Einem internationalen Team mit Beteiligung des Instituts für Sensorik und Elektronik FHNW ist es gelungen, auf einem mit Quantentechnologie ausgestatteten Nanosatelliten zufällige Bitmuster zu erzeugen und diese an Bodenstationen zu schicken. Künftig könnte daraus eine öffentlich zugängliche Quelle für Zufallszahlen entstehen.

FHNW-Forscher Christoph Wildfeuer hat gemeinsam mit einem Forscherteam aus Singapur einen quantenbasierten Generator für Zufallszahlen entwickelt. Das besondere daran: der Generator befindet sich an Bord eines Nanosatelliten und könnte somit künftig auch abgelegene Forschungsstationen mit zufällig generierten Zahlen versorgen. Die Forschungsresultate sind nun im renommierten Fachmagazine Nature Communication Physics erschienen.

Gefragte Zufallszahlen

Echte und öffentlich verteilte Zufallszahlen sind in vielen Anwendungen notwendig: zum Beispiel, um endliche Ressourcen fair zu verteilen – wie etwa die US-Amerikanische Green-Card-Lotterie. Auch bei zahlreichen Forschungsprojekten müssen die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen sich auf Zufallszahlen verlassen können, beispielsweise, damit bei Medikamentenstudien zufällig verteilt wird, welche Teilnehmenden das Medikament und welche ein Placebo erhalten.

Doch wirklich zufällige Zahlen zu erzeugen, ist gar nicht so einfach. Wenn man dafür Computeralgorithmen verwendet, gibt es oftmals nicht vollständig unvorhersehbare und zufällig verteilte Zahlen – und das ist ein Problem. Denn wenn die Zahlen einem Muster folgen, ist dieses letztendlich knackbar.

Der Quantengenerator an Bord des Nanosatelliten «SpooQy-1» basiert aber auf einer Technologie, die es unmöglich macht, die generierten Bitfolgen vorauszusagen. Er basiert, vereinfacht gesagt, auf der Tatsache, dass sich Quantenpaare aus Photonen zu einem komplett zufälligen Zeitpunkt bilden. «Das nutzen wir, um zufällige Bits zu generieren: Wenn die Fluktuation unter einem bestimmten Schwellenwert liegt, generiert das System eine «0», darüber eine «1». Somit ist physikalisch sichergestellt, dass die Bits auch wirklich zufällig sind.»

Um zu verifizieren, dass die Bitfolgen gleichverteilt sind, untersuchte das Team 66 Durchläufe des Zufallszahlen-Generatoren mit insgesamt 16896 generierten Bits. Eine statistische Analyse zeigt, dass die einzelnen Bits und Bitfolgen innerhalb der Fehlertoleranz gleich häufig vorkommen:

Sicherer Datenverkehr via Quantenverschränkung

«Eine Besonderheit an diesem Projekt ist, dass es uns gelungen ist, die zufälligen Bits auf dem Nanosatelliten zu erzeugen, der mit sehr begrenzten Ressourcen auskommen muss», erklärt Wildfeuer. SpooQy-1 wog nämlich gerade einmal 2.6 Kilo und hatte ungefähr die Masse einer Schuhschachtel. «Wir konnten beweisen, dass es gelingt, auch mit relativ einfachen Mitteln wirklich zufällige Zahlen zu generieren.»

SpooQy-1 wurde 2019 in den Orbit gelauncht und kommunizierte mit zwei Bodenstationen: Einer in Singapur – und der zweiten auf dem Dach des FHNW Campus Brugg-Windisch:

Heute kreist der Satellit allerdings nicht mehr im Orbit: Nachdem er rund 2 Jahre im Dienst der Forschung stand, ist er wie geplant in die Erdatmosphäre eingetaucht und dabei verglüht.

Die Forschung ist dabei allerdings noch nicht am Ende, erklärt Wildfeuer: «Wir haben gemeinsam mit Forschenden der Hochschule Luzern und Universität Bern ein Projekt in der Planung, in dem wir ein Quanten-Kommunikationsnetzwerk entwerfen möchten. Dabei sollen verschiedene Bodenstationen via verschränkten Photonenpaaren mit einem Satelliten verbunden sein und so über den freien Raum private Informationen austauschen. Dafür wollen wir neue Technologien entwickeln.»

Der Artikel ist als Open Access Paper in Nature Communications Physics erschienen:
Reezwana, A., Islam, T., Bai, X. et al. A quantum random number generator on a nanosatellite in low Earth orbit. Commun Phys 5, 314 (2022). https://doi.org/10.1038/s42005-022-01096-7

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Drei Studierende des Studiengangs Mechatronik Trinational haben für einen Wettbewerb ein mechatronisches Spiel mit doppeltem Nutzen entwickelt: Als «Eye-Catcher» für Studierendenmessen – und als Hilfsmittel bei der Neuro-Rehabilitation motorisch eingeschränkter Patienten.

Im trinationalen Mechatronik-Wettbewerb «Trinatronics» messen sich länderübergreifende Studierendenteams aus Deutschland, Frankreich und der Schweiz. Die Aufgabe: Innerhalb von zwei Monaten ein mechatronisches System zu realisieren. Neben den technischen Aspekten fliessen bei der Bewertung auch Faktoren wie Kreativität, Innovation, Wirtschaftlichkeit und gesellschaftlicher Nutzen mit ein; bewertet werden die Projekte aus einer dreiköpfigen Jury, die aus den drei beteiligten Ländern stammt.

Morgan Farnworth, Michiel Kindt und Michael Schaetzel studieren im sechsten Semester im trinationalen Studiengang Mechatronik der FHNW, der Université Haute Alsace und der Dualen Hochschule Baden-Württemberg. Sie entschlossen sich, am Wettbewerb teilzunehmen. «Unser Ziel war von Anfang an, einen kreativen Beitrag mit gesellschaftlichem Nutzen einzureichen – und explizit kein weiteres Fahrzeug, das Aufgaben löst», sagt Michael Schaetzel.

Die drei Studenten entwickelten für ihr Projekt «Eye-Catcher» ein Konzept mit doppeltem Nutzen: Einerseits ein interaktives und visuell ansprechendes Ausstellungsobjekt für Studierendenanlässe, um bei den Besuchenden Interesse für die Ingenieursdisziplin und den Studiengang Mechatronik zu wecken. Andererseits soll der «Eye-Catcher» in der Neurorehabilitation als therapeutisches Hilfsmittel dienen, um Menschen etwa nach einem Schlaganfall auf spielerische Art zu helfen, die Motorik und die Augen-Hand-Koordination wiederherzustellen. Unterstützung erhielten sie dabei von Studiengangleiter Prof. Dr. Robert Alard, der auch Kontakte vermittelte. Er freut sich über das motivierte Team: «Es ist ein tolles und ansprechendes Projekt, das neben dem spielerischen Nutzen künftig auch einen therapeutischen Nutzen haben könnte.»

