Frankfurter Allgemeine Zeitung - 19.02.2020

NR.42·SEITEN1

FRANKFURTER ALLGEMEINE ZEITUNG Natur und Wissenschaft MITTWOCH, 19.FEBRUAR2020

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GroßeVerunsicherung bei Schwangeren: DerWirkstoff

Misoprostol, der oftzur Einleitung der Geburtgenutzt

wird, istzuUnrecht in die Schlagzeilengeraten.

Gibt esForscher,die sic hihren Gegenständen

anverwandeln? BeiStreitgegenständen istdas häufig

der Fall. EineTagung zur polemischen Öffentlichkeit.

Langewar Nürnbergdie einzigeHalbmillionenstadt in

Deutschland ohne eigeneUniversität.Jetzt will es die

Hochschule des 21. Jahrhunderts neu definieren.

EINWEHENMITTEL IMFADENKREUZ GEPFEFFERTE METHODEN SIND IHNEN DIE LIEBSTEN

E

sgibt nicht vieleInsekten, die

wir Menschen ins Herzge-

schlossen haben.Viele Sechs-

beiner kreuchen undfleuchen meist

genau da,wo wir sie nicht habenwol-

len; im schlimmstenFall stechen sie

sogar .Aber werkönnte dem gemütli-

chen Charme einer Hummel widerste-

hen? Dieflauschigen Insektengehö-

renzur großen Bienen-Familie, erin-

nernaber eher anWinnie thePooh,

der seinenTaggernmit einemgroßen

Topf Honig beginnt.IhreKörperfülle

führte ehedemsogar zu einem My-

thos, dem Hummel-Paradoxon: Nach

den Gesetzender Aerodynamik

reicht ihreFlügelfläche eigentlich

nicht aus, um die Brummer in der

Luft zu halten. Langekursierte daher

der Scherz, dassHummeln sichdieser

Gesetze nicht bewusst sind und daher

trotzdemfliegen. Mittlerweile is tbe-

kannt, dassHummeln ihreFlügel

kreisförmig bewegenund so erheblich

mehrAufwind erzeugen als diestar-

renFlügel eines Flugzeugs. Dassauch

heutenochnicht alle Geheimnisse

der Hummelngelüftetsind,zeigt eine

in „ScienceAdv ances“erschienene

Studie.Das ForschungsteamumSta-

ceyCombes untersuchte, wiedie Men-

ge an Nektar undPollen, die Hum-

meln sammeln, mit deren Energiever-

brauc hzusammenhängt.Langewur-

de angenommen, dassdie Beziehung

linear ist: je mehr Gepäck, destogrö-

ßer der Energiebedarf. Docheszeigte

sich, dasssichhier einweiteres Hum-

mel-Paradoxonverbirgt. Um mehr

Kraf tzuerzeugen,vergrößernInsek-

tenmeistdie Amplitude ihres Flügel-

schlags oder erhöhen die Schlagfre-

quenz. DieWissenschaftler beobach-

tete ndreißig Hummeln bei derFutter-

suche und ermittelten Grundumsatz,

Gewicht, Schlagamplitude und -fre-

quenz. Dabeifanden sie heraus,dass

Tiere mit leichtem Gepäckzwarihre

Schlagfrequenz und damitauchlinear

ihren Grundumsatz erhöhen.Tragen

sie jedochschweresGepäck,erhöhen

sie ihreSchlagamplitude,wasnicht in

linearem Zusammenhangmit ihrem

Grundumsatz steht.Die Hummeln

verbrauchen ihreEnergie also effi-

zienter,wenn sie schwer beladen sind.

Warumsie sic hbei leichtem Gepäck

gegenEffizienzentscheiden, bleibt

vorerstein Rätselund erinnerteinmal

mehr an einen Gedanken, derWinnie

the Pooh zuzuschreiben ist: „Die Leu-

te sagen, nichts istunmöglich, aber

ichtue denganzen Tagnichts.“

NÜRNBERGERZUKUNFTSMODELL

G

las istein uralter

Werkst off. Schon

im alten Ägypten

vor4000Jahren

wussteman,Kalk,

Sand undNatronzu

einemfesten, tr ans-

paren tenMaterial

zu verschmelzen.Undnochheute werden

Fenstergläser und Glasgefäßenachähnli-

chenRezepturenhergestellt.Indemman

diechemischeZusammensetzungvarii ert

undder Schmelzeweiter eStoffebeimischt,

könnenFarbe, Härtegrad,thermische und

chemische Beständig keitsowie Brechungs-

index oderTranspar enzgezieltverändert

werden.Allein für optische Anwendun gen

existieren mehrerehunde rt Spezialgläser.

