Preisträger 2016

Sie müssen so klein sein, dass sie nicht an körpereigenen Filtern oder Sperren abgefangen werden, sie sollen flexibel einsetzbar und biokompatibel sein. Ein Therapieproblem ist, dass vor allem Kinder und alte Menschen Medikamente oft nicht schlucken können. Eine Alternative kann das Verabreichen über die Haut sein. Die Herausforderung: Die Carrier (Transportmedien der Wirkstoffe) müssen in ihrer Molekularstruktur so entwickelt sein, dass sie durch die Haut eindringen können. Für eine universelle Anwendung sollten sie sowohl in Flüssigkeit (hydrophil) als auch in Gelen oder Salben (lipophil) gelöst werden können. Genau das bieten die Dendritischen Nanocarrier der DendroPharm GmbH.

Wie Chamäleons können sich die mehrschaligen (dendritisch = verzweigt, verästelt) und winzig kleinen (nano) Transporter sowohl hydrophilen als aus lipophilen Umgebungen anpassen. Diese ambiphile Fähigkeit und hohe Wandelbarkeit der Nanocarrier der DendroPharm GmbH machen sie einzigartig. Sie können Wirkstoffe, aber auch Farbstoffe zur Bildgebung über die Haut in den menschlichen Körper transportieren. Bisher ist die Methode der transdermalen Darreichung (über die Haut) von Wirkstoffen z.B. mit Pflastern noch auf Wirkstoffe mit geringem Molekulargewicht und der Fähigkeit der Lösung in lipophilen Medien beschränkt. Das kann sich nun ändern.

Um mit einem Produkt (Salbe) Marktreife zu erreichen, es zu produzieren und zu vermarkten, wurde die DendroPharm GmbH im Mai 2013 als Spin Off aus der Freien Universität Berlin gegründet, wo die dendritischen Kern-Multischalen-Nanocarrier (CMS Nanocarrier) entwickelt wurden. Die DendroPharm GmbH gehörte im Science4Life Businessplanwettbewerb 2013 und im Businessplanwettbewerb Berlin-Brandenburg 2014 zur Spitzengruppe. Sie plant den Bau einer erweiterten Produktions- und Forschungsstätte und bis 2020 ca. 20-25 Arbeitsplätze in Forschung und Produktion zu schaffen.

Sein augenfälliges Werkzeug ist ein neuartiger Roboterarm mit Multifunktionsgreifer und einer Armlänge von rund einem halben Meter, sechs Armgelenken und der Kraft zum Bewegen von rund 3,3 kg Nutzlast.

Vereinfachung und Autonomie ist das Grundkonzept des Roboters, der zur Fabrikarbeit und im Servicebereich eingesetzt werden kann. Die Steuerungssoftware pi4_control™ ermöglicht es dem workerbot4™ neue Aufgaben in kürzester Zeit zu lernen, Programmierkenntnisse sind dafür nicht nötig. Innerhalb einer Stunde kann der Roboter zum Beispiel in kleineren Unternehmen zur Bearbeitung von Chargen geringer Stückzahlen angelernt werden. Zu seinem aktuellen Arbeitsplatz wird der ca. 1,75 m hohe und ca. 120 kg schwere Roboter einfach gerollt. Der Kopf von workerbot4™ kann mit einer integrierten Bildverarbeitung und Gesichtserkennung ausgestattet werden, wodurch er z.B. sein Bedienpersonal erkennen und den Menschen mit seinem Blick durch den Raum folgen kann. Spracherkennung und -ausgabe machen es möglich, dass der Roboter mündliche Anweisungen entgegennehmen und Zustandsmeldungen vernehmlich verkünden kann. Mit dem sensiblen Greifarm kann workerbot4™ am Ende auch Arbeitsprotokolle mit Kugelschreiber ausfüllen.

Für den Einsatz im Securitybereich, kann workerbot4™ mit Sensoren zur Erkennung von Sprengstoffen oder Radioaktivität ausgestattet werden, im Serviceeinsatz Getränke reichen, Gästen und Kunden „Guten Appetit“ wünschen oder im Büro Visitenkarten scannen und Dokumente unterschreiben. Workerbot4™ zeichnet sich durch einen geringen Stromverbrauch aus, erzeugt selbst die Druckluft in einem seiner Spezialgreifer und das genau nur dann, wenn er sie braucht. Da sein Einsatz gewissermaßen „von Hand“ erfolgt, braucht es zudem keine weiteren komplexen Automatisierungskomponenten.

Dafür sind genaue und zuverlässige Messverfahren und -technologien nötig. Die sollen aber andererseits nicht langwierig und umständlich oder nur durch hoch spezialisiertes Fachpersonal durchzuführen sein. Mit ihrer Innovation „Spektroskopisches Ellipsometer SENperc PV für die Qualitätskontrolle in der Solarzellenproduktion“ hat die SENTECH Instruments GmbH eine exakte und wirtschaftliche Lösung.

Für das neue Instrument SENperc PV hat das Unternehmen die Messmethodik gewissermaßen auf den Kopf gestellt. Das Messgerät basiert auf einem spektroskopischen Ellipsometer und misst mithilfe von polarisiertem Licht Schichtdicke sowie Brechungsindex. Das Problem bei der Qualitätskontrolle der Mehrschichtzellen ist, dass die Schichten mit deutlich unter 1% eine extrem geringe Reflektivität haben. Es braucht also eine sehr starke Lichtquelle, zusätzliche Sammeloptiken und einen sehr sensiblen Detektor, damit das Licht, das von den Schichten sehr schwach reflektiert wird, auch wieder „eingefangen“ werden kann. Zudem muss Umgebungslicht möglichst eliminiert werden. Daher wurde die gesamte Messbox umgedreht und hat nun an der Oberseite einen schmalen (abdeckbaren) Probeschlitz. Auf den werden die Mehrschichtzellen gelegt und gemessen. Eine eigens entwickelte Spezialsoftware bringt das Ganze zum Laufen und garantiert zuverlässige Messergebnisse.