Spielend die Koordination trainieren

Das Resultat ist ein interaktives mechatronisches Ballspiel. Es besteht aus einer aus Wand mit drei Holzpaneelen, in die 30 bunt beleuchtete Fangringe eingelassen sind, und einem intelligenten Ball. Ein Auswurfsystem wirft dem Spieler den Ball zu, der in einer Farbe aufleuchtet. Der Spieler muss in der Wand den Fangring finden, der in derselben Farbe leuchtet, und den Ball in den entsprechenden Ring werfen.

«Der Ball war der Projektteil, der die meisten Prototypen und Tests erforderte», erklärt Morgan Farnworth. «Er muss zahlreiche verschiedene Funktionen erfüllen – etwa angenehm in der Hand liegen, Licht streuen, mit der Hauptstation kommunizieren, autonom und wiederaufladbar sein, robust genug sein, um wiederholte Stösse zu absorbieren und leicht genug sein, um geworfen werden zu können.» Um all die funktionellen Komponenten sicher im Ball befestigen und schützen zu können, entwarf das Team ein Elektronikgehäuse aus PLA und eine Aussenhülle aus hartem TPU.

Die Ringe müssen einerseits die Blicke der Messebesuchenden auf sich ziehen, andererseits genug robust sein, um zahlreichen Ballwürfen standzuhalten. Das Team hat die Struktur der Ringe deshalb so optimiert, dass sie gleichzeitig mechanisch robust sind und das Licht der eingebauten LED-Rings visuell ansprechend streuen.

Für die letzte Komponente – die Wurfautomatik – führten die angehenden Mechatronik-Ingenieure zunächst eine Marktrecherche durch, um zu evaluieren, wie bereits existierende Systeme aufgebaut sind. Die meisten folgen demselben Grundkonzept: zwei Räder, die den Ball von beiden Seiten beschleunigen, sowie eine Leitung, die den Ball zu den Rädern führt. «Nach diesem Prinzip funktioniert auch unser Wurfsystem, wir haben es allerdings so erweitert, dass der Ball aufgrund der variablen Motordrehzahl einer zufälligen Flugbahn folgt», erklärt Michiel Kindt.

Der bewusste Schritt aus der Komfortzone

Das intensive Projekt hat das Team weitergebracht – sowohl technisch als auch persönlich. «Die enge Zusammenarbeit im Team hat sehr gut geklappt», sagt Michiel Kindt. «Wir haben gelernt, uns gegenseitig zu vertrauen und auch offen und ehrlich zu kommunizieren, wenn etwas schiefläuft.» Zwar wurden die Aufgaben aufgeteilt, doch die grossen Entscheidungen fällte das Team gemeinsam. «Zum Glück leben wir alle innerhalb eines Radius von 10 Kilometern – so konnten wir einfach aufs Velo steigen und uns treffen.»

Die drei bringen unterschiedliche Hintergründe und Fähigkeiten mit. Doch das Team hat bewusst entschieden, sich aus der Komfortzone herauszubewegen. Michiel Kindt hat etwa einen Hintergrund in Informatik. Doch bei der Entwicklung des Programmcodes übernahm er nur eine Mentorrolle und liess seine Teamkollegen den grossen Teil der Arbeit machen. Dasselbe bei der Konstruktion: als Polymechaniker brachte Morgan Farnworth seine Erfahrung aus der Werkstatt und bei der Arbeit mit CAD-Programmen für den Detailentwurf der Konstruktionsteile mit ein, die Ausführung wurde aber auch hier aufgeteilt.

Ein Endspurt mit Punktlandung

«Es war eine Teamarbeit, wie sie sein sollte – wenn es so gut funktioniert, würde ich gerne so arbeiten», fasst Michael Schaetzel die Erfahrung zusammen. «Allerdings dürften es etwas weniger Arbeitsstunden in der Woche sein», ergänzt sein Teamkollege Morgan Farnworth mit einem Augenzwinkern. Vor allem gegen den Abgabetermin hin war die Arbeit am Projekt sehr intensiv.

Denn um möglichst flexibel verschiedene Prototypen austesten zu können und Parameter laufend optimieren zu können, beschloss das Team, die Komponenten mit dem 3D-Drucker zu fertigen. Da aber so insgesamt über 170 Teile selbst gedruckt werden mussten, bedeutete dies ein nicht zu unterschätzender zeitlicher Aufwand. «Wir mussten uns daher schon relativ früh für ein Design entscheiden – und trotzdem wurde der Endspurt denkbar knapp. Wir wurden genau zwei Tage vor dem Wettbewerb fertig mit dem gesamten System», sagt Michael Schätzel.

Am Wettbewerbswochenende vom 28. und 29. Mai 2022 im Europapark in Rust klappte aber alles reibungslos. Die Jury, bestehend aus einer Vertreterin aus Frankreich sowie aus je einem Vertreter aus Deutschland und der Schweiz, wählte aus den 11 Projekten «Eye-Catcher» zum Gewinner und überreichte dem Team den Preis von 1500 Euro.

Schon zu Beginn des Projekts hat das Team entschieden, ein mögliches Preisgeld der medizinischen Forschung zu spenden: denn im Gespräch mit der Neuropsychologin Anaïs Do Carmo erfuhren die drei angehenden Ingenieure, dass die bei der neurologischen Reha eingesetzten Werkzeuge veraltet und nicht auf die individuellen Bedürfnisse der Patienten anpassbar sind.

Die 1500 Euro spendeten Farnworth, Kindt und Schaetzel an die Herzstiftung Schweiz, die Forschungsprojekte in den Bereichen Herzkrankheiten und Hirnschlag unterstützt. Die Wahl hat einen traurigen Grund: «Einer unserer Dozierenden verstarb in der Woche vor dem Wettbewerb unerwartet an einem Herzstillstand. Wir haben das Preisgeld daher in seiner Erinnerung gespendet.»  

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Ein interdisziplinäres Studierendenteam der Hochschule für Technik FHNW hat sich einer besonderen Aufgabe gestellt: In zwei Semestern entwickelten sie einen Mars-Rover, der über unwegsames Gelände navigieren, wissenschaftliche Experimente durchführen und technische Wartungsaufgaben ausführen kann. Im September 2022 messen sie sich mit 16 anderen Finalisten-Teams in Polen an der European Rover Challenge.

Die Europäische Rover Challenge ist ein internationaler Weltraum-Robotik-Wettbewerb. Studierendenteams von überall auf der Erde entwickeln einen voll funktionsfähigen Marsroboter nach ihrem eigenen Design, der auf einem künstlich angelegten Marsgelände bestimmte Aufgaben erledigen muss.

