Hochfrequent um Hilfe rufen

28. Februar 2012, 20:13
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Ein Wiener Start-up will mit einem "Lawinenpiepserl für Taucher" den Unterwassersport sicherer machen - Neue Ultraschalltechnik soll Hilfskräfte schneller an den Ort des Geschehens bringen

Die "Schwarze Wand" bei Steinbach fällt 120 Meter senkrecht in die Tiefen des Attersees ab. Das oberösterreichische Tauchrevier ist ebenso berühmt wie berüchtigt. Ein besonderer Lichteinfall und ein Plateau auf halber Höhe der Wand locken die Taucher - und führen sie immer wieder ins Verderben. In den vergangenen 13 Jahren kamen dort mehr als 20 Menschen ums Leben. Bei einem Tauchunglück an dieser Stelle im vergangenen Oktober suchten Einsatzkräfte bis in den späten Abend nach zwei am Nachmittag verunglückten Tauchern, die schlussendlich nur mehr tot geborgen werden konnten. Das 50 Meter tief gelegene Plateau reizt viele Taucher, sich zu übernehmen und zu tief zu gehen.

Kommt es in dieser Tiefe zu Schwierigkeiten, die der Tauchende selbst oder sein Partner, sein "Buddy", nicht mehr lösen können, müssen sie es zuerst zurück an die Wasseroberfläche schaffen, bevor Hilfe gerufen werden kann. Probleme, die ein planmäßiges Auftauchen verhindern, führen leicht zur Katastrophe.

Der Wiener Ultraschallforscher Georg Kaniak arbeitet mit seinem im Herbst 2011 gegründeten Unternehmen BlueLocar an einer Lösung für dieses Problem. Mithilfe seines Konzepts für Ortungs- und Navigationsgeräte sollen in Not geratene Taucher bereits unter Wasser einen Hilferuf absetzen können.

Das abgegebene Signal soll von einer Basisstation, etwa in einem Boot, aufgefangen werden, und die genaue Entfernung, Tiefe und Richtung des verunglückten Tauchers liefern. Die Rettungskette kann auf diese Art beschleunigt werden, erklärt Kaniak.

Man müsse nicht mehr darauf warten, bis sich der Buddy nach dem Auftauchen an der Oberfläche mit Winken und Rufen bemerkbar gemacht hat. Das System solle wie ein "Lawinenpiepserl für Taucher" funktionieren. Gegebenenfalls kann der Alarm auch automatisch über Satellit zu einer internationalen Notrufzentrale weitergeleitet werden.

Bisher existiert noch keine Lösung, um während eines Tauchgangs ein Notsignal absetzen zu können, das automatisch aktiviert wird, wenn eine Abweichung von einem sicheren Tauchprofil vorliegt. Als kostengünstige Lösung soll es einem Markt von sieben Millionen Tauchern weltweit zugänglich gemacht werden. Das Projekt wurde im Rahmen des Förderwettbewerbs "From Science to Products 2011" der Wiener Technologieagentur ZIT mit dem ersten Preis ausgezeichnet.

Kaniak, mittlerweile auch selbst aktiver Taucher, forschte vor seinem Unternehmensprojekt im Rahmen seiner Dissertation an der TU Wien an der Ultraschallortung in der Luft, die Umgebungsinformationen in der Robotik liefern soll. Die Anwendung seiner Forschung auf das Medium Wasser soll bis Mitte 2013 einen Prototyp hervorbringen. 2014 sollen die Sonarempfänger für Taucher auf dem Markt sein.

Die Signalweitergabe im Medium Wasser stellt Techniker vor besondere Herausforderungen. Da die Kommunikation durch elektromagnetische Wellen in Wasser nicht besonders gut funktioniert und sehr beschränkte Reichweiten hat, werden Signale in Form von Schallimpulsen genutzt. Sonar- und Echolotsysteme auf Schiffen und U-Booten nutzen den Umstand, dass sich Schall unter Wasser gut ausbreiten kann, zur Ortung und zur Vermessung.

Piezoelektrik

Auch Kaniaks Alarmsystem soll mit Signalen im Ultraschallbereich zwischen 20 und 80 Kilohertz operieren. Die Sender, die die Taucher mitführen werden, sollen aus piezoelektrischen Bauteilen bestehen. Spezielle Keramikscheiben werden dabei unter Spannung gesetzt, worauf sie sich zusammenziehen oder ausdehnen. Dieser Umstand wird genutzt, um ein Signal im Ultraschallbereich zu produzieren. Eine besondere Schwierigkeit besteht in der Ortung der Richtung, aus der das Signal unter Wasser kommt. Jeder Taucher kennt das Phänomen, dass er Geräusche unter Wasser zwar hören, sie aber nur schwer verorten kann. Der Schlüssel zur Lösung des Problems liegt in der sogenannten Laufzeitdifferenz, zu der Kaniak auch selbst geforscht hat.

Der Trick dabei ist, mehrere Empfänger in einer bestimmten geometrischen Anordnung zu reihen, erklärt der Wissenschafter. Das Signal trifft dann zu unterschiedlichen Zeitpunkten bei den Empfängern ein. Aus der Differenz zwischen den Empfangszeitpunkten kann aufgrund der Positionierung der Empfänger die Richtung, aus der das Signal kommt, errechnet werden.

Richtungsabhängiges Signal

Die zweite große Problematik, mit dem die Entwicklung des Systems konfrontiert ist, liegt in der sogenannten Richtcharakteristik eines Ultraschallsenders. Das Signal ist je nach Abstrahlrichtung ein anderes. Was in der Medizintechnik, in der man sich Abstrahlung in einen engen Winkelbereich wünscht, ein Vorteil ist, wird bei der Anwendung zur Ortung von Tauchern zur Herausforderung.

Die Lösung des Problems stellt neben der Laufzeitdifferenz das zweite wissenschaftliche Standbein der Entwicklung dar. Kaniak fand eine Möglichkeit, das Signal nicht nur in der zentralen Hauptkeule, also im Winkel mit der größten Sendeleistung, sondern darüber hinaus auch in den Nebenkeulen des Senders unter Ausnutzung der auftretenden Phasenverschiebungen auszuwerten. Bisherige Verfahren waren weniger genau, weil sie nur von Schwellwerten für die Signale ausgingen. Bei Kaniaks Verfahren werden die Phasenverschiebungen innerhalb des Signals mathematisch ausgewertet, um es zu einer akkuraten Zeitbestimmung zu nutzen. "Das wurde in dieser Form noch nicht gedacht", so der Forscher. (DER STANDARD, Printausgabe, 29.02.2012)

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    Sicherer unter Wasser unterwegs sein: Eine Wiener Entwicklung soll mittels erschwinglicher Ultraschalltechnik für schnellere Hilfe für in Not geratene Tauchsportler sorgen.

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