Chemischer "Prozessor" findet kürzesten Weg zu Budapester Pizzeria

28. Oktober 2014, 09:19
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Forscher nutzen Gesetze der physikalischen Chemie für den schnellsten Weg durch ein Labyrinth

Ein internationales Wissenschafterteam unter Beteiligung von Forschern von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) hat eine Art chemischen "Prozessor" entwickelt, der zielsicher den kürzesten Weg durch ein Labyrinth findet. Nachdem sich diese Methode prinzipiell als schneller erweist als ein Navigationscomputer, könnte sie künftig etwa in der Verkehrsplanung und in der Logistik von Nutzen sein, glauben die Forscher.

Um den richtigen Weg zu finden, braucht man nicht immer GPS, Karte oder Kompass. Was heutigen Navigationscomputern eine enorme Rechenleistung abverlangt, lässt sich auch erreichen, indem man sich die Gesetze der physikalischen Chemie zu Nutze macht und so genanntes Chemical Computing betreibt.

Die Methode funktioniert folgendermaßen: Am Ausgang eines mit alkalischer Flüssigkeit gefüllten Labyrinths – also am Zielort – wird ein mit Säure versetztes Gel angebracht. Innerhalb kurzer Zeit verteilt sich die Säure im noch alkalischen Irrgarten, der Großteil davon bleibt allerdings zusammen mit dem Gel am Ausgang. Gibt man nun an das andere Ende des Labyrinths, am Eingang, eine mit Farbstoffen versehene Lauge, sucht sich diese automatisch den Weg zum Ausgang – den Ort mit dem höchsten Säuregehalt.

Kürzester Weg dank Marangoni-Effekt

Dieser Vorgang ist ein Beispiel für den Marangoni-Effekt, der eintritt, weil die im Labyrinth verteilte Säure mit der neu hinzugegebenen, gefärbten Lauge reagiert. Die Lauge wird vom Gemisch aus alkalischer Flüssigkeit und der Säure im Labyrinth abgestossen und zur Säurequelle am Ausgang geschoben. Dabei hinterlässt sie durch ihre Färbung eine deutliche Spur. Die gefärbte Lauge wählt dabei vornehmlich den kürzesten Weg. Alternative Wege werden aber auch beschritten – nur mit deutlich geringerer Wahrscheinlichkeit und damit schwächerer Farbspur.

"Der Vorteil dieses chemischen Rechners gegenüber seinem elektronischen Pendant ist, dass er alle möglichen Wegvarianten nahezu parallel findet, während ein Computer eine Möglichkeit nach der anderen sukzessive durchrechnet, was unter dem Strich länger dauert", erklärt die Empa-Forscherin Rita Tóth. Zwar bestehen bereits Methoden, solche Wege mittels Flüssigkeiten ausfindig zu machen. Das neue Verfahren sei allerdings das erste, das rein chemisch funktioniert und bei dem eine Farbspur den Weg direkt anzeigt.

Lauge findet Pizzeria in Budapest

Als nächsten Schritt will sich das Forschungsteam an größere und komplexere Labyrinthe wagen – das erste Versuchsobjekt war nur gut ein Quadratzentimeter groß. Einen Test "in der Realität" hat das Verfahren aber bereits bestanden: In einem etwas größeren Labyrinth nach dem Vorbild eines Budapester Quartiers hat die farbige Lauge ihr Ziel, eine Pizzeria, auf dem kürzesten Weg ausfindig gemacht. So könnte das System später auch einmal bei der Verkehrsplanung Verwendung finden. In Hirnforschung, Psychologie, Netzwerkforschung und Robotik sieht Projektleiterin Tóth weitere Anwendungsgebiete. (red, derStandard.at, 28.10.2014)

  • Ein Stadtplanausschnitt von Budapest: Die farbige Lauge  finden den schnellsten Weg vom Ausgangspunkt (A) zur Pizzeria (B).
    illu.: empa

    Ein Stadtplanausschnitt von Budapest: Die farbige Lauge finden den schnellsten Weg vom Ausgangspunkt (A) zur Pizzeria (B).

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