Zwar istGlas auchinder Mikrooptikge-

fragt. Weil man kleine Gläsergewöhnlich

aber nur durch Ätzen oder Schleifen er-

hält, stößt man bei derFormgebung und

Strukturierung des Materials schnell an

Grenzen.Deshalb gibt man in vielenAn-

wendungenKunsts toffen denVorzug, ob-

wohl Glas die bessereWahl wäre.Sobe-

stehen die Linsen vieler Smartphone-Ka-

meras ausKunsts toffstatt aus Quarzglas.

Dochdas dürftesichbald ändern.

DennWissenschaftler und Ingenieureha-

ben gelernt, Glas trotzdes hohen

Schmelzpunkts und seiner besonderen

Materialeigenschaftenfür die additive

Fertigung–auch3D-Druckgenannt –

nutzbar zu machen. Dadurch haben sich

für das Design und dieStrukturierung

vonGlas völlig neue Möglichkeiten eröff-

net. Wasfür Kunsts toffeund viele Metal-

le längstgängigePraxis ist, hat sichfür

Glas als schwierigesUnterfangen erwie-

sen. Glas lässt sichnicht ohneweiteres

als selbsthärtende Pasteoder inflüssiger

Form auf eine Oberfläche sprühen und

mit einem Laserstrahl lithographischmo-

dellieren. Zwargabesind er Vergangen-

heit immer wieder Ansätze, Glas in Pul-

verformoder imgeschmolzenenZustand

zu drucken. Das führte aber meistdazu,

dassdas Glas porös und trüb wurde.

WissenschaftlervomMedia Lab des

Massachusetts Institute of Technology

(MIT) in Cambridgewaren die ersten, die

es schafften, transparentes Glas additiv

zu verarbeiten.NeriOxman und ihreKol-

legen schmolzen Glaspulver mit niedri-

gemSchmelzpunkt in einem Ofen und

pres sten das zähflüssigeMaterial durch

eine dünne Düse auf eine heiße Oberflä-

che. Nach einemvorgegebenen Computer-

modellformte sichSchicht für Schicht

das gewünschteGlasobjekt. Die auf diese

Weise erreichbaren Schichtdickenund

Detailgrößen belaufen sichauf wenige

Millimeter. Das Verfahren nutzen Oxman

und ihreKollegenvorallem zur Herstel-

lung kunstvoll geformterGefäße und

jüngstauchfür größereLampenschirme,

jedoch weniger fürtechnische Anwendun-

gen. KleinereDetails erreicht man mit ei-

nem intensiven Infrarotlaser,der auf das

Ende einer dünnen Glasfaser gerichtet

wird. Das aufgeschmolzeneGlas tropft

auf eineUnterlageund er starrt.Dieses

Verfahren ermöglicht zwar eineAuflö-

sung vongut einem halben Millimeter. Im

Zuge des Schmelzprozessesverlaufen je-

dochhäufig diefeinen Konturen.

Deutlichfiligraner sind dagegen die Ob-

jekteaus Quarzglas, dieWissenschaftler

um BastianRapp undFrederikKotz vom

NeptunLab derUniversitätFreiburgdru-

cken können. DerWegüber eine Glas-

schmelze entfällt.Möglic hist das dank ei-

nes lichtempfindlichenKompositmateri-

als, in dem winzigeQuarzglaskügelchen

gleichmäßigverteilt sind. Das Material

lässt sichwie einKunstharzadditivverar-

beiten. „Unser Kompositmaterialkann

schon mit einemgewöhnlichen 3D-Dru-

cker in jede beliebigeFormgebrachtwer-

den, und das beiRaumtemperatur“, sagt

FrederikKotz. Er hat dieRezeptur maß-

geblichentwickelt und wurde dafür im

vergangenen Jahr mit demStudienpreis

der Körber-Stifung ausgezeichnet.