Ein interdisziplinäres Team aus Studierenden der Hochschule für Technik FHNW beschloss, sich der Herausforderung anzunehmen: Joel Becker, Daniel Richner und Fabian Gärtner vom Studiengang Elektro- und Informationstechnik sowie Yannik Ahrens, Jan Mazacek, Nadine Richard und Constantin Ruetsch vom Studiengang Maschinenbau.

Etwas später stiessen die beiden Informatik-Studenten Sandro Covo und Jeffrey Smith zum Projekt. «Mich reizte die Aufgabe, einmal Software zu entwickeln, die nicht nur auf einem Server läuft, sondern etwas physisches steuert», erklärt Sandro Covo seine Motivation, bei der Entwicklung des Rovers mitzuarbeiten.

Unterstützt wurde das Team von drei Coaches: Von Seiten Elektro- und Informationstechnik von Prof. Dr. Pascal Schleuniger, Dozent für Analogtechnik und Elektromagnetische Verträglichkeit; für Problemstellungen im Bereich Maschinenbau von Matthias Günthart, Dozent für Produktentwicklung; und in Sachen Informatik von Prof. Dr. Christoph Stamm, Dozent für Informatik und Forschungsleiter am Institut für Mobile und Verteilte Systeme FHNW.

In einem Jahr entwickelte das Team aus der Vision ihren lauffähigen Rover, «Meyer 1». Namenspate ist der kürzlich in den Ruhestand getretene Leiter der Ausbildung der Hochschule für Technik, Prof. Dr. Martin Meyer. «Er hat junge Studierende und Ingenieurinnen und Ingenieure während Jahrzehnten inspiriert», erklärt Projektleiter Joel Becker die Namenswahl.

Über Hügel und Steine

Die Entwicklung des Rovers war nicht ohne Herausforderungen. Insbesondere die Fortbewegung über unebenes Gelände benötigt ausgeklügelte Lösungen. Um sicherzustellen, dass die vier Räder des Rovers auch bei der Fahrt über Unebenheiten ständig Bodenkontakt halten können, setzt das Team auf eine sogenannte Rocker-Aufhängung. Das Prinzip kommt in ähnlicher Form auch bei den Mars-Rovern der NASA zu Einsatz und erlaubt es dem Roboter, auch grössere Hindernisse zu überwinden.

Die in knalligem Gelb leuchtenden Räder stammen aus dem privaten 3D-Drucker von Fabian Gärtner. Der äusserste Teil besteht aus einem flexiblen Kunststoff, um kleinere Unebenheiten auszugleichen, gekoppelt mit einer Felge aus hochfestem Kunststoff. Dann folgt das Gleitlager aus POM und Aluminium, gefertigt in der hauseigenen Werkstatt der FHNW HAT. Darin befinden sich auch die 180 Watt starken Motoren und Getriebe des Sponsors Maxon, sowie die Encoder.

Sammeln, stecken und drücken

Der Rover muss sich nicht nur über unebenes Gelände bewegen können, sondern auch Aufgaben erledigen, die auf dem Mars anfallen könnten: etwa Proben sammeln, Stecker in ein Panel einstecken oder Knöpfe drücken. Dafür entwickelten die Maschinenbau-Studierenden Nadine Richard und Jan Mazacek einen Manipulator – im Wesentlichen ein Roboterarm, der sich um verschiedene Achsen bewegen und mit einem multifunktionellen Werkzeug verschiedene Tasks ausführen kann. Die Leichtbau-Rahmenstruktur des Manipulators besteht aus wasserstrahlgeschnittenem Aluminium. So gelang es den beiden Studierenden, den rund 70 cm langen Arm unter drei Kilogramm Gewicht zu halten. Ausgerüstet ist der Manipulator mit intelligenten Servomotoren des Teamsponsoren Robotis.

Um die Steuerung zu perfektionieren, nutzte das Team das Prinzip des «Digitalen Zwillings» – ein virtuelles Modell des Arms. Eine Software nutzt die Eingaben eines Playstation-4-Controllers, um sie in Bewegungen für die verschiedenen Achsen umzuwandeln. Diese Bewegungen werden dann dem simulierten Modell und dem echten Roboterarm gleichzeitig hinzugefügt. «Durch die intelligenten Servomotoren weiss die Software immer, wo genau sich eine Achse befindet, wie viel Strom sie verbraucht und ob der Arm die gewünschte Position erreichen konnte», erklärt Daniel Richner das Prinzip.

Für die Orientierung und die Kommunikation ist der Rover mit einem Antennenmast ausgestattet, auf der mehrere Kameras für die Rundumsicht, eine 2.4 GHz und eine 5 GHz-Antenne und eine Anzeigelampe montiert sind.

Den Horizont öffnen – und Hindernisse überwinden

Die Arbeit am Rover war intensiv – und auch nicht immer einfach. Das Team musste mit Rückschlägen umgehen: etwa Komponenten, die falsch produziert wurden, Konzepte, die in Realität nicht so funktionierten wie geplant, oder gar einem Designfehler, wegen dem bei einem Motortest Elektronikteile in Rauch aufgingen. «Solche Momente sind natürlich etwas frustrierend – aber wir haben daraus gelernt und beim nächsten Versuch haben wir es besser gemacht», sagt Joel Becker.

Trotz gewisser Schwierigkeiten, die positiven Erfahrungen überwiegen: «Mir gefällt es, ein Produkt von Anfang bis zum Schluss selbst zu entwickeln, umzusetzen und fortlaufend zu verbessern», so Maschinenbau-Studentin Nadine Richard. Auch die Zusammenarbeit mit Studierenden aus verschiedenen Studiengängen hat dem Team Spass gemacht: «Es ist interessant, die verschiedenen Arbeitsweisen anderer Studiengänge zu sehen, und wie diese zusammenfliessen», sagt Fabian Gärtner, der sich auf die Leistungselektronik fokussiert hat.

«Es ist herausfordernd, ein Projekt mit so viel verschiedenen Arbeitsweisen und Interessen zu planen und auf Kurs zu halten, die Resultate sind dafür aber umso spektakulärer» so das Fazit von Joel Becker.

FHNW Rover-Team qualifiziert sich für Finalrunde

Die Arbeit hat sich gelohnt: Von über 90 teilnehmenden Teams hat sich der FHNW-Rover als einer der 16 Finalisten für den Wettbewerb in Polen qualifiziert. Und nicht nur das – in der Qualifikation hat das Team von 80 möglichen Punkten 76.5 Punkte ergattert und damit den zweiten Platz der Vorrunde geholt.

Im nächsten Studienjahr soll das Projekt weitergehen, mit einer neuen Gruppe von Studierenden. Interessierte Studierende aus den Studiengängen Elektro- und Informationstechnik, Systemtechnik, Maschinenbau und Informatik, die im Herbstsemester ins dritte oder fünfte Semester starten, sind eingeladen, die nächste Version des Marsrovers zu entwickeln.

