Tidligere levede den en stille tilværelse i fysikernes laboratorier. Nu er kvantemekanikken genstand fra stor opmærksomhed. Kvanterne kan nemlig udnyttes kommercielt.
”Vi ønsker at bevare den stærke danske forskning inden for kvanteteknologi.”
Ingeniøren har en vigtig rolle i kvanteteknologi
Lige siden Niels Bohr sammen med en række store fysikere for snart 100 år siden formulerede teorien om, at naturens mindste bestanddele, f.eks. elektroner, kan befinde sig i to tilstande på én gang, har kvantefysikken været omgærdet af lige dele fascination og mystik.
I laboratorierne på DTU er det knap så mystisk. Her arbejder ingeniørerne på at udnytte kvantefysikken til praktiske anvendelser. Mange siger ’kvantecomputer’ i samme sætning som kvanteteknologi, men i virkeligheden er kvanteteknologi så meget mere: Det er også sensorer, materialesimulering og datakryptering, som er nogle af de teknologier, DTU forsker i og udvikler.
Ingeniøren er på hjemmebane i den udvikling, vi ser inden for kvanteteknologi for øjeblikket. For samtidig med at vi forsker og opnår nye erkendelser inden for området, arbejder ingeniører også på at bygge bro mellem den vanskelige teori og den praktiske anvendelse.
Ingeniøren er skolet i at gå fra teori til eksperimenter – fra udvikling af prototyper til et egentligt kommercielt produkt. Vi arbejder uophørligt på at integrere ny teknologi, så den kan fungere med den eksisterende.
På DTU har vi alle elementerne til at bidrage til udviklingen af kvanteteknologien: Vi har de unikke laboratoriefaciliteter, uddannelserne, grundforskningen, den anvendte forskning, erhvervssamarbejdet og kommercialiseringen. Vi har også tværfagligheden, hvor ingeniører med høj specialisering inden for bl.a. lys, lasere, elektroteknologi, computer science og fysik vil samarbejde gennem vores interne netværk ’Quantum DTU’.
DTU-ingeniøren vil spille en central rolle i udviklingen af den nye kvanteteknologi og vil bidrage til, at den bliver til glæde for mennesker og samfund. 15
Anders Bjarklev
Rektor
04
INDUSTRI 4.0
DTU inviterer til teknologitopmøde
High Tech Summit løber af stablen på DTU i Lyngby d. 20. og 21. september. Der er gratis adgang for gæster.
11
NYT OM FORSKNINGSBASERET RÅDGIVNING
KVANTETEKNOLOGI
Kvantesamfundets fortrop
Med et nyt grundforskningscenter og et tværgående center, Quantum DTU, er DTU klar til forskning og uddannelse inden for kvanteteknologi.
17
KVANTETEKNOLOGI
Kvantecomputere kræver ny kryptering
Kvantecomputeren er ikke lige om hjørnet. Men data bør alligevel krypteres, som om den var, siger fysikere. 10
FORSKNINGSGRAFIK
KVANTETEKNOLOGI
INDUSTRI 4.0 Maskiner kompenserer selv for slitage Forskningssamarbejde gør Siemens klar til digitaliseringen. 08
Nu skal den udfordrende kvantemekanik udnyttes kommercielt i form af nye teknologier til gavn for samfundet.
LYDFORSKNING Nyt værktøj forbedrer både akustik og arbejdsmiljø
Avancerede studier i DTU’s lydlaboratorium danner baggrund for, at man kan beregne akustikken i mindre rum.
28
SUNDHEDSTEKNOLOGI Alarm giver epileptikere tryghed
Omfattende forskning og modellering af kroppens bevægelser ligger bag en ny epilepsialarm. 30
KIG INDEN FOR PÅ DTU Kom med ind i den nye, nationale vindtunnel.
UDGIVER Danmarks Tekniske Universitet
Anker Engelunds Vej 1
2800 Kgs. Lyngby tlf. 45 25 25 25, dtu.dk
ANSV. CHEFREDAKTØR Tine Kjær Hassager
REDAKTØR Louise Simonsen, tlf. 45 25 78 41, lois@adm.dtu.dk
ABONNEMENT dynamo@dtu.dk
Magasinet udkommer fire gange om året
DESIGN & PRODUKTION Datagraf Communications ISSN 1604-7877
FORSIDEILLUSTRATION All Over Press
22
NYT OM FORSKNING
26
38
INTERVIEW
’Vi skal satse massivt på efteruddannelse’
Livslang læring er løsningen på nogle af digitaliseringens udfordringer, siger DTUdekan.
44
BAGSIDEN Vi zoomer ind på ... tjah, hvad er det?
41
ANTIBIOTIKARESISTENS
Forskere jagter fremtidens antibiotika i Christianias muld
De leder efter jordbakterier, som kan trænes til at producere antibiotiske stoffer.
Kvantesensorer kan bane vejen for bedre behandling. 20
LYDFORSKNING Hør lyden i den nye bygning – inden den er bygget
KVANTETEKNOLOGI Diamanter sporer kræft
Arkitekter kan nu foretage akustikberegninger samtidig med de første skitser.
MILJØTEKNOLOGI Vandværkerne vil gøre vandet blødt – men det er ikke helt simpelt
Efter omfattende undersøgelser er Hofor nu klar til at afkalke vandet på Brøndbyvester Vandværk.
High Tech Summit på DTU
20.-21. september 2017 inviterer DTU til High Tech Summit på universitetets campus i Lyngby. Begivenheden blander traditionel industrimesse, hvor 60 højteknologiske virksomheder præsenterer deres løsninger inden for digitalisering, med workshops, debatter og events. Undervejs vil DTU’s forskere og studerende samt en række startup-virksomheder demonstrere ny teknologi og udfordre den etablerede industris løsninger og verdensbillede.
hightechsummit.dk
DTU inviterer til teknologitopmøde
Universitetets nyskabelse High Tech Summit kombinerer industrimesse med demonstration af teknologi, matchmaking og debat om den digitale omstilling. Forventningerne er høje hos de mange virksomheder, som deltager.
Så sent som i sidste uge bad en kunde mig om en løsning, der var ’Industri 4.0-parat’. Som marketingchef for industriel automation hos Schneider Electric, der er en af Europas største leverandører på området, befinder Søren Duvier sig i orkanens øje, når det gælder den digitale revolution.
”Mange nye biler har indbyggede sensorer, så bilen kan fortælle dig, hvornår det er tid til at bestille det næste serviceeftersyn. Vi har bare ikke været så hurtige til at indføre den type løsninger i industrien. De fleste virksomheder gennemfører stadig vedligehold efter fastsatte intervaller, i stedet for at det er komponenterne, der selv melder om deres tilstand,” siger Søren Duvier.
I Danmark har Schneider Electric ca. 1.000 medarbejdere, og virksomheden omsatte for omkring 2 mia. kr. i 2016.
Virksomheden er en af de 60, som deltager med stande på DTU’s High Tech Summit 20.-21. september 2017.
”Vi vil gerne positionere os på markedet, især inden for Internet of Things. Desuden er det godt for os at læne os op ad det navn, som DTU har på området,” siger Søren Duvier.
På spørgsmålet om, hvordan DTU’s forskere kan gøre en forskel for industrien, lyder svaret:
”Der er behov for nogen, som kan konkretisere, hvad virksomhederne kan bruge digitaliseringen til. Samtidig mener jeg, at DTU kan være med til at sprede det budskab, at man i den enkelte virksomhed og i dansk industri som helhed er nødt til at spørge sig selv, hvordan man vil forholde sig til Industri 4.0. Der er jo rigtig mange produkter og løsninger på markedet. Hvis man ikke går struktureret til værks, kan det hurtigt blive uoverskueligt.”