ZumDrucken wirddas flüssig eKunst-

stoff-Quarzglas-Gemisch–die Forscher

habe neswegen seiner polymerartigen Ei-

genschaftenGlassomergetauft–mit ul-

traviolettem Licht bestrahlt.Dort, wo das

Licht auftrifft,werdenchemischeReaktio-

nen ausgelöst, diezum Aushärtendes Ma-

terials führen. Eine Plattformzieht den

gedrucktenRohling Schicht für Schicht

aus derWanne mitflüssigemKunsts toff

heraus. Istder Rohling belichtet,wirdder

nochflüssig eKunsts toffentfernt.Danach

kommt derRohling in den Ofen. Bei 600

Grad zersetzt sichder Kunsts toff,und das

verbliebene Quarzglaspulverwirdbei

1300 Gradgleichmäßigverbacken. Das

Ergebnis istein transparentes Objekt aus

reinem Quarzglas.

Im Zuge des Sinterns istdas Bauteil um

etwa 15 Prozentgeschrumpft. Weil das in

alle Raumrichtungen gleichmäßig er-

folgt, bleibt die ursprüngliche Statur erhal-

ten. „Das Defizit beheben wir dadurch,

dasswir unsereGlassomer-Modellevon

Anfang an entsprechendgrößer skalie-

ren“, sagtKotz. DasVerfahren istbeson-

dersfür die Herstellung kleiner Glasob-

jektegeeignet, die wenigeZentimeter

oder Millimetermessen. Im Prinzip lie-

ßen sichauchgrößere Gläser produzie-

ren. Dochdas Brennen würde dann unver-

hältnismäßig vielZeit benötigen.Vonder

Qualitätdes3D-Druckers hängt es ab,

wie fein dieStrukturen der Glasteile wer-

den. „Mit unserem DruckerMarkeEigen-

bau erreichen wir derzeit eineAuflösung

vonknapp einem Mikrometer“, sagtKotz.

Dienten die ersten Objekte–eine glä-

serneBurgund eineBretzel–zu Demons-

trationszwecken, so stehen heute Bautei-

le für die Mikrotechnik imFokus: Linsen,

Lichtwellenleiteroder mitfeinen Kanä-

len strukturierte Gläser für die Mikroflui-

dik.Die Forscher legen jetzt bereits beim

Druc kenfest, wo in ihrem Quarzglas die

Kanäle verlaufen sollen, in denen später

Chemiker und Biologen ihrewinzigen

Flüssigkeitsmengen dosieren,vermischen

und analysieren. Dazu betten sie einzelne

Polymerfäden in das Glassomer ein. Die-

se verflüchtigen sichbeim Brennen zu-

sammen mit demKompositmaterial.Zu-

rückbleibenfeine Kanäle imgesinter ten

Glasbauteil („NatureCommunication“,

doi:10.1038/ s41467-019- 09497). Durch

gezielteStrukturierung derPolymerfäden

mit einem Laserstrahl können meandern-

de und spiralförmigeKanäle erzeugtwer-

den mit Linienbreitenvonbis zu sieben

Mikrometern.Bislangwaresnur über

Ätzver fahren möglich, winzigeHohlräu-

me undfeine Kanäle dieser Größenord-

nung in Quarzgläsernzuerzeugen. Die

Forscher können ihreausgehärtete nGlas-

somer-Rohlingezudem mechanischbear-

beiten, per Hand oder mit einer CNCMa-

schine.Nachdem Fräsen, Drehen oder

Schneiden wirddas Werkstück gesinter t.

So entstehen Schrauben oder Mutternaus

Quarzglas, aber auchHochleistungslin-

sen für Smartphones(„Advanced Materi-

als“, doi: 10.1002/ adma.20170 7100).

„Uns warschnell klar,welchesPotenti-

al in unsererTechniksteckt“, sagtKotz.

Schonkurz nachdem dieForscher ihre

Technik publizierthatten, seien viele An-

fragen aus der Industriegekommen.Ne-

ben Hersteller nvon Schmuck und Glasge-

fäßen zeigten insbesondereOptikfirmen

undProduzentenvonSystemen für dieMi-

krosy stemtechnikgroßes Interesse.„Wir

ließen unserVerfahren patentieren und

gründetendas Start-up-Unternehmen

Glassomer.“ Damitvermarkten dieFor-

scher derzeitvorallem ihre Glassomere.