FHNW-Rover-Blog
Das Mars-Rover-Teams der FHNW betreibt einen Blog, in dem es weitere technische Details und Geschichten aus dem Projektalltag zum Nachlesen gibt:
https://www.fhnw.ch/plattformen/erc-rover/blog/

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Simon Maranda ist Mitgründer des Start-Ups Cowa Thermal Solutions AG, das kompakte thermale Energiespeicher in Kapselform entwickelt. Ein Innosuisse-Entwicklungsprojekt mit dem Institut für Kunststofftechnik und dem Institut für nanotechnische Kunststoffanwendungen der FHNW brachte das Jungunternehmen einen entscheidenden Schritt vorwärts Richtung Marktreife.

Wie kam es zur Zusammenarbeit mit dem Institut für Kunststofftechnik (IKT) und dem Institut für nanotechnische Kunststoffanwendungen (INKA) der Fachhochschule Nordwestschweiz?
Ein komplexer Teil der Cowa-Caps ist die Kunststoffhülle. Sie muss hohen Anforderungen genügen. Da wir selbst keine Kunststoffexperten sind, suchten wir einen Partner, der das Know-how im Kunststoffbereich mitbringt. Via Google bin ich auf das IKT gestossen. Ich habe Markus Grob angefragt und konnte ihm unser Vorhaben präsentieren. Er fand die Idee spannend und so entstand das gemeinsame Innosuisse-Projekt zwischen der Hochschule Luzern, der FHNW und Cowa.

Sie haben die speziellen Anforderungen an die Hülle erwähnt. Können Sie uns mehr dazu sagen?
Die Kapseln müssen den speziellen Bedingungen im Tank standhalten und das über eine Lebensdauer von 20 Jahren. Die Kapselhüllen sind doppelt gefordert. Zum einen müssen sie die thermomechanische Beanspruchung aushalten: Das Volumen des Füllmaterials ändert sich mit der Temperatur, je nachdem, ob es fest oder flüssig ist. Zum andern befindet sich im Kapselinneren eine Salzlösung, aussen aber Wasser. Das heisst, das Wasser will zum Salz diffundieren. Die Hülle muss dies verhindern.

Das Projekt ist im Frühling 2020 gestartet – pünktlich zum Start der Coronapandemie. Wie hat sich das auf das Projekt ausgewirkt?
Die Zusammenarbeit war sehr gut, aber natürlich war Corona eine Herausforderung. Wir konnten nur ein einziges persönliches Treffen zum Projektstart durchführen zum Projektstart. Seit dann hatten wir kein physisches Treffen mehr. Gewisse Personen arbeiten seit fast zwei Jahren zusammen an diesem Projekt und haben sich noch nie persönlich getroffen, das ist schon speziell.
Der Vorteil war, dass die drei Teilprojekte relativ gut trennbar waren, daher hat uns Corona nicht stark gebremst – aber natürlich wäre es einfacher gewesen, sich hie und da physisch treffen zu können. Wir planen, das so bald wie möglich nachzuholen.

Wo steht die Zusammenarbeit heute?
Offiziell ist das Projekt im März abgeschlossen, wir haben aber bei Innosuisse nochmals ein halbes Jahr Verlängerung beantragt. Wir wären auch an einem Follow-up Projekt mit der FHNW interessiert, da es immer noch einige offene Fragestellungen und auch neue Ideen für die Weiterentwicklung gibt. Wir hoffen, dass die Zusammenarbeit noch länger geht!
Zunächst sind wir aber bereit für den ersten Schritt auf den Markt und werden noch in diesem Jahr die erste Pilotanlage ausliefern.

Können Sie uns etwas über Ihre Erfahrung mit dem IKT und dem INKA erzählen?
Die Zusammenarbeit war sehr positiv. Besonders toll ist, dass es wirklich eine echte Zusammenarbeit ist und sich die FHNW nicht nur auf die Forschungsaspekte beschränkt. Es ging immer auch um die praktische Umsetzung, etwa bei Gesprächen mit Herstellern. Das FHNW-Team war eine grosse Unterstützung für unser Start-Up.
Positiv war auch die Flexibilität. Für uns als Jungunternehmen änderten sich die Fragestellungen im Projekt immer wieder einmal. Am Anfang hatten wir zum Beispiel die thermomechanische Beanspruchung der Kapseln noch gar nicht auf dem Radar. Oder plötzlich wurde die Verschweissung wichtig. Markus Grob und sein Team haben uns hier stark unterstützt. Ohne sie wären wir nicht da, wo wir heute stehen.

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Energie- und Umwelttechnik-Student Dominic Müller hat es sich zum Ziel gesetzt, die Theorie der Kreislaufwirtschaft in die Praxis umzusetzen. Daraus ist ein Startup entstanden, das ausgedienten Bratpfannen dank einer neuen Beschichtung den Weg in die Metallsammlung erspart.

Jeder, der regelmässig Rösti kocht oder Eier brät, kennt es: auch bei der besten Bratpfanne lässt die Qualität der Antihaftbeschichtung mit der Zeit nach, und das Bratgut klebt. Was tun? Bisher gab es eigentlich nur eine Lösung: die Pfanne in den Recyclinghof bringen und eine neue kaufen. Doch besonders nachhaltig ist das nicht, denn eine Metallpfanne herzustellen oder einzuschmelzen, kostet hohe Mengen an Energie. Eine Bratpfanne allein klingt vielleicht nicht nach viel – doch jährlich werden in der Schweiz über eine Million beschichtete Pfannen entsorgt, obwohl der grösste Teil davon abgesehen von der Antihaftbeschichtung noch völlig intakt wäre.

Dominic Müller, Student der Energie- und Umwelttechnik an der Hochschule für Technik FHNW, ist vom Prinzip der Kreislaufwirtschaft überzeugt. Deren Grundprinzip: Bevor ein Produkt rezykliert wird oder gar im Müll landet, sollte es möglichst lange verwendet, wiederverwendet und repariert werden. «Es ist mir ein Anliegen, etwas Konkretes zu machen, die Theorie der Kreislaufwirtschaft auch praktisch umzusetzen», erklärt Müller. Beim Röstibraten kam Müller eine Idee. Könnten nicht auch beschichtete Bratpfannen aufgewertet werden?

Pfannenbeschichtungen gibt es schon seit Jahrzehnten – aber bislang gibt es keine Möglichkeit für Privatpersonen, ihre Pfannen neu beschichten zu lassen. Die Idee liess Müller nicht mehr los. Obwohl er noch mitten im Studium stand, machte er sich an die Arbeit, ein Jungunternehmen zu realisieren.