Morten Andersen
Shutterstock, Danfoss, Terma, Schneider Electric
DANFOSS:
Omstilling, ikke revolution
Danfoss er en af verdens førende leverandører af styresystemer til elektriske motorer og leverer desuden komponenter til bl.a. køleanlæg, termostater, varmepumper og fjernvarmeanlæg. Virksomheden er kendt som digital frontløber.
”Industri 4.0 refererer jo til en fjerde industriel revolution, men personligt ser jeg snarere digitaliseringen som en omstilling,” siger André Borouchaki, chief technology officer hos Danfoss.
”Det, som virkelig har ændret sig i de seneste år, er adgangen til computerkraft. Moderne computeres lave pris og høje ydeevne betyder, at løsninger, som tidligere var forbeholdt specialformål, nu kan komme langt bredere i anvendelse. Så faktisk er udvikling af nye forretningsmodeller nok det område inden for Industri 4.0, hvor der især er behov for at gøre fremskridt.”
”Som en virksomhed med hovedsæde i Danmark skal vi naturligvis søge at få gavn af DTU’s økosystem.”
ANDRÉ BOROUCHAKI,DANFOSS
I foråret oprettede Danfoss en såkaldt software development hub placeret i DTU’s forskerpark Scion DTU. I hubben arbejder 15 softwareudviklere med bl.a. Internet of Things, forbundne produkter og cloudbaserede løsninger. Hovedparten af projekterne foregår i samarbejde med divisionerne Danfoss Cooling og Danfoss Heating.
TERMA:
Alliancer med startups er vigtige
Med hovedkvarter i Aarhus leverer Termas ca. 1.400 medarbejdere løsninger til flyindustrien, rumfart, forsvar samt sikkerhedsbranchen. Produkterne omfatter dels elektronik, dels flystrukturer, overvejende i kompositmaterialer til bl.a. F-35-kampflyet. Desuden er software en betydelig del af virksomhedens løsninger.
”Vi kan ikke påstå at være allerlængst fremme, når det gælder Internet of
Things. Traditionelt har det været en barriere i vores branche, at aktørerne er tilbageholdende med at dele deres data. Men det skal nok komme, og vi vil naturligvis gerne være forberedte,” siger Preben Schmidt Nielsen, director for research & development management hos Terma.
Terma vil benytte deltagelsen i High Tech Summit 2017 til at holde øje med nystartede virksomheder.
”Vi er i forvejen aktive via Innosix (også en partner i High Tech Summit,
”Traditionelt har det været en barriere i vores branche, at aktørerne er tilbageholdende med at dele deres data.”
SCHMIDT NIELSEN, TERMA
”Den nye enhed løfter vores indsats for digitalisering og øget ’connectivity’ for vores produkter. Samtidig betyder den fysiske placering i forskerparken, at vi får bedre adgang til DTU’s økosystem på området. Her tænker jeg ikke kun på digitalisering, men også på beslægtede områder som kunstig intelligens, dataanalyse og forebyggende vedligehold. Vi regner med at kunne tiltrække kompetente medarbejdere i endnu højere grad. I nogle tilfælde kan der også blive tale om, at vi direkte vil investere i nyudviklet teknologi,” fortæller André Borouchaki.
Også deltagelsen i High Tech Summit 2017 bliver en brik i bestræbelserne på at accelerere tempoet i den digitale omstilling, tilføjer han: ”Jeg vil selv deltage, og jeg glæder mig. Som en virksomhed med hovedsæde i Danmark skal vi naturligvis søge at få gavn af DTU’s økosystem.”
red.). Vi ser klart et behov for deres platform, hvor veletablerede virksomheder som os og spændende startup-virksomheder kan møde hinanden. På en af sessionerne vil vi da også præsentere en case, hvor vi samarbejder med en startup-virksomhed.”
Casen er et samarbejde mellem Terma og den nordjyske startup Percepto, som leverer løsninger inden for ’computer vision’ og ’machine learning’. Forskere fra DTU Space og DTU Compute medvirker i samarbejdet.
Terma stiller talstærkt op.
”Hele ledergruppen i udviklingsafdelingen er med. Vi forventer, at det bliver en god mulighed for at se, hvilke trends der vil vinde frem, og for at få talt med ligesindede.”
SCHNEIDER ELECTRIC:
”Vi er jo et land med relativt høje produktionsomkostninger. Det kan vi kun retfærdiggøre ved at være teknologisk i front.”
SØREN DUVIER, SCHNEIDER ELECTRIC
Pokémon for industrien
Hos Schneider Electric ser marketingchef Søren Duvier især frem til sessionerne om ’augmented reality’.
”Jeg plejer at kalde det Pokémon for industrien!”
Ligesom når entusiastiske spillere går rundt på gaden for at fange Pokémon-figurer, som er skjulte for andre, kan augmented reality afdække nøgleforhold i et industrianlæg.
”Brugeren holder sin smartphone eller tablet op og kan straks aflæse volumen i en tank, oliestanden i et gear eller andre kritiske parametre direkte på sin skærm,” forklarer Søren Duvier, som har noteret sig betydelig interesse for netop augmented reality i dansk industri.
”De nordeuropæiske lande er generelt hurtige til at acceptere nye digitale løsninger. Jeg vil også vove den påstand, at Danmark ikke har noget valg. Vi er jo et land med relativt høje produktionsomkostninger. Det kan vi kun retfærdiggøre ved at være teknologisk i front.”
Der er endnu tid at løbe på, men sandet løber stille og roligt ned i timeglasset, siger Søren Duvier: ”Danmark er ikke bagefter med digitalisering, men vi er heller ikke langt foran.”
Mark Bernhard Riis, projektleder, DTU Compute, mberi@dtu.dk
Udviklingen af metoder til at forudsige f.eks. slitage er foregået i tæt samarbejde med Siemens, hvis testopstilling her indgår i et laboratorie-eksperiment på DTU.
Maskiner kompenserer selv for slitage
Sammen med Siemens har DTUforskere udviklet nye metoder, så værktøjsmaskiner til industriproduktion automatisk kan kompensere for slid. Det næste skridt bliver, at maskinerne selv kan bestille tid til reparation.
Computerstyrede værktøjsmaskiner til produktion i industrien har længe anvendt software, der består af meget enkle algoritmer. Det har gjort maskinerne i stand til at arbejde med en høj grad af præcision, så de eksempelvis kan skære titusindvis af metalkomponenter ud med fuldstændig identiske mål og dimensioner.
Men i Industri 4.0, som den nuværende store udvikling i industriel automation og digitalisering betegnes, er en høj grad af præcision ikke længere nok. I dag er det mindst lige så væsentligt, at en industrimaskine er driftssikker, hvilket indebærer, at den skal kunne forudse nedslidning af de enkelte dele af maskinen og kunne forhindre ikkeplanlagte stop af produktionen.
“I de seneste par år har vores forskning ført til nye metoder på dette
Anne Kirsten Frederiksen
Dimitrios Papageorgiou
Maskinen i normal drift
område. Vi kan nu udarbejde algoritmer, der gør maskinen i stand til selv at kompensere for friktion og ’slup’ (slør, slaphed, red.) mellem tandhjulene, der opstår med tiden”, siger Dimitrios Papageorgiou, ph.d.-studerende på DTU Elektro.
“Vores forskning gør det muligt for maskinens computerstyring at opfange ændringer i maskinens tilstand og tilpasse dens bevægelser til de ændrede forhold. Det betyder f.eks., at en maskine ikke behøver forårsage et totalt stop af produktionen, selvom nogle af dens dele ikke fungerer optimalt. Den kan i stedet fortsætte
Maskinens drift under slitage Ideal
State-of-the-art
State-of-the-art
Nonlinearcontrol
Nonlinear control
Precision Bounds
PrecisionBounds
metoden og teorien, så maskinen også selv kan gøre opmærksom på, hvornår den ikke længere kan kompensere, og der er brug for en reparatør til at udbedre slidte dele,” siger Dimitrios Papageorgiou.
