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Feuilleton

Vom Regenmachen bis zur Restauration

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Die Lasertechnik hat an zahlreichen Stellen ihren Einzug in den Alltag gehalten: Das gilt für die Musik im Wohnzimmer bis zu Beschriftungen. Als wäre das nicht genug, werden weitere Anwendungen erforscht, etwa die Vermeidung von Hagelschlag durch Bestrahlung der Wolken.

Der Laser ist ein Universaltalent. Das ist fixer Bestandteil des Allgemeinwissens. Man weiß auch als Nichttechniker, dass ein Laser Daten von CD oder DVD ausliest und dadurch für Bild und Ton im Wohnzimmer sorgt. Dass die Nachfolgetechnologie Blu-Ray genauso funktioniert, dafür einen Laser kürzerer Wellenlänge verwendet, der im blau-violetten Bereich des elektromagnetischen Spektrums arbeitet. Man kennt den Laserscanner, der Strichcodes an der Supermarktkassa ausliest, und man ist längst nicht mehr verzaubert von dreidimensionalen holografischen Sicherheitsmerkmalen auf der Kreditkarte. Es gilt als selbstverständlich, dass das mechanische Drehrad der Computermaus der optischen Abtastung durch einen Laser weichen musste. Und dass ein Laserstrahl Bomben metergenau an ihr Ziel dirigiert, empört mehr, als dass es überrascht. Der Laser ist unleugbarer Teil unserer Lebenswelt. Und doch gelingt es einfallsreichen Forschern immer wieder, selbst Fachkollegen mit neuen Anwendungsideen für die etablierte Lichttechnologie zu verblüffen.

Laserschrift statt Klebeetikett

In Australien, Neuseeland und einigen Pazifischen Staaten werden Früchte mittels Laser beschriftet. Markennamen oder Produktinformationen werden von einem CO2-Laser in die Schale der Früchte eingraviert. Das Verfahren soll die etablierten Klebeetiketten ablösen. Anhand von Grapefruits haben Wissenschaftler der Universität von Florida überprüft, ob die Laserbehandlung wirklich unbedenklich ist. Im Raum stand etwa die Möglichkeit, dass der Laser winzige Löcher in die Schale brennt, durch die Schädlinge ins Innere der Frucht eindringen können. Untersucht wurde auch ein möglicher Wasseraustritt. Dazu haben sie Grapefruits gewaschen, gewachst und anschließend mit einem Laser beschriftet. Anschließend wurden die Grapefruits fünf Wochen lang bei zehn Grad und zwei unterschiedlichen Luftfeuchtigkeiten gelagert. Zusätzlich platzierten die Wissenschaftler Sporen eines Schimmelpilzes auf den Schalen. Resultat: Freispruch für den Laser, gegenüber der laserfreien Kontrollgruppe konnten keine Verfallserscheinungen festgestellt werden.

Zuweilen wird der Laser auch benutzt, um unliebsam gewordene Markierungen zu entfernen. Wer seine im jugendlichen Leichtsinn erworbene Tätowierung nicht mehr sehen kann, lässt sich diese einfach mittels einer als Laserablation bekannten Technik „wegdampfen“.

Reinigung alter Kunstwerke

In einer aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Accounts of Chemical Research plädieren die italienischen Physiker Salvatore Siano und Renzo Salimbeni dafür, Laserablation verstärkt bei der Restauration von Kunstwerken einzusetzen. Bislang standen ihr Restauratoren eher skeptisch gegenüber. Grund dafür ist die gefürchtete Gelbfärbung von Metall oder Stein nach der Laserreinigung. „Sie lässt sich durch die richtige Wahl der Bestrahlparameter verhindern“, kontern jetzt die Forscher. Entscheidend für ein gelungenes Resultat sei jedenfalls die optimale Dauer der einzelnen Laserpulse. Je nach dem zu reinigenden Material liegt sie im Bereich einiger Nanosekunden bis Mikrosekunden. Laserablation funktioniert auch unter Wasser. Damit lässt sich Silber ohne Gefahr der Oxidation behandeln.

Vorerst noch Zukunftsmusik ist der Vorschlag mehrere Wissenschaftler um Philipp Rohwetter von der Freien Universität Berlin. Sie wollen Wolken mit Laserstrahlen beschießen, so Wassertropfen erzeugen, um Hagel zu verhindern. Bislang setzt man zur Vorbeugung gegen Hagelschäden Silberiodid ein, das von Flugzeugen in die Wolken gesprüht wird. Dadurch bilden sich kleine Kristalle, an denen Wasserdampf kondensiert und als Regen zur Erde fällt, noch bevor der Dampf zu Hagelkörnern gefrieren kann. Kritiker bemängeln allerdings die Umweltschädlichkeit sowie die hohen Kosten dieser Methode. Dass der Laser eine Alternative darstellt, ist erst im Labor bewiesen.