Vom Gemüseretter zum Unternehmer

Dominic Müller ist ein Machertyp und will etwas bewegen. Im Studium organisierte er etwa kurzerhand für einen befreundeten Bauer, der für den Grosshandel ungeeignetes Gemüse nicht einfach vernichten wollte, verschiedene Hofaktionen sowie einen Hofverkauf vor der FHNW. Mit Erfolg: 60 Tonnen Gemüse wurden so verkauft, das ansonsten in der Kompostieranlage gelandet wäre.

«Die Frage Warum mache ich das? stand bei mir schon immer im Fokus», sagt Müller. Das war auch ein Grund, warum er sich im Studium für die Vertiefungsrichtung «Nachhaltiges Wirtschaften und Cleantech» entschieden hat: Die Motivation, Produkte und Dienstleistungen so zu verbessern, dass sie den Zielen der Nachhaltigkeit gerecht werden. «Im Studium habe ich gelernt, in grösseren Systemen zu denken und die Umweltrelevanz in einem ganzheitlichen Kontext zu berechnen. Damit reifte der Entschluss, eine nachhaltigere Lösung für ein Problem zu finden, das jeder kennt», sagt Müller. Und so kam er schliesslich auf das Konzept für RePan.

Kurz nach dem Start reichte Dominic Müller seine Idee bei der Swiss Sustainability Challenge ein. Beim Wettbewerb der Fachhochschule Nordwestschweiz und der Lebensversicherungs-Gesellschaft Pax können Personen oder Teams mit Projekten teilnehmen, die sich für soziale und ökologische Nachhaltigkeit einsetzen. Die Teilnehmenden können nicht nur Preisgelder gewinnen, sondern werden auch dabei gefördert, ihre Projektideen auszuarbeiten und erfolgreich umzusetzen. «Wir waren noch nicht ganz so weit, um den ersten Platz zu gewinnen – aber das Coaching und das Feedback der Experten haben das Projekt einen grossen Schritt weitergebracht.»

Ein eigenes Unternehmen aufzuziehen, und das neben einem Vollzeitstudium, ist eine Herausforderung. Zurzeit arbeitet Müller an seiner Abschlussarbeit – zum Thema Kreislaufwirtschaft selbstverständlich – und steckt fast ein weiteres Vollzeitpensum in sein Startup. «Der Freiraum und die Modularität des FHNW-Studiums sind ein grosser Vorteil, wenn man ein eigenes Unternehmen aufziehen will. Aber der Schlaf ist manchmal schon etwas knapp», lacht der Jungunternehmer. Er ist aber nach wie vor hochmotiviert und darf sich unterdessen über zwei erste Plätze freuen: Im Januar 2022 gewann RePan den Circular Economy Transition Incubator in der Kategorie «Smart Cities, Industries und Procurement» und den Global Student Entrepreneur Award.

Regional statt importiert

Heute, anderthalb Jahre nach seiner Gründung, arbeitet bereits ein ganzes Team aus 16 Personen an RePan mit. Sie sammeln gebrauchte Bratpfannen von guter Qualität auf Recyclinghöfen ein. Regionale Partnerunternehmen reinigen diese, entfernen die alte Schicht und beschichten die Pfannen neu mit einer hochwertigen Dreifachbeschichtung. Die frisch beschichteten Pfannen können im Online-Shop und auch bereits in einem Laden erworben werden. Als Fernziel sollen frisch beschichtete Pfannen auch wie gewohnt im Supermarkt erhältlich sein. Die Beschaffung soll von Neuproduktion aus Übersee auf regionale Neubeschichtung umgestellt werden.

«Der nächste Schritt ist aber ein Service für die eigene Pfanne», erklärt Müller. Privatpersonen können künftig ihre Pfannen einschicken und erhalten die gleiche Pfanne mit einer brandneuen Beschichtung zurück.

Um diese Weiterentwicklung umsetzen zu können, und um das Unternehmen offiziell zu gründen, startet RePan ein Crowdfunding (siehe Kasten). «Ein Studierenden-Budget reicht nicht, um ein echtes Unternehmen aufzuziehen», so Dominic Müller. «Das Ziel des Crowdfundung ist, dass wir den Prozess hochskalieren, die Firma offiziell eintragen und unseren Service auf professionellem Level anbieten können.»

Crowdfunding

Wer Besitzer einer wiederbeschichteten RePan Pfanne werden möchte, kann das Crowdfunding von RePan hier unterstützen.

Das Crowdfunding wird am 10. März 2022 mit einer Launchparty gestartet: Im Unverpackt Laden Zollfrei in Altstetten gibt es zwischen 14 und 20 Uhr frisch vom RePan Kochteam gebratene vegane Pfannkuchen und die Gelegenheit, die Pfannen und das Team dahinter kennenzulernen.

Weitere Informationen auf www.repan.ch

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Eine eigene Idee umsetzen und ein eigenes Produkt entwickeln: Das war der Kindheitstraum von drei Studenten des Bachelor-Studiengangs Elektro- und Informationstechnik an der Hochschule für Technik der FHNW. Bereits in ihrem ersten Semester ihres Studiums entwickelten Daniel Richner, Fabian Gärtner und Joel Becker ihre Idee. Ihr Ziel war ein Schimmelsensor, welcher die Bewohnerinnen und Bewohner eines Hauses vor feuchten Wänden warnt und so ein allfälliges Schimmelwachstum verhindern kann. Schimmel kann die die Luftqualität beeinträchtigen und Atemwegserkrankungen verursachen.

Das Trio beschloss, die Idee weiterzuverfolgen und sie an einem Studierendenwettbewerb vorstellen. Im Rahmen des Zweitsemesterprojekts ihres Studiengangs im Frühjahr 2021 bekamen sie an der FHNW die Möglichkeit, am iCAN Contest teilzunehmen, einem internationalen Wettbewerb im Bereich Microengineering, Nanotechnologie und Sensorik (mehr Details zu diesem Wettbewerb hier).

Von der Idee zum Projekt

«Mit diesem Ziel begannen wir noch Ende 2020, ein Konzept zu erarbeiten. Wir finalisierten es über die Semesterferien, um im neuen Semester direkt mit der Hardwareentwicklung zu starten. Während dieser Zeit evaluierten wir auch verschiedene Messkonzepte und versuchten die Wandfeuchtigkeit möglichst genau zu bestimmen», erzählt Joel Becker. Am Ende entschieden sich die angehenden Ingenieure für eine indirekte Messmethode. Dabei misst ein Sensor die Lufttemperatur und Feuchtigkeit, während ein zweiter Sensor die Wandtemperatur mittels Infrarotstrahlung misst. «Mit diesen Parametern können wir dann die Feuchtigkeit an der Wand berechnen. Ist diese Feuchtigkeit über lange Dauer zu hoch, schlägt unser Sensor Alarm», so Daniel Richner.