Driftssikkerhed er stadig vigtigere
De nye forskningsresultater vil få stor indflydelse på udviklingen af Industri
4.0-automatisering.
”Maskinernes driftssikkerhed øges, og det samme vil ske med hele automatiseringen af industriproduktionen. Driftssikkerhed er afgørende, og når
Skematisk model af hvordan en industrimaskine, der er udstyret med en ny algoritme, kan kompensere for friktion. Til venstre kører maskinen i normaltilstand, til højre kører den, men kompenserer selv for slitagen.
”Perspektiverne er enorme, når vi taler om industrimaskiner, der kan gøre opmærksom på, hvornår der er behov for at tilkalde en tekniker.”
MOGENS BLANKE, PROFESSOR, DTU ELEKTRO
med at skære metalkomponenter ud lige så præcist som hidtil ved at kompensere for defekten. Det sker f.eks. ved hurtigt at komme igennem et område med ’slup’. Det svarer til, at en bil med ratslør selv udligner dette ved at skynde sig forbi sløret – uden at føreren af bilen bemærker noget. Vores vision er at videreudvikle
uventede produktionsstop kan forhindres, vil også mindre virksomheder i større udstrækning automatisere deres produktion. Perspektiverne er enorme, når vi taler om industrimaskiner, der kan gøre opmærksom på, hvornår der er behov for at tilkalde en tekniker. I første omgang sikrer vores nyudviklede algoritmer dog, at maskinens præcision
kan bibeholdes både under normale vilkår, og når der optræder slitage i dele af maskinen,” siger professor Mogens Blanke, DTU Elektro.
Forskningen er sket i samarbejde med Siemens, der producerer computerstyring til industrimaskiner.
“DTU er globalt førende inden for innovation på hele automationsområdet. Vi er meget tilfredse med de første resultater af Dimitrios Papageorgious forskning og har store forventninger til de endelige resultater. Forskningen giver os et overblik over mulighederne for at kunne adressere de tekniske udfordringer ved fejltolerante operationer, ligesom den er et værdifuldt input i forhold til næste generation af indlejret software til bevægelseskontrol,” siger dr. Jan Richter, Siemens.
Mogens Blanke, professor, DTU Elektro, mb@elektro.dtu.dk
TELEFONEN VISER SØVNMØNSTRE
I projektet Sensible DTU fik 800 studerende en gratis smartphone mod at forskere måtte overvåge alle deres aktiviteter anonymt. Med datasæt fra dette projekt suppleret med data fra Sony Mobile, der har koblet smartphone-data med tracking-data fra fitnessarmbånd, har DTU-forskere vist, at man kan aflæse personers søvnmønstre meget nøjagtigt, men samtidig simpelt, ikke-invasivt og helt automatisk, nemlig ved at registrere om mobilskærmen er tændt eller slukket. Det kan bane vejen for f.eks. storskala-studier af søvnvaner. Visualiseringerne viser to personers søvnmønster vist over en måned (x-aksen) og efter klokkeslet (y-aksen). De røde felter angiver, at telefonens skærm er tændt. Det blå område fortolker modellen som personens søvn. Personen til venstre har en forholdsvis regelmæssig døgnrytme. Vedkommende vågner omkring 5:30 bortset fra få dage, formodentlig ferie eller weekender. De lyseblå sektioner viser, at modellen er usikker på, om personen sover, da de ikke følger de sædvanlige mønstre. Personen til højre bruger sin telefon mere ustabilt, og modellen anslår derfor, at også søvnrytmen er ustabil og at vedkommende checker sin telefonen om natten. Denne person bruger i øvrigt også sin telefon meget mere end personen til venstre.
Den videnskabelige artikel bag undersøgelsen SensibleSleep kan læses på kortlink. dk/r2a6
Tore
Vind Jensen
Andrea Cutonne, Per Bækgaard
Miljøvenligt lys i fyret
I 1800tallet byggede man fyrtårne med en kæmpe linse, der lå i et bad af kviksølv og drejede rundt om pæren. Men sådan et åbent kviksølvbad passer ikke til vore dages miljøkrav, så flere steder har man på de gamle fyr erstattet det roterende lys med en kæde af blinkende LEDlys, hvilket dog langtfra har den samme æstetiske effekt.
Ingeniørdocent Peder Klit, DTU Mekanik, blev for nogle år siden bedt om at udtænke en løsning, der kunne bringe Nakkehoved Fyr ved Gilleleje tilbage til tidligere tiders fejende lys. De store glaslinser er tre meter høje og vejer flere ton, og i slutningen af 1800tallet havde man ikke lejer, der kunne bære så stor en last og samtidig rotere. Et moderne rulleleje kan trods sin lille størrelse bære mere end det store kviksølvleje, så det
TRÆNGSEL KOSTER MILLIARDER
Adjunkt Mikkel Thorhauge, Transport DTU har fået støtte fra Det Frie Forskningsråd til at finde løsninger på et af de mest påtrængende problemer i alverdens storbyer, nemlig trængslen. Han skal undersøge, hvilke faktorer der påvirker pendleres valg af rejsetidspunkt, og hvordan kan man motivere dem til i stedet at rejse før eller efter myldretiden. På verdensplan spildes der enorme mængder af tid og brændstof, fordi alle tager
DTU-forskere bag
EU’s nye nanotest
ud på vejene inden for samme tidsrum; alene i hovedstadsområdet regner man med, at det løber op i 6 milliarder kr. om året. Forskningsbevillingen går blandt andet til 11 måneders ophold på Institute for Choice på University of South Australia, som er førende inden for forskning i baggrunden for menneskers valg.
Kortlink.dk/qtyg
EU’s regulering af kemiske stoffer, REACH, blev i juni opdateret med et nyt sæt retningslinjer for, hvordan man bedst gennemfører test af nanomaterialer for miljøeffekter. De nye vejledninger er i høj grad baseret på arbejde udført på DTU Miljø. Forskere fra DTU Miljø er forfattere eller medforfattere på 9 af de 35 videnskabelige artikler, og de er den mest citerede forskergruppe i retningslinjerne fra Det Europæiske Kemikalieagentur.
blev løsningen, og Peder Klit og laboratorieingeniør Niels Steenfeldt Jensen har nu installeret rullelejet i foreløbig 14 fyr i Danmark, Norge og Sverige.
Ikke to fyr er ens, selvom de faktisk alle er bygget af samme parisiske firma mellem 1854 og 1906. Så DTUforskerne må rejse ud og tilpasse deres løsning til hvert enkelt fyr. Og det kommer de måske til at fortsætte med et godt stykke tid endnu, hvis myndigheder i resten af Europa også får øje på, hvad de har gjort for skandinaviske fyr.
Opgaven har i øvrigt udelukkende et kulturhistorisk sigte, for lysene har ingen praktisk betydning for skibene længere, i og med at al navigation nu foregår via satellit.
Kortlink.dk/qtym
Vilde planter risikovurderes
I disse år vokser interessen for at bruge vilde planter i madlavningen; også i restaurantkøkkenerne, som ifølge loven har ansvar for, at de ikke serverer noget, der er sundhedsskadeligt. For at give dem en hjælpende hånd risikovurderer DTU Fødevareinstituttet på vegne af Fødevarestyrelsen ca. 50 planter – vilde som f.eks. døvnælde, vild gulerod og skovmærke, samt enkelte dyrkede som blom-
ster fra syren og morgenfrue. ”Vi leder efter oplysninger om indholdsstoffer og beskrivelser af forgiftningstilfælde i videnskabelige artikler; men også håndbøger om giftige plantearter kan rumme nyttig viden, som ikke nødvendigvis findes ved litteratursøgning,” siger projektleder Kirsten Pilegaard, DTU Fødevareinstituttet. Projektet er finansieret af en bevilling fra Miljø- og Fødevareministeriet.
