitäten des Fraunhofer IPK. Ein Ausgangspunkt war die Übernahme einer Arbeitsgruppe der ehemaligen Akademie der Wissenschaften der DDR, die sich mit Ultrapräzisionsmesstechnik befasste.Mit ihr kam auch eine erste Ultrapräzisionsmaschine ans Fraunhofer IPK. Den Beginn der FuE-Arbeiten zur Mikrofertigungstechnik markierte im Oktober 1995 das DFG-Schwerpunktprogramm »Mikromechanische Produktionstechnik«. Es folgten erste industrielle Verbundprojekte, in denen die Ergebnisse der Grundlagenforschung in mikrotechnische Applikationen überführt wurden.

Gebündeltes Know-how am Standort Berlin

Mit seinen Aktivitäten zur Mikrofertigung war das Fraunhofer IPK am Standort nicht allein. Ende der 1990er Jahre besaß Berlin etwa 400 Firmen und 24 Forschungseinrichtungen, die sich mit der Entwicklung mikrosystemtechnischer Komponenten, Verfahren, Werkstoffe und Produkte befassten – hervorragende Voraussetzungen, um die Hauptstadt als Kompetenzzentrum für die Mikrosystemtechnik zu etablieren. 

Vor diesem Hintergrund konstituierte sich Ende 1999 ein Forschungsverbund renommierter Berliner Forschungseinrichtungen mit dem Ziel, die Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Mikrosystemtechnik in einem »Zentrum für Mikrosystemtechnik Berlin (ZEMI)« fachlich und räumlich zu bündeln. Beteiligt waren die Fraunhofer-Institute IPK und IZM, die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), das Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik, die BESSY GmbH und die Technische Universität Berlin. Der Berliner Senat unterstützte das Projekt finanziell mit EFRE-Mitteln. 

ZEMI nahm zum 1. Januar 2001 auf dem Wissenschaftscampus Berlin-Adlershof offiziell die Arbeit auf. Aus Fraunhofer IPK und IWF waren zunächst sechs Mitarbeitende in Adlershof tätig. Gegenstand der Arbeiten war die durchgängige Unterstützung industrieller Partner bei der Entwicklung von Mikroprodukten, der Mikrofertigung sowie dem Test von komplexen Mikrosystemen. Dafür bauten die Institute ein gemeinsames Technikum mit klimatisierten Fertigungszellen auf, in dem die mi­kroproduktionstechnischen Einrichtungen der Partner kooperativ genutzt wurden.

Daten greifbar machen

Im iViP-Projekt hatten die über 50 Partner unter der Leitung des Fraunhofer IPK Grundlagen für neue Softwarearchitekturen für die virtuelle Produktentstehung entwickelt, aber auch Arbeitsabläufe, die den Alltag von Entwicklern und Ingenieurinnen bestimmen würden. Anfang der 2000er sah dieser noch an den wenigsten Stellen die Verwendung des Internets vor. Doch mit zunehmender Globalisierung und der steten Weiterentwicklung der Breitbandtechnik wurde auch der Datenaustausch in verteilten und vernetzten Unternehmen einfacher. Und nicht zuletzt lieferten Fortschritte im PC-Bereich auch die notwendige Rechenleistung für komplexe grafische Anwendungen und Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) in der Produktentstehung.

Kooperative Entwicklung war damit über große Distanzen hinweg möglich – und aufwendige Visualisierungen machten das Entwickeln trotzdem plastischer, intuitiver und realitätsnäher. Das virtuelle Produkt sollte statt als bloßer Datensatz nun als echtes Abbild wahrgenommen werden, an dem direkt gearbeitet werden konnte. Für die Forschenden am Fraunhofer IPK stand dabei die humanzentrierte Forschung, also die Berücksichtigung der Bedarfe der Nutzenden sowie des menschlichen Erlebens und Verarbeitens von Informationen, und die effektive Kollaboration in Teams im Fokus – mit ersten Entwicklungsprojekten zu Telekooperation in den 1990er Jahren bis zu kooperativer VR in 2003.

Mit VR-CUBE, Holobench und Datenhandschuhen in die Zukunft

Um das menschliche Erleben neuer Technologien in der Produktentwicklung demonstrieren und erforschen zu können, kombinierte das VR-Labor ab September 2001 innovative Hardware. Highlight des Labors war der VR-CUBE, ein fünfseitiges Projektionsdisplay mit einer Seitenlänge von je zweieinhalb Metern. Mit dem Einsatz von lichtstarken Projektoren sowie eines PC-basierten Visualisierungssystems beschritt das Fraunhofer IPK zu der Zeit technologisches Neuland. Statt rein grafischer beziehungsweise geometrischer Simulation ermöglichten Systeme mit haptischem Feedback auch das immersive Erleben physikalischer Eigenschaften am virtuellen Prototyp. Die Smart-Hybrid-Prototyping-Technologie kombinierte dazu außerdem virtuelle und reale Elemente.

Das Virtual Clay Modelling und das Rapid Prototyping waren ebenfalls Teil dieser Entwicklung: Sie sollten Unternehmen dabei unterstützen, Zwischenstände in der Entwicklung komplexer Produkte fundierter zu bewerten. Das wurde wichtig, weil Produkte immer komplexer wurden und gleichzeitig Entwicklungszeiten verkürzt werden sollten. Beim Virtual Clay Modelling, also der virtuellen Tonmodellierung, kamen alle Ansätze zusammen: Das Modell wird simuliert, realitätsnah dargestellt und gleichzeitig haptisches Feedback gegeben, intuitiv und so realitätsnah wie möglich. Die Technologie baute auf dem in den 1990er Jahren entwickelten Voxelmodellierer auf, in dem 3D-Modelle aus diskreten Blöcken statt aus Polygonen zusammengesetzt wurden. Auf der Holobench, die das Modell für den Nutzenden dreidimensional darstellte, konnten diese Blöcke dann per Hand manipuliert werden wie realer Ton.

Mit VR-CUBE, PC-Cluster, Holobench, Force-Feedback-Systemen, VR-Brillen, Datenhandschuhen, Motion Capture und Tracking-Systemen sowie 3D-Surround-Audio stand am Fraunhofer IPK eine hochmoderne Entwicklungsumgebung zur Verfügung, die auch der Industrie nutzen sollte. Zur gleichen Zeit entstand das Demonstrationszentrum Virtuelle Produkt- und Produktionsentstehung (ViPro), in dem Fraunhofer IPK und Fraunhofer-Institute in Stuttgart, Bremen, Chemnitz, Darmstadt und Rostock ihre Kompetenzen vor allem mittelständischen Unternehmen gebündelt zur Verfügung stellen wollten. Ab Oktober 2001 konnten die Unternehmen hier parallel zum laufenden Betrieb neue Technologien erproben und verifizieren. Mit Workshops, Seminaren und Thementagen unterstützten die ViPro-Institute bei der Auswahl von Softwaretools für die virtuelle Produktentwicklung und der Schulung von Mitarbeitenden.