Natürlich musste auch Software entwickelt werden, welche die Messdaten per WLAN versendet und diese Daten beim User wieder darstellt. Nach einigen Monaten Entwicklungsarbeit und Tüftelei war es dann soweit. «Wir konnten endlich die finale Leiterplatte bestellen, welche wir selbst entworfen und gelayoutet hatten», erinnert sich Fabian Gärtner.

Einige Wochen später war die Hardware dann gefertigt und im eigens gezeichneten Gehäuse verbaut und, einige schlaflose Nächte später, auch die Software bereit.

Ende Mai 2021, nach fast 1000 Stunden Arbeit am Projekt, waren die drei endlich mit einem funktionierenden Sensor und der fertigen Dokumentation bereit für die Swiss Qualifying Competition des iCAN Contests. Kurz darauf kam dann allerdings die Meldung, dass der Wettbewerb coronabedingt verschoben werden musste.

Ein erfolgreicher Wettbewerb

Nachdem Becker, Gärtner und Richner ihr Semester im Juli erfolgreich abgeschlossen hatten und uns über den Sommer ein wenig erholen konnten, ging es im September dann endlich an den Wettbewerb ins CSEM in Neuchâtel. «Dort durften wir unser Projekt einer Jury aus erfolgreichen Unternehmerinnen und Unternehmern und Forschenden im MEMS und NEMS Bereich vorstellen. Gleichzeitig bekamen wir die Gelegenheit, interessante Gespräche zu führen und neue Ideen für eine allfällige Weiterentwicklung des Sensors zu sammeln», erzählt Becker. Nach einer Pause kam die Verkündigung – das Projekt wurde ausgewählt, am internationalen iCAN-Wettbewerb teilzunehmen!

Im Dezember vertrat das Trio die Schweiz und die FHNW im internationalen iCAN-Finale in Hainan Island, China – leider aufgrund der Corona-Lage nur virtuell. Das Team holte sich den hervorragenden zweiten Platz. Herzliche Gratulation zu diesem Erfolg!

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Project Circleg ist ein schweizerisch-ostafrikanisches Sozialunternehmen, welches ein geeignetes Prothesensystem für Menschen in Ländern mit niedrigen bis mittlere Einkommen entwickelt. Dabei verfolgt das junge Start-Up einen ganzheitlichen Ansatz, welcher nebst einem qualitativ hochwertigen Produkt auch den Aufbau einer lokalen Produktion nach Prinzipien der Kreislaufwirtschaft sowie die Entwicklung neuartiger Finanzierungsmöglichkeiten beinhaltet. Dieses Vorhaben hat das Potenzial, viele Leben positiv zu verändern: Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass weltweit 35 bis40 Millionen Menschen auf eine prothetische oder orthotische Versorgung angewiesen sind. Aktuell kann sich jedoch nur einer von zehn Betroffenen eine Beinprothese leisten.

Kollaboration als Schlüssel

Eine Beinprothese aus rezykliertem Kunststoff zu entwickeln und sie in einem angepassten Massenproduktionsverfahren herzustellen, ist eine grosse Herausforderung. Das Material sowie die Produktionsmethode müssen hohen technischen sowie funktionalen Anforderungen genügen, damit die Prothesen längerfristig genutzt werden können und die Produktion nachhaltig funktioniert. Zudem müssen die Produktionsmethoden dem lokalen Kontext der Länder angepasst werden, in denen die Prothesen später zum Einsatz kommen sollen: In einem ersten Schritt sind dies die ostafrikanischen Länder Kenia, Uganda, Rwanda und Tansania. Die genannten Faktoren führen also zu einer komplexen Problemstellung, zu deren Lösung es einerseits spezifische Expertise im Bereich der Kunststofftechnik und -produktion bedarf und andererseits kompetente Kollaborationspartner, welche Offenheit, Flexibilität und Innovationslust mitbringen. Aufgrund dieser Kriterien sind schlussendlich die Kollaborationen zwischen Project Circleg und dem Institut für Kunststofftechnik der Fachhochschule Nordwestschweiz sowie dem Spezialisten für die Produktion technischer Kunststoffteile WAG Wernli AG in Gränichen entstanden.

Positive Resultate

Das Institut für Kunststofftechnik vereint eine Vielfalt an Kompetenzen, die nicht nur in die Lehre auf Bachelor- und Masterstufe, sondern auch in die angewandte Forschung mit Industriepartnern fliesst. Die Kollaboration mit Project Circleg hat Im Rahmen einer Bachelorarbeit begonnen, in der die verschiedenen Materialeigenschaften des rezyklierten Kunststoffes aus Ostafrika analysiert und getestet wurden. Zudem wurde eine ausgewählte Komponente der Circleg Prothese mit dem mit Langglasfasern angereichertem Kunststoff hergestellt und strukturell getestet. Unter der Leitung von Prof. Dr. Christian Rytka, Gruppenleiter Kunststoffverarbeitung und Nachhaltigkeit, konnte der Student Simone Battaglia vielversprechende Resultate präsentieren: «Wir konnten zeigen, dass eine repräsentative Strukturkomponente des (Circleg)-Systems erfolgreich durch Transfermolding unter Verwendung von mit Glasfasern angereichertem recyceltem Kunststoff aus Kenia hergestellt werden kann.» Diese positiven Resultate waren die Basis für die erfolgreiche Weiterentwicklung des Circleg Prothesensystems.

Kompetenz und Flexibilität

Wie bereits erwähnt, spielt nebst den richtigen Materialcharakteristiken der Produktionsprozess eine zentrale Rolle in Bezug auf die Qualität und effektive Performance des Produktes. Als traditionsreiches Unternehmen mit viel Expertise in der Entwicklung, dem Testen und der Produktion von technischen Kunststoffteilen bot sich WAG Wernli AG als idealer Partner in diesem Bereich an. Die Herausforderung war, eine Prothesenkomponente herzustellen, welche besonders hohen Beanspruchungen genügen muss und gleichzeitig individuell auf die spezifischen Masse der Betroffenen angepasst werden kann. Der Entwicklungsprozess verlangte ein grosses Mass an Kompetenz und Flexibilität von dem Team von WAG Wernli AG, da sich die Gegebenheiten durch die unzähligen Iterationen oft veränderten.

Von der Idee, über die Werkzeuggestaltung bis hin zu der effektiven Produktion der Teile hat sich eine intensive und unkomplizierte Kollaboration entwickelt. Rafael Wernli, Verwaltungspräsident von WAG Wernli AG sieht viel Positives in solchen Kollaborationen: «Dank unserer Nähe zu Materialherstellern und der Wissenschaft konnten wir Project Circleg während dem gesamten Innovationsprozess mit unserer Expertise begleiten und somit gemeinsam sehr erfreuliche Resultate erzielen».