Internationalt samarbejde om kemikalievurdering
DTU er blevet hovedsæde for den internationale organisation USEtox, der udvikler et værktøj til vurdering af kemikaliers virkning på miljø og menneskers sundhed – og arbejder på at skabe konsensus i hele verden om at bruge værktøjet i livscyklusvurderinger af produkter og systemer. Med USEtoxmodellen kan virksomheder analysere, hvordan kemikalier i deres produkter i løbet af produktets levetid, eller når det bortskaffes,
kan påvirke miljø og sundhed. ”Det er ikke mindst den samlede effekt af mange kemikalier i miljøet, som bekymrer os. Foreløbig rummer modellen data for ca. 3000 kemikalier, men målet er at dække alle de op mod 20.000 kemikalier, som bruges i dag,” siger USEtox’s administrerende direktør Peter Fantke fra DTU Management Engineering.
Kortlink.dk/qtye
Marianne Vang Ryde DTU Mekanik
Kort om kvantemekanik
Kvantemekanik – eller kvantefysik – er en gren af fysikken, der beskæftiger sig med stoffers og det elektromagnetiske felts egenskaber på partikelniveau.
Tre kvantemekaniske grundprincipper:
1. Et objekt kan i den mikroskopiske verden være i en ’superpositions’ tilstand, hvilket vil sige, at det kan antage to værdier på samme tid. F.eks. kan objektet være to steder i rummet på samme tid. Det distancerer os fuldstændig fra den klassiske fysik, som siger, at et objekt kun kan have én værdi.
2. Hvis man laver en måling på et objekt, f.eks. et atom – som altså kan befinde sig to steder samtidig – vil atomet i måleøjeblikket kollapse og derefter kun antage én værdi. Dvs. hvis atomet befandt sig i en superposition af at være to steder samtidig, vil det efter måling kun være ét sted.
3. To partikler kan være forbundet med hinanden, uanset hvor langt de er fra hinanden i universet, og hvis man ændrer den ene partikel, vil den anden kunne ’mærke’ ændringen. Man siger, at de er kvantemekanisk korreleret. Dette kaldes for ’entanglement’.
KILDE:
15 Kvantesamfundets fortrop
17 Kvantecomputere kræver ny kryptering
20 Diamanter sporer kræft
NEDTÆLLING:
DET GLOBALE KVANTEKAPLØB ER I GANG
Der investeres massivt i kvanteteknologi verden over. Danmark er blandt de nationer, der har meldt sig ind i det globale race, hvor vinderne bliver dem, der både mestrer den forunderlige kvantemekanik og samtidig formår at lave forretning ud af den.
Højdepunkter ved kvantemekanikkens fødsel
1897: J.J. Thomson opdager elektronen
1900: Den tyske fysiker
Max Planck foreslår, at lyset består af små ’pakker’ elektromagnetisk energi (kaldet kvanter).
1905:
Albert Einstein bruger Plancks kvanter til at foreslå, at lys kan opfattes som partikler (senere kaldet fotoner) og til at forklare den fotoelektriske effekt –dvs. det fænomen, at der udsendes elektroner fra en overflade (typisk af metal), når den udsættes for lys.
og dermed udnytte kvantemekanikkens grundprincipper i nye teknologier. Men denne gang skal EU være bedre til at lave forretning på basis af den kvantemekanik, som i virkeligheden blev udtænkt i Europa for omkring 100 år siden af verdensberømte fysikere som Max Planck, Niels Bohr, Albert Einstein, Werner Karl Heisenberg, Erwin Schrödinger og mange flere. I denne anden kvanterevolution skal EU høste de jobs og den vækst, som er på spil.
Skal udnyttes kommercielt ”Den anden kvanterevolution vil skabe nye kommercielle muligheder, der imødegår globale udfordringer, giver os strategiske muligheder for at implementere sikkerhedssystemer og lægger grunden til fremtidige anvendelsesmuligheder, som vi slet ikke kan forestille os endnu. Europa har før forpasset chancen for at kapitalisere på større teknologiske fremskridt. Det kan meget vel ske igen, hvis ikke vi skrider til handling nu,” skriver EU’s flagshipstyregruppe i rapporten ’Quantum Technologies Flagship Intermediate Report’.
Den anskuelse deler Cathal Mahon, der er konstitueret direktør i det danske center Qubiz – Quantum Innovation Center, som blev etableret i 2016 på baggrund af en investering på 80 mio. kr. fra Innovationsfonden. Formålet med Qubiz er at bygge bro mellem forskning og kommercialisering. DTU er partner i centret sammen med Københavns Universitet og
Qubiz
Qubiz – Quantum Innovation Center er et nationalt center med hovedkvarter i København. Centret blev oprettet i 2016 som følge af en investering på 80 mio. kr. fra Innovationsfonden, der skulle finansiere centret de første to år. Centrets partnere omfatter DTU, Københavns Universitet og Aarhus Universitet samt godt 20 industripartnere.
Centret samler forskere og industri, der arbejder med kommercialisering af kvanteteknologi inden for bl.a. kommunikation, computing, materialevidenskab og detektering.
Centret har tre videnskabelige direktører, hvoraf den ene er professor Ulrik Lund Andersen fra DTU Fysik, der på DTU netop er ved at etablere et Center of Excellence inden for kvanteteknologi med en bevilling på op til 63 mio. kr. fra Danmarks Grundforskningsfond
qubiz.dk
Aarhus Universitet. Og professor Ulrik Lund Andersen, DTU Fysik, er en af centrets tre videnskabelige direktører. Han modtog i foråret 2017 mere end 60 mio. kr. til at etablere et grundforskningscenter for kvanteteknologi på DTU. (Se mere om grundforskningscentret på side 15 og se mere om Qubiz i faktaboksen til højre.)
”Det var i Europa, at kvantefysikken (det samme som kvantemekanikken, red.) startede, men det var primært USA, der høstede frugterne set fra et kommercielt perspektiv. USA var ganske enkelt bedre til at lave forretning ud af kvanteteknologi. Lige nu finder en ny udvikling sted inden for kvanteteknologi, som kommer til at påvirke vores samfund og vores økonomi. Det er ekstremt vigtigt, at Danmark er med helt fremme denne gang,” siger Cathal Mahon.
Store danske muligheder Ønsket om, at Danmark formår at lave forretning på forskningen inden for kvantemekanik, var netop motivationen hos Innovationsfonden, da den besluttede at investere i Qubiz, siger fondens direktør, Peter Høngaard Andersen:
”Vi lægger en masse offentlige midler i forskning, og hvis vi ikke sørger for at få den forskning længere op i værdikæden, så kommer den ikke nok til gavn i Danmark. Dvs. at vi sender værdierne direkte til udlandet.” Han uddyber:
”Med Qubiz ønsker vi dels at bevare den stærke danske forskning inden for kvanteteknologi, dels at etablere et stærkt samarbejde med en række industrier. Dette er lykkedes over al forventning,” siger Peter Høngaard Andersen.
Selvom Danmark er et lille land, som ikke har de samme ressourcer, som man har nogle steder i udlandet, har vi alligevel en rolle at spille i det nuværende kvantekapløb, mener Cathal Mahon:
”Danmark er især stærk på teori og leverer vigtige grundvidenskabelige bidrag inden for kvantefysik. Dér står vi forholdsvis stærkt i forhold til mange andre lande. Dermed ikke sagt, at vi ikke også er gode på de andre områder. Nu skal vi blot demonstrere, at vi kan tage verdensklasseforskning og få den ud i en kommerciel sammenhæng,” siger Cathal Mahon.