Daneben loten dieForscher an derUni-

versität Freiburgdie Möglichkeiten ihres

Verfahrensweiter aus. Sogeben sie dem

flüssigen GlassomerSubstanzen hinzu,

um die Eigenschafteneines Glasesgezielt

zu verändern. DieWissenschaftlerkön-

nen schnell sehen, ob eine bestimmte

Glasmischung zumgewünschten Ergeb-

nis geführthat.Die Entwicklungund Her-

stellungvonSpezialgläsernüber klassi-

sche Schmelzprozesse istnochimmer ein

langwierigerund mühsamerVorgang.

Inzwischenis tesa uchanderenForscher-

gruppen gelungen, stabile transparente

Gläse rmit komplexenFormen zu drucken.

Forscher um AndréStudar tvon der ETH-

Zürich e twavermischen ein spezielles

Kunstharzmit einer organischen Silizium-

verbindung. Beim Aushärten mit UV-Licht

bilden sichPorenimMaterial, in denen

sich die Siloxan-Moleküle einnisten.Die

Porengrößelässt sichüber dieeingestrahlte

Lichtintensität einstellen. Je intensiver das

Lichtist,dest okleine rwerden diePoren,

undumsofiligraneristspäterdasGlasbau-

teil, nachdem dasPolymergerüst in einem

Ofe nverbrannt und dasSiloxanverdichtet

undinGlas verwandeltwurde .Allerdings

hatdas Verfahren der SchweizerForscher

einenNachteil.Beim Sinter nschrumpfen

die Bauteile um bis zu 90 Prozent.Deshalb

sind die 3D-Glasobjektenicht vielgrößer

als ei nSpielwürfel. GroßeGlaskörperwie

Fensterscheiben, Spiegeloder Gefäßekön-

nendie SchweizerForscher nicht additiv

fertigen .Das bleibtwohlweiter das Privi-

leg de rGlashütten undGlashe rsteller.

Acht MeterimDurchmesser misst bei-

spielsweise dergrößtejemals in einem

Stück gefertigteSpiegel derWelt.Inge-

nieur eder GlaswerkeSchottinMainz hat-

tenihn für das„VeryLarge Telescope“

der europäischen Südsternwartegegos-

sen, das in derchilenischenAtacama-

Wüsteseinen Sitz hat.Aber auchbeim

Weltmarktführer für Spezialglas und Glas-

keramikenverfolgt man die jüngstenEnt-

wicklungen beim 3D-Drucksehr genau

und arbeitet auf dem Gebietseit einiger

Zeit mit diversen Forschungsinstituten

und Unternehmen zusammen.InMainz

stehen die additivenFertigungstechnol o-

gien zur Herstellung eigener Produkte

oder Komponenten jedochnicht auf der

Agenda. „In erster Linie sehen wir uns als

LieferantvonSpezialmaterialien mit den

für Glas typischen EigenschafteninPul-

ver-,Stab- und Plattenform, die sichfür

den 3D-Druckeignen, aber auchdafür an-

gepasst werden können“, sagt Bernd Hop-

pe, Leiter für Laser-und Weiterbearbei-

tung in derForschungs- und Entwick-

lungsabteilungvonSchott.

Wasdas technis cheund wirtschaftliche

Potential betrifft,betracht et man bei

Schott das Druckenvon Glas mittelfristig

eher als Ergänzung für diekonv entionel-

len Produktionstechni ken, nicht als Er-

satz. „Dabeimuss auchein Umdenken

beim DesignvonGlasprodukten erfol-

gen, um der beim 3D-Drucktypischen ad-

ditivenFertigung mit ihren Möglichkei-

tengerecht zuwerden.“ Dassman bei

Schott durchaus auchGläser fertigen

kann, die Anforderungen der Mikrotech-

nik erfüllen, zeigt das dünnste gefertigte

Glas:Esi st dünner als ein menschliches

Haar und lässt sichwie eineFolie rollen.