Die Produktionsresultate konnte das Circleg Team dieses Jahr in einer Pilotserie erfolgreich mit Menschen mit einer Beinamputation in Ostafrika testen.

Die Moral dieser Geschichte könnte sein, dass es für die Lösung komplexer Problemstellungen die Intelligenz, Erfahrung und das Wissen von unterschiedlichen Parteien benötigt und dass durch diese proaktiven Kollaborationen, nebst Innovation, ein Mehrwert für alle Beteiligten entstehen kann.

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In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Quantencomputern einen enormen Schub erhalten. Grossunternehmen wie Google oder IBM stellen ihre Fortschritte medienwirksam zur Schau. Die Deutsche Regierung investiert über eine Milliarde Euro in einen Quantencomputer «Made in Germany» . Die Schweiz fasst ihre Tätigkeiten in den Nationalen Forschungsschwerpunkten «QSIT – Quantenwissenschaften und -technologie» und «SPIN: Spin-Qubits in Silizium» zusammen. Potentiell könnte ein Quantencomputer mathematische Probleme in Sekunden lösen, wofür ein konventioneller Supercomputer Jahre gebraucht hätte. Experten rechnen damit, dass dies bereits in den nächsten 10 Jahren Realität wird.

Quantencomputer gefährden Cyber Security

Die Aussicht auf Quantencomputer führt aber auch zu Besorgnis im Bereich der Cyber Security: Ein Quantencomputer könnte mit seiner enormen Rechenpower bisher sichere Verschlüsselungsverfahren in kurzer Zeit knacken. Deswegen gibt es bereits heute weltweite Bestrebungen, quantensichere Verfahren einzuführen. Das National Institute of Standards and Technology NIST – eine Bundesbehörde der USA – evaluiert gegenwärtig quantensichere Verschlüsselungsmechanismen. Dieses Forschungsgebiet ist in der Fachwelt unter dem Begriff Post-Quantenkryptographie bekannt und hat im Gegensatz zur Quantenkryptographie den Vorteil, dass keine spezielle Hardware benötigt wird. (siehe Box).

In einem von der Stiftung FHNW geförderten Projekt hat das Forschungsteam um Prof. Dr. Christoph Wildfeuer bereits eine drahtgebundene Internet-Verbindung mit quantensicheren Algorithmen verschlüsselt. Jetzt ist es ihnen gelungen, auch über eine WLAN-Verbindung Daten quantensicher zu versenden. Dazu haben sie Daten von einer Drohne auf eine bis zu 500 Meter entfernte Bodenstation übertragen.

«Wir wollten zeigen, dass quantensichere Verschlüsselungssysteme bereits für praktische Anwendungen genutzt werden können», sagt Christoph Wildfeuer vom Institut für Sensorik und Elektronik FHNW. Um das zu demonstrieren, haben die Forschenden die Verschlüsselungsalgorithmen auf dem Minicomputer Raspberry Pi 4 implementiert und diesen auf einer Drohne platziert. «Durch die Verwendung einer kleinen Drohne wird augenfällig, dass kein grosses Gerät für die quantensichere Datenübertragung benötigt wird», erklärt Wildfeuer, «auch mit wenig Ressourcen lässt sich so etwas realisieren.»

Zudem konnte das Forschungsteam zeigen, dass der quantensichere Austausch von Daten auch mit dynamischen Objekten wie einer Drohne möglich ist. Zusammen mit dem geringen Energieverbrauch ist das besonders für Anwendungen im Bereich des «Internet of Things», also der Verbindung von physischen Objekten mit virtuellen Systemen, sehr vielversprechend.

Die Kryptographie der Zukunft

Es gibt zwei wichtige Ansätze, wie Daten in Zeiten von Quantencomputern sicher ausgetauscht werden können. Beim Quanten-Schlüsselaustausch (Quantum Key Distribution oder kurz QKD) werden mit Hilfe quantenmechanischer Effekte identische kryptographische Schlüssel erzeugt und ausgetauscht. Der Austausch geschieht mittels Licht bez. Photonen. Sender und Empfänger müssen darum spezielle Hardware für die Erzeugung oder den Empfang verschränkter Photonen haben.

Bei Post-Quantum Kryptography (PQK) werden bestehende Public-Key Verfahren durch Algorithmen ersetzt, die auch von einem Quantencomputer nicht in vernünftiger Zeit geknackt werden können. Diese Algorithmen nennt man dann «quantensicher». Der Vorteil dieser Methode ist, dass sie keine neue Hardware benötigt und damit beim alltäglichen Datenverkehr beispielsweise via Internet, Mobilfunk oder WLAN eingesetzt werden kann. Hier setzt die Arbeit von Prof. Dr. Christoph Wildfeuer und seinem Team an.

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Ein autonomes, selbständiges Leben zu führen ist ein Bedürfnis von vielen Menschen. Doch besonders im Alter wird das immer schwieriger: Laut der Beratungsstelle für Unfallverhütung bfu stürzen in der Schweiz rund 80’000 ältere Menschen in ihrem Wohnraum. Landesweit sterben rund 1600 Personen an den Folgen eines Sturzes. Dabei gelten nicht nur Senioren als besonders sturzgefährdet, auch Menschen mit Epilepsie, Patienten in psychiatrischer Behandlung oder auch Kleinkinder sind davon betroffen.

Intelligente Sturzerkennung

Das Zuger Start-up Sedimentum hat nun ein Produkt entwickelt, das Stürze und andere Notfälle schnell erkennt, ohne die Privatsphäre der schutzbedürftigen Menschen zu beeinträchtigen. Die Lösung von Sedimentum besteht aus einem Sensor-Device in der Grösse eines Rauchmelders, das fix an der Zimmerdecke installiert wird. Das Gerät misst diverse Werte, wie beispielsweise die Bewegungsaktivität. Die anonymisierten und verschlüsselten Daten werden durch die KI-Software von Sedimentum analysiert. Tritt eine Unregelmässigkeit in den Daten auf, beispielsweise ausgelöst durch ein Sturzereignis, wird in Echtzeit ein Alarm ausgelöst.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Notfall-Geräten wie einem Notrufknopf am Handgelenk oder einer Smartwatch, muss die Lösung von Sedimentum nicht getragen oder aktiv bedient werden. Der intelligente Sedimentum Sturzmelder versteht sogar den Unterschied zwischen beispielsweise einer Yogaübung, einer herumspringenden Katze und einem Sturzereignis.