KILDER: NEW YORK TIMES, 21. NOVEMBER 2016:
’MICROSOFT SPENDS BIG TO BUILD A COMPUTER STRAIGHT OUT OF SCIENCE FICTION’.
’QUANTUM TECHNOLOGIES FLAGSHIP INTERMEDIATE REPORT’ FRA EU KOMMISSIONENS HIGH LEVEL STEERING COMMITTEE. RAPPORTEN KAN DOWNLOADES PÅ KORTLINK.
DK/QZCT
THE ECONOMIST, 11. MARTS 2017: ’HERE, THERE AND EVERYWHERE’.
1911: Den engelske fysiker Rutherford har opdaget atomkernen og beskriver atomet som en tung kerne med elektroner rundt om.
1925:
Den tyske fysiker
Werner Karl Heisenberg
skrotter Bohrs teori om elektronernes stationære baner. I stedet taler Heisenberg om, at atomet befinder sig i stationære energitilstande. Han opstiller endvidere matrixmekanikken, der beskriver kvantesystemer som partikler.
KVANTESAMFUNDETS FORTROP
1913:
Niels Bohr fremsætter en kvanteteori for atomets opbygning med udgangspunkt i brintatomet. Bohr har en teori om, at elektronerne har stationære baner rundt om kernen.
Et nyt grundforskningscenter på DTU skal sikre Danmark en førende international placering inden for kvanteteknologien. Samtidig opruster universitetet på det tværfaglige samarbejde med et nyt center, der skal have fokus på, hvordan kvantemekanikkens fascinerende teorier bliver til ny teknologi.
For hundrede år siden revolutionerede Niels Bohr og en række andre fysikere vores opfattelse af verden. De påviste, at der gælder andre naturlove på atomart plan, end der gælder inden for den klassiske fysik.
”Nu står vi over for den anden kvanterevolution, hvor kvantemekanikken bliver omsat til en række nye teknologier af stor praktisk betydning for vores samfund,” siger Ulrik Lund Andersen, professor ved DTU Fysik. Han står i spidsen for både DTU’s nye grundforskningscenter Makroskopisk kvanteteknologi og for det tværfaglige center Quantum DTU, som forener
Morten Andersen
Joachim Rode
1926: Erwin
Schrödinger udvikler en ny atomteori – teorien om bølgemekanikken, der beskriver kvantesystemer som bølger.
1926: Den østrigske fysiker Erwin
Schrödinger formulerer ’Schrödingerligningen’, som beskriver et atomart systems energitilstande.
1926:
Den tyske fysiker Max Born fremsætter sandsynlighedsfortolkningen af bølgemekanikken, som siger, at kvadratet på en partikels bølgefunktion på et givet sted angiver sandsynligheden for at finde partiklen netop der. Han er således med til at grundlægge det, der et par år senere med Niels Bohr i spidsen bliver kendt som københavnerfortolkningen af kvantemekanikken.
KVANTECOMPUTERE KRÆVER NY KRYPTERING
Data, som er fortrolige i dag, vil ikke længere være det, når kvantecomputerne kommer. Forskerne har imidlertid løsningen klar på forhånd: kvantekryptering.
BAndersen
Gehring, All Over Press
anker, efterretningstjenester, hospitaler og industrivirksomheder sender masser af følsomme data i krypteret form. Krypteringen er som regel sikker i dag, men om 10-15 år – når det forventes, at de første computere baseret på kvantemekaniske effekter står klar – vil situationen være en anden.
”Det vil sige, at dagens krypterede data principielt overføres på en usikker måde,” siger adjunkt Tobias Gehring, DTU Fysik med henvisning til, at nutidens kryptering ikke vil være ubrydelig i fremtiden.
Og modtrækket over for indtrængende kvantecomputere er såmænd –kvantekryptering.
”De nødvendige protokoller er udviklet. Der kan være et produkt på markedet inden for få år,” siger han.
Sikkert i dag er ikke sikkert i morgen
Grundpillen i dagens form for kryptering er såkaldt faktorisering. Ganger man to store primtal med hinanden, er det meget svært for den, der ønsker at bryde koden, at finde ud af, netop hvilke to primtal der ligger bag resultatet af dem. Det kan godt lade sig gøre med en kraftig computer, men det tager så lang tid, at det i praksis er umuligt. Kvantecomputerne vil imidlertid kunne gøre det hurtigt.
”Pointen er, at man ikke kan vente med at forholde sig til problemet, selvom det ligger mindst et årti ude i fremtiden. Vi gemmer jo masser af data i dag, som skal lagres i mange år frem. En tredjepart, der er interesseret i at få indblik i vores hemmeligheder, kan begå et elektronisk indbrud under overførslen i dag og tage en kopi af beskeden. Selvom data er krypteret
Morten
Tobias
på en måde, der er sikker i dag, kan vedkommende jo vente på, at kvantecomputeren bliver opfundet, og så se vores data til den tid,” forklarer Tobias Gehring.
Som eksempel nævner han Canadas lovgivning om følsomme folkeoptællingsdata. Loven siger, at disse data skal gemmes fortroligt i 92 år. Kan man stjæle en del af disse data i dag, vil man temmelig sikkert kunne læse dem længe før.
Et andet eksempel er statshemmeligheder. Kan en fremmed magt stjæle hemmelighederne i krypteret form i dag, vil den formentlig kunne læse dem, længe inden ophavslandet havde ønsket at frigive dem.
”Derfor er der god grund til at kvantekryptere sine data allerede i dag, så de ikke kan læses ved hjælp af en fremtidig kvantecomputer,” argumenterer Tobias Gehring.
Undgår behovet for betroet tredjepart En del af løsningen på problemet er at generere tilfældige tal. Dette princip benyttes allerede i forbindelse med kryptering i dag, når man vælger primtallene til faktorisering.
”Den klassiske måde at generere tilfældige tal på er faktisk ikke fuldstændig tilfældig. I princippet er det muligt at forudsige, hvilke tal der vil blive genereret. Med en kvantegenerator vil det blive muligt at generere tal, som vitterlig er tilfældige,” siger Tobias Gehring.
Ud over at udvikle disse kvantegeneratorer til tilfældige tal har forskergruppen på DTU Fysik noteret sig et betydeligt gennembrud inden for selve distributionen af de tilfældige tal, også kaldet ’hemmelige nøgler’.
Løsningen hedder i fagsproget ’measurement device independence’ og forskningsresultatet blev publiceret i det ansete tidsskrift Nature Photonics.
En kvantebaseret
krypteringsmetode
fungerer ved, at kommunikationen mellem
A og B, Alice og Bob, udelukkende foregår gennem en tredjepart, som ikke selv er i stand til at bryde krypteringen, da han/ hun kun er i besiddelse af en blanding af to krypteringsnøgler.
Measurement device independentkryptering er anderledes end det almindelige scenarie, hvor man forestiller sig kommunikation mellem to personer, som opsnappes af en tredje. I stedet vender man problemet på hovedet: De to personer kommunikerer nu kun gennem en tredjepart. Det gør de ved at forberede hver deres hemmelige nøgle, hvor tredjeparten så modtager en blanding af de to hemmelige nøgler. Denne blanding udgør imidlertid ikke en hemmelig nøgle i sig selv. Den er faktisk komplet ubrugelig, medmindre man kender en af de to rigtige hemmelige nøgler på forhånd. Det er tredjepartens opgave at offentliggøre blandingen til de to personer, der kommunikerer. Via den information, de kan trække ud af blandingen, kan de udregne deres modparts hemmelige nøgle. På denne måde omgår
EOM: electro-optical modulator
PBS: polarizing beamsplitter
PD: photodetector
DAQ: data acquisition
RNG: random number generator
man den usikkerhed, der knytter sig til tredjeparten. Systemet er sat op således, at man ikke behøver stole på ham eller hende. Selvom tredjeparten skulle vise sig at være en ondsindet aflytter, gør det ikke systemet mindre sikkert.