Ob klassischals Schmelze oder per Knopf-

druc kineinem 3D-Drucker–dank ausge-

klügelterTechnikensteht aucheinem der

ältes tenWerkstoffedas Torins 21. Jahr-

hundertweit of fen.

Die Nasa-Sonde „New Horizons“ hat

mit ihremVorbeiflug an demKuiper-

gürtelobjekt Arrokoth,auch„Ultima

Thule“genannt, neue Einsichten in

die Natur des aus zwei Klumpen zu-

sammengesetzten, 36 Kilometerlan-

genKörper sgeliefert.Das Objekt be-

findetsichjenseits derNeptunbahn,

gut 44-mal soweit vonder Sonne ent-

ferntwie der mittlereAbstand zwi-

schen Sonne und Erde, undgehörtei-

ner Population eisiger und sonnenfer-

ner Gesteinsb rocken an, deren Materi-

al seit der Entstehung des Sonnensys-

tems fast unverändertgeblieben ist. In

drei neuenStudien in „Science“ sind

jetzt die chemische Zusammenset-

zung, seine Entstehung und seine

Geologie diskutiertworden. Auf der

Oberfläche desKörperskonnteMe-

thanoleis zusammen mit organischen

Molekülen nachgewiesen werden,

während überraschenderweise Was-

sereis zufehlen scheint.Erklärtwer-

den könntedieser Mangel,wenn das

Methanol auf der Oberfläche che-

mischaus Wassereis und Methan ent-

standenwäre.Die Form lässt wieder-

um darauf schließen, dassdie beiden

Körper,aus denen er zusammenge-

setzt ist, sichmit geringer Geschwin-

digkeitvereinigt haben, nachdem sie

zuvor ein Binär-System gebildethat-

ten. Die Beobachtungen zeigtenwe-

der Ringenochgrößer eSatelliten und

einevonnur wenigen Kraterngezeich-

nete Oberfläche. Insgesamt erscheine

Arrokoth als typischerVertreter der

Klasse sogenannter „kalteklassische

Kuipergürtel-Objekte“. sian

Flugparadox

VonJohanna Michaels

Glas aus

dem Druc ker

Am Rande des

Sonnensystems

Die Vorschusslorbeeren der Bundes-
kanzlerinkamen früh.Früh genug,
um wichtig zu wirken. Morgenerst
wirddie Kanzlerin Gerald Haug, dem
Paläoklimatologen und Direktor des
Mainzer Max-Planck-Instituts für Che-
mie, zu seinem neuen Amt als Präsi-
dent derNationalakademie Leopoldi-
na gratulieren. Dochschon vorTagen,
das BerlinerParteiengewitter tobteda
längstüber ihr,ließ Frau Merkelöf-
fentlich wissen, wie willkommen ein
Klimaforscher an der Spitze der nomi-
nell wichtigstenPolitikberatungsinsti-
tution im Land sei.
Ehrensache für Haug. Die Physike-
rinhat verstanden. Sie und er,zweiin
einem Boot.Wieträlle rtedereinstPe-
terMaffay: „Und derWind weht in
die Segel...“Die Sache hat nur einen,
nein zwei Haken: Haugkommt, sie
geht.Und sowenig wie sie schon Kli-
makanzlerin ist, will er Klimapräsi-
dent werden. Als Präsident derNatio-
nalakademie Leopoldina und damit
als „Integral“ (eines seiner Lieblings-
wörter) von1600 Akademiemitglie-
dern–exzellentenWissenschaftlern
diverser Disziplinen–musserjede As-
soziationzueinem möglichen Durch-
marschdes Klimathemasvonsichwei-
sen: „Ichsehe vieleRevolutionen,die
uns wichtig sein müssen, die Digitali-
sierungetwa oderdie neuenKrebsthe-
rapien.“ Haug sagt, erwollteursprüng-
lichArztwerden, erkonntenur kein
Blut sehen. Stattdessen segelt er jetzt
auf der MS Eugen Seibold, theore-
tischzumindest, de mhochgerüsteten
Forschungsschiffseines Instituts, das
für die Klimaforschung auf den Mee-
renunter wegs ist.Vorerstallerdings