Umweltschutz ist der leitende Gedanke hinter einer aktuellen Gemeinschaftsentwicklung des Laser Zentrum Hannover (LZH) und des Instituts für Biologische Produktionssysteme der Universität Hannover. In den kommenden zwei Jahren soll eine mobile Laseranlage gebaut werden, die automatisiert über Felder fährt und junges Unkraut „abbrennt“. Auf chemische Mittel kann dabei verzichtet werden. Der feine Laserstrahl soll gezielt das Unkraut treffen, ohne die umliegenden Nutzpflanzen zu beschädigen.

Einsatz gegen das Unkraut

In einem ersten Schritt müssen dazu auf das jeweilige Unkraut abgestimmte Laserparameter definiert werden. Anschließend soll ein Bildverarbeitungssystem entwickelt werden, das die unerwünschten Pflanzen automatisch erkennt. Für den Kleingärtner wird das System allerdings überdimensioniert sein, meint Projektleiter Christian Marx. „Ich werde das Unkraut in meinem Garten also weiterhin mit der Hand jäten müssen.“

Gut gemeint ist auch die Idee John Sinkos von der japanischen Nagoya Universität. Im Journal of Propulsion and Power schlug er kürzlich eine Methode vor, wie man den Überhand nehmenden Weltraumschrott beseitigen könnte. Sein pfiffiger Vorschlag: Bestrahlt man mit einem Laserstrahl die außen an ausrangierten Satelliten oder Raketenteilen angebrachten kleinen Treibstofftanks, könnten diese zur Zündung gebracht werden. Der entstehende Rückstoss würde dafür sorgen, dass der Müll in den Weiten des Alls verschwindet. Durch geschickt installierte Spiegel könnte der Rückstoß sogar so ausgelöst werden, dass die Trümmer auf die Erde zufliegen und in der Atmosphäre verglühen.

Gegen den derzeit um die Erde fliegenden Weltraumschrott ist dieses Verfahren allerdings nicht einsetzbar. Sie verfügen nämlich weder über vorinstallierte Spiegel noch über Treibstoff.

Die Lasertechnik hat an zahlreichen Stellen ihren Einzug in den Alltag gehalten: Das gilt für die Musik im Wohnzimmer bis zu Beschriftungen. Als wäre das nicht genug, werden weitere Anwendungen erforscht, etwa die Vermeidung von Hagelschlag durch Bestrahlung der Wolken.

Der Laser ist ein Universaltalent. Das ist fixer Bestandteil des Allgemeinwissens. Man weiß auch als Nichttechniker, dass ein Laser Daten von CD oder DVD ausliest und dadurch für Bild und Ton im Wohnzimmer sorgt. Dass die Nachfolgetechnologie Blu-Ray genauso funktioniert, dafür einen Laser kürzerer Wellenlänge verwendet, der im blau-violetten Bereich des elektromagnetischen Spektrums arbeitet. Man kennt den Laserscanner, der Strichcodes an der Supermarktkassa ausliest, und man ist längst nicht mehr verzaubert von dreidimensionalen holografischen Sicherheitsmerkmalen auf der Kreditkarte. Es gilt als selbstverständlich, dass das mechanische Drehrad der Computermaus der optischen Abtastung durch einen Laser weichen musste. Und dass ein Laserstrahl Bomben metergenau an ihr Ziel dirigiert, empört mehr, als dass es überrascht. Der Laser ist unleugbarer Teil unserer Lebenswelt. Und doch gelingt es einfallsreichen Forschern immer wieder, selbst Fachkollegen mit neuen Anwendungsideen für die etablierte Lichttechnologie zu verblüffen.

Laserschrift statt Klebeetikett

In Australien, Neuseeland und einigen Pazifischen Staaten werden Früchte mittels Laser beschriftet. Markennamen oder Produktinformationen werden von einem CO2-Laser in die Schale der Früchte eingraviert. Das Verfahren soll die etablierten Klebeetiketten ablösen. Anhand von Grapefruits haben Wissenschaftler der Universität von Florida überprüft, ob die Laserbehandlung wirklich unbedenklich ist. Im Raum stand etwa die Möglichkeit, dass der Laser winzige Löcher in die Schale brennt, durch die Schädlinge ins Innere der Frucht eindringen können. Untersucht wurde auch ein möglicher Wasseraustritt. Dazu haben sie Grapefruits gewaschen, gewachst und anschließend mit einem Laser beschriftet. Anschließend wurden die Grapefruits fünf Wochen lang bei zehn Grad und zwei unterschiedlichen Luftfeuchtigkeiten gelagert. Zusätzlich platzierten die Wissenschaftler Sporen eines Schimmelpilzes auf den Schalen. Resultat: Freispruch für den Laser, gegenüber der laserfreien Kontrollgruppe konnten keine Verfallserscheinungen festgestellt werden.