Ud af laboratoriet og ind på markedet
Det er en stor fordel ved de løsninger, som forskningsgruppen har udviklet, at de ikke kræver ny infrastruktur. Den krypterede information kan udveksles over det eksisterende fibernet.
Opgaven er nu at modne teknologien, så den kan komme fra laboratorierne ud i den virkelige verden.
”Muligvis vil vi gå efter at etablere en startup-virksomhed, men det er også en mulighed at samarbejde med eksisterende virksomheder.”
1926:
Bl.a. den engelske fysiker
Paul Dirac viser, at Heisenbergs og Schrödingers formuleringer af kvantemekanikken er ækvivalente (dvs. enten lige sande eller lige falske), og han opstiller den matematiske beskrivelse (formalisme), der bruges mest i dag. Med andre ord udgør Heisenbergs matrixmekanik og Schrödingers bølgemekanik tilsammen den gængse opfattelse af kvantemekanik.
1927-30:
Store uenigheder mellem fysikernes opfattelse af kvantemekanik udmønter sig i det, der er kendt som københavnerfortolkningen med henvisning til Niels Bohr, der med base i København foreslår, at et fysisk fænomen kan observeres på to forskellige måder afhængig af den anvendte forsøgsopstilling. F.eks. kan lys nogle gange optræde som bølger og andre gange som partikler. Einstein er uenig i denne opfattelse.
1928:
Paul Dirac udvikler en bølgeligning for elektroner, der beskriver deres spin. En konsekvens af ligningen bliver en forudsigelse af elektronens antipartikel, positronen, som først bliver opdaget eksperimentelt flere år senere.
1935: Erwin Schrödinger præsenterer sit tankeeksperiment ’Schrödingers kat’ for at illustrere kvantefysikkens erkendelsesmæssige problemer. Det er et tankeeksperiment, hvor en kat i en lukket kasse enten lever eller er død, afhængig af en kvantehændelse. Paradokset består i, at de to universer – et med en død og et med en levende kat – synes at eksistere parallelt, indtil kassen bliver åbnet og undersøgt.
binder nitrogenatom og hul sig til en samlet struktur, et ’nv-center’ (hvor ’nv’ står for nitrogen vacance). Effekten af centret er, at lys fra den grønne del af spektret bliver absorberet. I stedet udsender centeret rødt lys.
To slags spin på samme tid Centeret i diamanten har desuden et elektronspin (se forklaringen side 16). Spinnet – som enten kan være op eller ned – afgør, hvor meget rødt lys der bliver udsendt. Ud over at spinnet enten kan være op eller ned, er det også underlagt periodiske ændringer – på samme måde som Jorden ikke kun drejer rundt om sig selv, men også forskyder aksen for sin rotation. Hastigheden og størrelsen af disse periodiske ændringer er følsomme over for det omgivende magnetfelt. Med andre ord er det muligt at undersøge magnetfeltet ved at måle de periodiske ændringer i spinnet. Det gøres ved at lyse grønt på defektcentrene og detektere, hvor meget rødt lys der derefter bliver udsendt.
Metoden udnytter den såkaldte superposition, som er det kvantemekaniske fænomen, der består i, at en partikel kan befinde sig i to tilstande samtidig.
”Nærmere bestemt sørger vi for, at elektronens spin er op og ned på samme tid. De to typer af spin i centeret udvikler sig forskelligt i et magnetfelt. Ved at aflæse, hvordan såvel op- som ned-komponenten af spin har udviklet sig, kan vi bestemme magnetfeltet,” forklarer Alexander Huck og tilføjer, at det er ideelt at måle på magnetfelter i forbindelse med medicinske skanninger.
”I modsætning til eksempelvis elektriske felter, som forstyrres betydeligt af mødet med væv, blod og knogler, er magnetfelter stort set upåvirkede.”
Fra laboratoriet til hospitalet
Samtidig er der en række fordele ved diamanter i medicinsk sammenhæng. Der er tale om et meget robust materiale, og der er ingen sundhedsmæssig risiko ved at bringe dem i kontakt med kroppen.
Selve idéen om at benytte diamanter som magnetfeltsensorer kan gruppen på DTU Fysik ikke tage æren for. Den
Ph.d.-studerende
opstod i 1990’erne, og siden har adskillige internationale grupper arbejdet på at gøre den til virkelighed. Et tværfagligt samarbejde med partnere fra DTU Elektro, Hvidovre Hospital og Philips Biocell giver imidlertid Alexander Huck og hans kolleger et forspring især i forhold til de mulige medicinske behandlinger:
”Vi kan allerede sige, at metoden er relevant for fase to-cancerpatienter.
Sepehr Ahmadi i laboratoriet på DTU Fysik, hvor han arbejder med et diamant-magnetometer.
Når den specialfremstillede diamant belyses med grøn laser, kan man se den røde, fluorescerende udstråling.
Altså patienter, som har gennemgået en kræftbehandling, og hvor lægerne ønsker at fastslå, hvor effektiv behandlingen har været. Men der er et stykke vej fra at have en relevant metode til at have et apparat, som man kan stille op på et hospital. Næste skridt er, at vi i samarbejde med kolleger på DTU Nanotech forsøger at finde den rigtige udformning af udstyret.”
Et væld af medicinske muligheder
Alexander Huck forventer, at en første version af udstyret vil være klar om to år. Derefter kan man gå forskellige veje: ”Hvis vi beslutter, at den videre udvikling bedst kan ske i en ny virksomhed, vil det bedste tidspunkt formentlig være, når vi har den første prototype klar. Altså om ca. to år. Men der er naturligvis også andre muligheder. For eksempel at indgå et samarbejde med en eksisterende medikoteknisk virksomhed.”
I den forbindelse skal det med i overvejelserne, hvor bredt udstyret skal anvendes.
”De mulige anvendelser er på ingen måde begrænset til kræftområdet. Hver gang en elektron bevæger sig fra A til B, opstår der et lille lokalt magnetfelt. Har man en magnetfeltsensor, der er følsom nok, kan man detektere mange processer i kroppen. Samtidig er det jo en skånsom teknik, fordi man hverken skal skære i kroppen eller indføre sonder. Derfor vil det være oplagt at bruge den på kritiske områder i kroppen som eksempelvis hjernen eller hjertet.”
Alexander Huck, lektor, DTU Fysik, alexander.huck@fysik.dtu.dk
Så er danskernes arvemasse kortlagt
Forskerne står nu med en uhørt nøjagtig viden om danskernes arvemasse. 50 danske familier med far, mor og ét barn har frivilligt doneret blod til forskerne bag Det Danske Referencegenom. Referencegenomet afslører detaljeret viden om genetiske variationer og afvigelser, som er særligt knyttet til den danske befolkning. Selvom referencegenomet er knyttet til den danske arvemasse, har denne viden international interesse, da den kan øge forståelsen af arvelige sygdomme og fremme udviklingen af personaliseret medicin. Bearbejdningen af de enorme mængder data, som ligger bag den nye viden, er foregået på DTU’s supercomputer Computerome.
Læs hele historien på kortlink.dk/r3sg, hvor der også er link til den videnskabelige artikel i Nature om projektet.