braucht er in Halle und Berlinvoral-
lem festen Boden unter seinenFüßen.
Mit 51 Jahren istereine andereGe-
neration, siebzehn Jahreunter dem
Akademieschnitt und vierzehn jünger
als dieKanzlerin. Genau deshalb aber
will er in Berlin nun hartamWind se-
geln. „Die Verrohung der Gesell-
schaf tdurch den Populismus istein
Riesenproblem“, sagt er,und deshalb
soll dergroße alteKahn Leopoldina
beweglicherwerden: „BrisanteThe-
men besser antizipieren“ und „punkt-
genau sprechfähig sein“, mehr Dyna-
mik also in derPolitikberatung. Sein
Vorgänger ,der MikrobiologeJörgHa-
cker,hat in zehn Jahrenstolze 280
Stellungnahmen auf den Wegge-
bracht.Erh at di e„Wissenschaftskom-
ponente“ in die G-20- und G-7-Ver-
handlungen eingebracht, die Akade-
mien haben denFußindie Türder
großenPolitik gesetzt, daswarauch
„Völker verständigung“, wie Hacker
sichzugutehält.„Wissenschaftmüss-
te aber nochmehr eine globalekultu-
relle Be wegung werden“ –wie Musik
oder Literatur zum Alltaggehören.
Vielleicht wäre GretaThunberg
dann ja ein Maßstab. Ihr Motto „Uni-
te behind science“, sichhinter derWis-
senschaftversammeln, sichtbarerwer-
den, das will Haug „unterschreiben,
unbedingt sogar“. Gleichzeitigwarnt
er:„Wirmüssen als Akademie unauf-
geregt reagieren,vornehm bleiben.“
Sätze wie diese mussersagen. Mittei-
len will eretwasanderes: Bullshit
muss wie Bullshit behandeltwerden.
Die Lungenärzte, die mit wissen-
schaftlichunhaltbaren Behauptungen
die Schadstoffe verharmlostenund
die Grenzwerte attackierten, hat man
zu langegewährenlassen. „Manch-
mal pressierteseben“, sagt er.Des-
halb sollen Ad-hoc-Stellungnahmen,
dreißigseitigeAnalysen und Empfeh-
lungen der thematischjeweils zustän-
digen Leopoldina-Arbeitsgruppen
zum Standardverfahrenwerden.
Das hörtsichauchanwie eine
Machtprobe. Herausgefordertist die
BerlinerRepublik,oder vielmehr all
die, die als Lobbyisten hinter derPoli-
tik lauertund es mit den Fakten
manchmal nicht sogenau nehmen. In
Washington istdie Nationale Akade-
mie politischkaltgestellt, vielen ande-
renLänderakademiengeht es ähn-
lich, Haugglaubt, dieVernunftkönne
siegen.„Wir wollen international die
treibende Kraftsein“, das klingt ein
wenig wie die Europa-Euphorie der
Kanzlerin, auf deren Einlösung viele
bis heutewarten.
Haug nimmt trotzdemFahrtauf
Richtung Europa: Im Mai,kurz vor
der deutschenRatspräsidentschaftin
Brüssel, wirddie Akademie dieStel-
lungnahme „Energiewende 2030“vor-
legen.WieKlimapolitikgelingt, soll
da drinstehen, und zwar schnell. „Die
nächsten fünf Jahresind allesent-
scheidend, in fünfzehn Jahren jeden-
falls is tdas Zwei-Grad-Zielweg.“ So
klingt ein Präsident, der den Klima-
kapitän gibt. JOACHIM MÜLLER-JUNG

Wasmit Kunst stoffen, Me tallenund Zellen

geht, lässt sichnun auch fürGlas nutzen.Wie

die additi ve Fertigun gdie Verarbeitungdes

uraltenWerkstoffs revolutioniert.

VonManfred Lindinger

Manchmal

pressiert es

Die Nationalakademie

segelt hochamWind

Farbenreich,formvollendet

und aus einem Guss:

Dieser Kelchwurde mit

geschmolzenen Glasfäden

gedruckt.

FotoChikar aInamura, MIT Media Lab

Druc ken, Fräsen, Drehen und Sintern:

Linsen und Schrauben aus Quarzglas

(oben)und winzigeKanäle für das

Miniatur-Chemielabor Fotos F. Kotz, NeptunLab