Zuweilen wird der Laser auch benutzt, um unliebsam gewordene Markierungen zu entfernen. Wer seine im jugendlichen Leichtsinn erworbene Tätowierung nicht mehr sehen kann, lässt sich diese einfach mittels einer als Laserablation bekannten Technik „wegdampfen“.

Reinigung alter Kunstwerke

In einer aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Accounts of Chemical Research plädieren die italienischen Physiker Salvatore Siano und Renzo Salimbeni dafür, Laserablation verstärkt bei der Restauration von Kunstwerken einzusetzen. Bislang standen ihr Restauratoren eher skeptisch gegenüber. Grund dafür ist die gefürchtete Gelbfärbung von Metall oder Stein nach der Laserreinigung. „Sie lässt sich durch die richtige Wahl der Bestrahlparameter verhindern“, kontern jetzt die Forscher. Entscheidend für ein gelungenes Resultat sei jedenfalls die optimale Dauer der einzelnen Laserpulse. Je nach dem zu reinigenden Material liegt sie im Bereich einiger Nanosekunden bis Mikrosekunden. Laserablation funktioniert auch unter Wasser. Damit lässt sich Silber ohne Gefahr der Oxidation behandeln.

Vorerst noch Zukunftsmusik ist der Vorschlag mehrere Wissenschaftler um Philipp Rohwetter von der Freien Universität Berlin. Sie wollen Wolken mit Laserstrahlen beschießen, so Wassertropfen erzeugen, um Hagel zu verhindern. Bislang setzt man zur Vorbeugung gegen Hagelschäden Silberiodid ein, das von Flugzeugen in die Wolken gesprüht wird. Dadurch bilden sich kleine Kristalle, an denen Wasserdampf kondensiert und als Regen zur Erde fällt, noch bevor der Dampf zu Hagelkörnern gefrieren kann. Kritiker bemängeln allerdings die Umweltschädlichkeit sowie die hohen Kosten dieser Methode. Dass der Laser eine Alternative darstellt, ist erst im Labor bewiesen.

Umweltschutz ist der leitende Gedanke hinter einer aktuellen Gemeinschaftsentwicklung des Laser Zentrum Hannover (LZH) und des Instituts für Biologische Produktionssysteme der Universität Hannover. In den kommenden zwei Jahren soll eine mobile Laseranlage gebaut werden, die automatisiert über Felder fährt und junges Unkraut „abbrennt“. Auf chemische Mittel kann dabei verzichtet werden. Der feine Laserstrahl soll gezielt das Unkraut treffen, ohne die umliegenden Nutzpflanzen zu beschädigen.

Einsatz gegen das Unkraut

In einem ersten Schritt müssen dazu auf das jeweilige Unkraut abgestimmte Laserparameter definiert werden. Anschließend soll ein Bildverarbeitungssystem entwickelt werden, das die unerwünschten Pflanzen automatisch erkennt. Für den Kleingärtner wird das System allerdings überdimensioniert sein, meint Projektleiter Christian Marx. „Ich werde das Unkraut in meinem Garten also weiterhin mit der Hand jäten müssen.“

Gut gemeint ist auch die Idee John Sinkos von der japanischen Nagoya Universität. Im Journal of Propulsion and Power schlug er kürzlich eine Methode vor, wie man den Überhand nehmenden Weltraumschrott beseitigen könnte. Sein pfiffiger Vorschlag: Bestrahlt man mit einem Laserstrahl die außen an ausrangierten Satelliten oder Raketenteilen angebrachten kleinen Treibstofftanks, könnten diese zur Zündung gebracht werden. Der entstehende Rückstoss würde dafür sorgen, dass der Müll in den Weiten des Alls verschwindet. Durch geschickt installierte Spiegel könnte der Rückstoß sogar so ausgelöst werden, dass die Trümmer auf die Erde zufliegen und in der Atmosphäre verglühen.

Gegen den derzeit um die Erde fliegenden Weltraumschrott ist dieses Verfahren allerdings nicht einsetzbar. Sie verfügen nämlich weder über vorinstallierte Spiegel noch über Treibstoff.