Nu kan antibiotika
kaldende bakterier i kroppen lærer at overleve antibiotika. Det sker typisk pga. mutationer, eller fordi de farlige bakterier optager resistensgener fra den naturlige tarmflora, så visse typer antibiotika bliver virkningsløse. Professor Morten Sommer og hans forskergruppe på DTU Biosustain har nu opfundet en ny, hurtig metode til at finde resistensgener i tarmen. I dag tager det dage eller
HJÆLPER NASA MED AT UNDERSØGE JUPITER
bygger på en genanalyse af mikroberne i afføringen, som udføres ved hjælp af en lille, billig DNAsekventeringsmaskine. Resultatet er en såkaldt resistomprofil, der snart vil betyde, at lægerne kan vælge den bedste behandling i første forsøg. Sekventeringsmaskinen markedsføres af virksomheden Nanopore Technologies.
Læs mere på kortlink.dk/r3rn
Solsystemets største planet, Jupiter, overrasker forskere nede på Jorden, som med NASA’s Juno-mission nu kan studere den store gasplanet på nært hold. Det ubemandede rumfartøj Juno – med udstyr fra DTU ombord – har siden juli sidste år kredset om planeten og sendt store mængder data ned til Jorden. Forskerne er bl.a. overraskede over, at Jupiters magnetfelt viser sig at være helt anderledes, end man havde forventet. Og at planeten i det hele taget er langt mere kompleks og ikkehomogen, end forskerne hidtil har antaget. DTU Space har leveret udstyr til missionen i form af fire stjernekameraer, som både bruges til at navigere meget præcist med og til at tage billeder af Jupiter og nogle af de områder i rummet, som er passeret på turen derud. Desuden har DTU Space valideret og kalibreret det magnetometer ombord, der undersøger planetens magnetfelt.
Læs hele historien på kortlink.dk/r3rh
Lotte Krull, Anne Wärme Lykke, Morten Garly Andersen, All Over Press, Nanopore Technologies, Nasa
Nyt værktøj forbedrer både akustik og arbejdsmiljø
nok en del om akustik. Men akustik er langtfra noget, der kun knytter sig til musikoplevelser. Den indgår også som en vigtig, ja i mange tilfælde afgørende del af vores hverdagsliv, f.eks. i kontorer og mødelokaler, på skoler og sygehuse.
Men hvad er god akustik? Lektor Jonas Brunskog, der forsker i lyd og akustisk teknologi på DTU Elektro, siger:
Et akustisk simuleringsværktøj gør det lettere at beregne og arbejde med akustikken i mindre rum som f.eks. klasseværelser og kontorer.
Marianne Ryde DTU, All Over Press
Når skolelærere bliver syge på grund af problemer med stemmen, og når elever har svært ved at koncentrere sig og høre, hvad læreren siger, kan det meget vel være klasseværelsets akustik, den er gal med. Og dårlig akustik kan også føre til stress og flere fejl for personalet i store kontorrum og på sygehuse. Derfor er det vigtigt at tænke akustikken ind, når man designer og arbejder med sådanne arbejdspladser. Og den opgave er blevet lettere med et nyt beregningsværktøj, som er udviklet på DTU Elektro.
I disse år bygges der mange nye koncertsale rundt omkring i verden, og i den forbindelse tales der naturligt
”Det kan vi ikke definere præcist, for det afhænger meget af situationen og de mennesker, der er i den. Tidligere antog man f.eks., at jo mere dæmpet et klasserum er, jo bedre. Men vores undersøgelser viser, at efterklangstiden, dvs. den tid, det tager for lyden at forsvinde, bør ligge lige omkring 0,6 sekunder. Dæmper man mere, vil lærerens stemme få for lidt støtte af rummet til at kunne trænge igennem. I de fleste situationer vil det dog være nødvendigt at inddrage andre rumakustiske parametre end efterklangstiden, hvis man skal arbejde sig hen imod en specificering af den gode akustik.”
Der findes udmærkede værktøjer til at beregne det akustiske miljø i store rum som koncertsale. Men det svenske
firma Ecophon, der arbejder med lydabsorberende lofter til almindelige arbejdslokaler, har savnet et værktøj til at beregne og simulere akustikken i mindre rum. Derfor deltager virksomheden nu i et erhvervs-ph.d.-projekt i samarbejde med DTU.
”I en virksomhed arbejder man oftest med korte tidshorisonter, så vi
”Vi arbejder oftest med korte tidshorisonter, så vi var glade for at kunne inddrage DTU i dette mere langsigtede forskningsprojekt.”
ERLING NILSSON, AKUSTIKSPECIALIST, ECOPHON
var glade for at kunne inddrage DTU i dette mere langsigtede forskningsprojekt,” siger Erling Nilsson, akustikspecialist i Ecophons forsknings- og udviklingsafdeling. Gerd Marbjerg blev ansat i henholdsvis DTU Elektro og Ecophon til opgaven, og i løbet af det treårige projekt har hun udviklet en model, der kan håndtere alle de para-
metre, som har betydning for, hvordan man oplever akustikken i et rum: efterklang, taletydelighed og støjniveau.
Fra tal til oplevelse
Lyd er bølger, der sendes ud fra en kilde og reflekteres af det, de møder i rummet. Hele idéen i en rumakustisk model er, at den kan udtrykke dette
med tal og beskrive, hvad der sker med lyden under forskellige forudsætninger. Jo flere parametre modellen skal inddrage, jo længere tid vil beregningen tage. Så for at de ikke skal blive alt for beregningstunge, er der i de eksisterende kommercielle modeller indbygget visse antagelser om, hvordan lyden vil opføre sig. Det kan man godt
leve med ved planlægningen af store rum; men hvis man skal optimere arbejdsmiljøet i mindre rum, er det nødvendigt at beskrive mere detaljeret, hvad der sker, når lyden møder rummets forskellige overflader og inventar. Absorberende overflader kan nemlig ændre fasen på den reflekterede lyd i forhold til den lyd, der ramte over-
fladen. Ligeledes er lydens refleksion afhængig af, med hvilken vinkel den rammer det reflekterende. Og alt dette tager Gerd Marbjergs model højde for. Med hendes akustiske simuleringsværktøj kan man derfor udregne, nøjagtig hvilken virkning forskellige justeringer, bl.a. med Ecophons absorbenter, vil få.
Værktøjet udregner det, man kalder et impulssvar, dvs. hvordan rummet reagerer på en meget kort lyd, som indeholder alle frekvenser, og som minder om lyden fra et klap eller et skud. Impulssvaret er rummets fingeraftryk, og ud fra dette kan man bl.a. bestemme efterklangstiden.
Auralisering
Men tallene i sig selv er ikke nok til at beskrive, hvordan mennesker faktisk oplever lyden. Først når man kombinerer impulssvaret med optagelsen af tale i et ekkofrit eller lyddødt rum, får man det fulde billede af, hvordan stemmen vil opleves i rummet. Det kaldes en auralisering, lydens svar på en visualisering, og den kan man lytte til gennem høretelefoner.
Udviklingen af det nye værktøj til optimering af lyd i mindre rum er bl.a. foregået i DTU’s lydlaboratorium.
”Men høretelefonerne tager ikke højde for de individuelle forskelle i udformningen af folks ører, hoved og skuldre. Derfor går vi nu et skridt videre og genskaber de modellerede rum i DTU’s lydlaboratorium, et såkaldt audio visual immersion lab, hvor 64 højtalere er placeret i et sfærisk, dvs. kugleformet mønster. Her kan vi teste, hvordan ændringer i rumakustikken virker på oplevelsen af lyden, også for folk med høreapparat,” fortæller Gerd Marbjerg, som er fortsat på DTU i et postdocprojekt finansieret af Oticon Fonden og Ecophon for at arbejde med denne type auraliseringer. Ecophon ønsker også at udnytte Gerd Marbjergs model fuldt ud og planlægger derfor at skabe et rum svarende til DTU’s lydlaboratorium, dog med færre højtalere.