«Unser Produkt arbeitet mit Künstlicher Intelligenz und komplett automatisch», sagt CTO und Co-Gründer Immanuel Zerbini, «das heisst, die Anwender müssen bei einem kritischen Ereignis nichts aktiv betätigen. Die Erkennung eines Sturzes und die Alarmierung erfolgt automatisch. »

Ausgeklügelte Anonymisierung

«Wir entwickeln all unsere Produkte strikt nach dem Prinzip Privacy by Design. Deshalb haben wir auch unter anderem keine Mikrofone oder Kameras integriert.» Der Schutz der Privatsphäre hat bei Sedimentum eine grosse Bedeutung. «Wir haben ein neuartiges Anonymisierungsverfahren entwickelt, das uns erlaubt, die Daten vollständig anonym zu bearbeiten», sagt Immanuel Zerbini. Sedimentum setzt dabei auf ein anwendungsspezifisches «Kommunikations-Netzwerk», moderne kryptografische Verfahren und Transparenz.

Sedimentum plant derzeit den Markteintritt ihres innovativen Produkts. Die Lösung ist vorerst nur für Geschäftskunden wie Pflegeheime, Psychiatrien, ambulante Dienste und Betreiber von Alterswohnungen erhältlich.

Zur Person: Immanuel Zerbini

Herr Zerbini, was ist Ihr beruflicher Werdegang?

Ich habe klassisch mit einer Lehre als Informatiker mit der Fachrichtung Applikationsentwicklung begonnen. Anschliessend war ich mehrere Jahre als Software Engineer in der Produktentwicklung tätig. Um meine Kenntnisse zu erweitern studierte ich berufsbegleitend Informatik mit der Profilierung iCompetence an der FHNW. Bevor ich Sedimentum mitgegründet habe, war ich noch mehrere Jahre in einer Zürcher IT-Consulting Firma tätig.

Wie hilft Ihnen das iCompetence-Studium heute in Beruf?

Berufsbegleitend zu studieren hat mir sehr geholfen, meine Aufgaben gut zu planen, zu organisieren und zu priorisieren. In der Rolle als CTO hilft mir nun die Verbindung der drei Kerngebiete von iCompetence: Design, Management und Informatik.

Bei welchem Modul haben Sie besonders viel gelernt?

Grundsätzlich hat mir wahrscheinlich jedes Modul auf irgendeine Art und Weise weitergeholfen. Was für mich eher neu war, war der Bereich ‘Design’. Man lernt, den User aktiv in den Fokus zu stellen. Wenn man bereits bei der Konzeption und Entwicklung den Enduser berücksichtigt und frühzeitig einbezieht, entsteht auch ein Produkt dass den Personen, welche es benutzen, einen grossen Mehrwert geben und es auch gerne benutzt wird. Dies ist für mich sehr wichtig – man entwickelt nicht für sich, man entwickelt für den Kunden.

Haben Sie Tipps für Studierende, die ebenfalls ein Start-up gründen wollen?

Zentral ist die Wahl seiner Mitgründenden. Man muss sich gegenseitig vertrauen können. Zudem benötigt man unterschiedliche Persönlichkeiten und Kompetenzen, die sich fachlich und menschlich gut ergänzen. Es macht auch viel mehr Spass, gemeinsam eine Firma zu gründen und zu entwickeln, als alleine zu arbeiten. Man sollte sich aber bewusst sein, dass ein Startup zu gründen kein 8-to-5 Job ist und viel Zeit und Commitment bedeutet. Wenn man allerdings die Möglichkeit hat ein Startup zu gründen, sollte man es meiner Meinung nach jederzeit versuchen.

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In der Schweiz gibt es schätzungsweise rund 1000 Recyclinghöfe und etwa 5000 kleine Quartiersammelstellen. Deren Betrieb ist aufwändig: Pro Tonne Sammelgut entstehen Kosten von durchschnittlich etwa 200 Franken. In einem grossen Recyclinghof wie dem «Ökihof Cham» sind diese Kosten markant tiefer, da das Personal meist gut ausgebildet, die Sammelqualität sehr hoch und die umgeschlagene Materialmenge gross ist. Anders sieht es bei den kleineren, unbetreuten Recyclinghöfen und den Quartiersammelstellen aus: Die Sammelqualität ist tiefer, die Logistik ineffizient, überfüllte Container und Littering führen zum Unmut der Anwohnerschaft.

Im Projekt «Ökihof 4.0» wollen Spezialistinnen und Spezialisten der Fachhochschulen OST und FHNW gemeinsam mit Partnern aus dem Recyclingbereich diese unbewirtschafteten Recyclinghöfe und Quartiersammelstellen verbessern. Mittels Digitalisierung sollen die Mengen- und Wertströme wirtschaftlicher und für die Bevölkerung attraktiver gemacht werden.

«Just in time»-Logistik

Ein grosses Verbesserungspotential besteht in der Logistik der Sammelstellen: Oft werden Wertstoffsammelgebinde – also beispielsweise Glascontainer – abgeholt, bevor sie voll sind. Noch problematischer ist es aber, wenn diese zu spät abgeholt werden. Überquellende Container führen zu Littering und damit zu hygienischen Problemen wie Geruch oder Ratten und allgemein zu einem erhöhten Arbeitsaufwand. Ein zentrales Ziel des Projekts ist darum die Abholung der gefüllten Gebinde «just in time» – also genau zum richtigen Zeitpunkt.

Um diesen idealen Zeitpunkt zu bestimmen, setzen die Spezialistinnen und Spezialisten Infrarot- und lasergesteuerte «Time-of-Flight»-Kameras ein. Zusammen mit Machine Learning können diese Kameras die Materialqualität und den Füllstand der Container präzise erfassen. Zusätzlich dienen die Kameras der Überwachung der Sammelstelle. Mit den erhobenen Daten kann der richtige Zeitpunkt für die Abholung der gefüllten Gebinde «just in time» prognostiziert werden.

In einem ersten Schritt haben die Umweltprofis den Ökihof Cham mit der neuen Technologie ausgerüstet. «Der Test war sehr erfolgreich, die Technologie funktioniert», sagt Co-Projektleiter Prof. Dr. Petar Mandaliev vom Institut für Biomasse und Ressourceneffizienz FHNW. Nun soll die Technologie in einem Nachfolgeprojekt zusammen mit dem Institut für Data Science FHNW weiterentwickelt und anschliessend flächendeckend bei Sammelstellen eingeführt werden. Denn die «Time-of-Flight»-Technologie zeigt laut Mandaliev ihre Vorteile bei der Vernetzung: «Prognosen werden besonders interessant, wenn nicht eine Sammelstelle isoliert betrachtet wird, sondern mehrere logistisch miteinander gekoppelt werden.»

«Ökihof 4.0»: Wer ist beteiligt?

«Ökihof 4.0» ist ein gemeinsames Projekt der Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW und der OST – Ostschweizer Fachhochschule in Zusammenarbeit mit dem Zweckverband der Zuger Einwohnergemeinden für die Bewirtschaftung von Abfällen ZEBA und der Papierfabrik Perlen AG. Finanziert wird das Projekt vom Bundesamt für Umwelt BAFU.

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