Für eine grundlegende Komponente der Gesamtlösung wurde ein Patent angemeldet. Ein erster Prototyp des SENperc PV ist bereits bei einem Solarzellenhersteller im Probebetrieb. Mit Hilfe der Innovation kann das Unternehmen seine bisher 60 Arbeitsplätze sichern und plant in den kommenden Jahren die Schaffung fünf neuer Arbeitsplätze.

Erweiternde Informationen, Grafiken, Bilder oder gar 3D-Objekte haben oft umfangreiche Datenvolumen. Sollen sie also Abbildern der Realität, die die Kameras der Endgeräte aufnehmen, hinzugefügt werden, braucht es neue Lösungen. Die Innovation der shoutr labs UG „Augmented Reality On-Demand Streaming“ ist genau eine solche.

Das shoutr.Boxx-System liefert standortbasiert digitale Inhalte. Dafür kombiniert es metergenaue Ortung via Bluetooth mit hochperformantem Multimedia-Streaming über WLAN. Die Inhalte werden direkt auf Smartphones gestreamt. Das geht auch ohne eine Internetverbindung oder App. Das System erlaubt auch Interaktionen und verfügt über partizipative Elemente, so dass eine neue Form der Besucher-Information in Museen oder Ausstellungen möglich wird.
Für das shoutr.AR-Streaming braucht es keine mehrere 100 MB große App auf dem Smartphone oder Tablet, sondern lediglich eine kleine Anzeige-App. Die ermöglicht und realisiert das Streaming der zusätzlichen virtuellen Objekte auf Anforderung. Das Prinzip hinter der Innovation ist relativ einfach: Erfasst die Kamera bestimmte Umgebungen oder Objekte und dabei auch einen Marker, also ein bestimmtes Objekt, das gewissermaßen als Auslöser definiert ist, dann wird der zusätzliche Inhalt gestreamt und als erweiterndes Element ins Bild auf dem mobilen Gerät eingefügt. Es bleibt auch an seinem Platz, wenn der Marker selbst aus dem Bild gerät. Das Streaming kann vom Nutzer, der beispielsweise eine Ausstellung besucht und die Angebote der Augmented Reality nutzen möchte, eingestellt werden. Mit dem shoutr.AR-Streaming können Werbematerialien durch 3D-Modelle aufgewertet werden. Möglich wird eine anschauliche Visualisierung geplanter Bauvorhaben direkt an der Baustelle. In Museen können Prozesse anhand animierter und interaktiver Modelle veranschaulicht oder den Besuchern zusätzliche Informationen am Exponat gegeben werden.

Die Einsatzmöglichkeiten für die Innovation der shoutr labs UG sind ausgesprochen vielfältig, die Marktpotenziale groß. Allein deutsche Unternehmen wollen laut dem Verband BITKOM bis 2020 rund 850 Millionen Euro für innovative Anwendungen aus dem Bereich der Virtual Reality (VR) und Mixed Realtity (MR) aufwenden und die geplanten Investitionen für unternehmensspezifische VRund MR-Lösungen liegen gar im Milliardenbereich.

Prozessoren mussten ausgetauscht werden und auch vorhandene Kameraköpfe und Video-Endoskope waren nicht oder bestenfalls mit Einschränkungen weiterverwendbar. Anwender und Medizintechniker sahen sich mit fehlender Kompatibilität, unterschiedlichen Bedienkonzepten und erhöhten Serviceaufwänden konfrontiert.

Das innovative Konzept des Bildgebungssystems MATRIX Spectar überwindet die oben genannten Einschränkungen. Der adaptive, leistungsfähige Video-Prozessor konfiguriert sich automatisch über das jeweils angeschlossene Anwendungsteil und ermöglicht dem Arzt ein optimales Bild. Zukünftige Anwendungsteile bringen ihre Konfiguration mit, ohne dass diese im Einzelnen bei der Entwicklung des Prozessors bereits berücksichtigt werden mussten. Damit wird es möglich sein, neben den heute bereits verfügbaren 2D- und 3D-Komponenten in HDund 4K-Auflösung für neue medizinische Anwendungen Lösungen zu entwickeln, die über völlig neue Funktionalitäten verfügen und diese an dem vorhandenen System mit optimaler Qualität zu betreiben. Die integrierte Professional Image Enhancement Technology (PIET) ermöglicht insbesondere in kritischen Anwendungsfeldern eine deutliche Verbesserung der Bildqualität. Eingriffe, die aufgrund der hohen Anforderungen an die Detailauflösung und die räumliche Wahrnehmung bisher OP-Mikroskopen vorbehalten waren, macht die nahtlos integrierte 3D Funktionalität von MATRIX Spectar erstmalig der Endoskopie zugänglich.

Technische Lösungen wie die Adaptivität, die Selbstjustage von 3D-Endoskopen, integrierte Sicherheitsfeatures oder ein innovatives Adaptersystem für den Endoskopwechsel unter Sterilbedingungen stellen Weltneuheiten dar. Einzelne internationale Schutzrechte hierfür sind bereits erteilt, weitere befinden sich im Anmeldeverfahren. Die Entwicklung der Kameraplattform MATRIX Spectar erfolgte vollständig am Standort in Berlin. Teile der Entwicklung wurden in Projekten u.a. mit der Berliner Charité gefördert. Der überwiegende Teil der optischen, mechanischen und elektronischen Komponenten für die Produktion des Spectar-Systems wird von Zulieferern in Berlin und Brandenburg gefertigt.