”Man kan godt anvende modellen uden at have sådan et rum, men det bliver meget mere levende, når vi også kan vise, hvilken effekt det har, at vi sætter et absorberende element ind eller på anden vis regulerer akustikken. Det er fantastisk virkningsfuldt,” siger Erling Nilsson.
Gerd Marbjerg, postdoc, DTU Elektro, ghmar@elektro.dtu.dk
Fremover vil Henning Larsen Architects benytte akustikberegninger allerede i de første skitser til nyt byggeri.
Hør lyden i den nye bygning
– inden den er bygget
Traditionelt har arkitekternes første skitser til et byggeri haft størst fokus på at skabe en smuk og funktionel bygning, der passer til stedet og omgivelserne. Senere i processen blev andre eksperter inddraget i byggeriet, så det rette lysindfald og akustiske miljø blev tilgodeset.
”Når arkitekterne derimod fra starten har den rette viden om eksempelvis lysets og akustikkens betydning for et velfungerende undervisningslokale eller kontorlandskab, kan de skabe både bedre og billigere nybyggerier. Det bliver ikke længere nødvendigt efterfølgende at investere store summer i f.eks. lyddæmpende paneler til vægge og loft, fordi arkitekten med sit materialevalg og sin rumindretning allerede har taget højde for at skabe en god akustisk komfort,” fortæller Jakob Strømann-Andersen, der er partner og leder af Henning Larsen Architects’ afdeling for bæredygtighed.
Virksomheden har længe arbejdet med en holistisk tilgang til design af bygninger og inddraget videnskabelige data til at understøtte dette. Det er sket gennem et tæt samarbejde med universiteter om erhvervs-ph.d.-studerende.
”Vi har i øjeblikket fire ph.d.er, der giver os videnskabelig indsigt i så forskellige områder som akustik, lys, facadematerialer og udnyttelse af rummet set med en antropologs øjne,” siger Jakob Strømann-Andersen. Han var selv den første ph.d.-studerende på tegnestuen, som bidrog med ny indsigt i energirigtigt design, der i dag er en selvfølge i alle tegnestuens projekter.
Værktøjer til de allertidligste faser
Finnur Pind, DTU Elektro, som er en af virksomhedens fire erhvervs-ph.d.-studerende, forventer at kunne levere to konkrete værktøjer til Henning Larsen Architects, når han er færdig med sit projekt.
”Min viden om akustik skal for det første integreres i det digitale værktøj, som arkitekter anvender til deres indledende idéer og skitser. Ved hjælp af mine modeller vil værktøjet give arkitekten svar på, hvordan det akustiske miljø vil være i de skitser, de arbejder med. De eksisterende akustikværktøjer er meget detaljerede og udviklet til de sidste faser af et projekt. Mit værktøj er derimod tænkt til at blive brugt i
Rendering af University of Cincinnati, hvor et nyt værktøj til simulering af akustikken har været brugt i f.eks. bygningens atrium, der har store lydmæssige udfordringer.
de tidlige faser, hvor de overordnede beslutninger om udformning af byggeriet bliver taget,” fortæller Finnur Pind.
Flere undersøgelser påviser, at akustik og lyd har stor betydning for vores indlæring og arbejdspræstation både i undervisningslokaler og på job. Men tingene er ikke bare sort-hvide. F.eks. øges produktiviteten i et storrumskontor ikke ved bare at dæmpe samtlige lyde; derimod bliver de fleste stimuleret ved svagt at kunne høre, at andre arbejder omkring dem. Derfor vil det nye værktøj heller ikke fuld-
Anne Kirsten Frederiksen Henning Larsen Architects
”Hvis vi som arkitekter vil sikre, at den røde tråd bliver bevaret på alle områder, er vi også nødt til at have den nødvendige, videnskabeligt baserede viden til f.eks. at sikre den rette lyd.”
JACOB STRØMANN-ANDERSEN, PARTNER, HENNING LARSEN ARCHITECTS
stændig kunne erstatte inddragelse af en akustisk ekspert undervejs i processen.
”Når jeg er færdig med at beregne modeller og algoritmer til brug for arkitekternes indledende arbejde, skal begge dele også anvendes i et virtual reality-værktøj. På den måde gør vi det muligt for kunderne at høre forskel på et rum, afhængigt af hvilke materialer og hvilken indretning der bliver anvendt. Vi har allerede forsøgt det i lille skala i forbindelse med et projekt for University of Cincinnati, hvor arkitekterne indrettede tre under-
visningslokaler på forskellig måde, og hvor kunden efterfølgende kunne høre, hvor stor forskel det gav for akustikken og oplevelsen af rummet,” siger Finnur Pind.
Videnskab bliver stadig vigtigere i bygninger
Den evidensbaserede tilgang skal sikre en bedre dialog med kunderne, men også bidrage til at fastholde den arkitektfaglige vinkel i bygningerne, understreger Jakob Strømann-Andersen: ”Der er mange eksperter involveret i et byggeri. Hvis vi som arkitekter vil
sikre, at den røde tråd bliver bevaret på alle områder, er vi også nødt til at have den nødvendige, videnskabeligt baserede viden til f.eks. at sikre den rette lyd. I vores tilgang til bæredygtigt byggeri har vi stort fokus på at reducere ressourceforbruget. Det betyder, at vi arbejder med helt andre materialer end tidligere, hvor man typisk pakkede alt ind i gipsplader. Og derfor har vi brug for viden om, hvordan vi kan skabe en god akustik under de nye betingelser.”
Finnur Pind, ph.d.-studerende, DTU Elektro, fkpjo@elektro.dtu.dk
Klar til tredobbelt orkan
Inde i den nye nationale vindtunnel, der er ved at blive opført på DTU Risø Campus, vil vinden blæse med op til tre gange orkanstyrke og suse gennem disse fem meter høje ledeskovle, der justerer vindretningen og sørger for et ensartet flow rundt om hjørnerne.
Blæseren, der skal generere det enorme vindtryk i tunnelen, er heldigvis ikke tændt, for så ville personen på billedet blive blæst med strømmen på 630 kubikmeter per sekund gennem blæseren og de resterende 120 meter til et gitter længere henne i tunnellen.
Vindtunnelen bliver en af verdens største universitetstunneler og vil desuden i sig selv være så støjsvag, at den også kan bruges til at måle den støj, der forårsages af vinden.
Tunnellen står færdig i begyndelsen af 2018 og skal blandt andet bruges til at teste komponenter til vindmølleindustrien.
Læs mere om vindtunnelen på kortlink.dk/r2a2
Læger, forskere og en virksomhed har i samarbejde udviklet en alarm, der letter hverdagen for patienter og pårørende.
Alarm giver epileptikere
Epileptiske anfald kommer pludseligt og kan være livstruende. Men en alarm udviklet i samarbejde mellem læger, en teknologivirksomhed og forskere ved DTU Elektro forbedrer trygheden for epileptikere markant.
”De alvorligste anfald kan lamme patienten, som bliver ude af stand til at kalde på hjælp. Derfor er mange epileptikere nervøse for at forlade deres hjem. De frygter at få et anfald og komme til at ligge hjælpeløse et vilkårligt sted. Med alarmen bliver der sendt besked til en eller flere pårørende, i samme øjeblik et anfald begynder,” siger overlæge Sándor Beniczky, leder af afdelingen for Klinisk Neurofysiologi ved Epilepsihospitalet Filadelfia.
Alarmen består af to apparater; dels en sensor, som patienten bærer på armen, dels en modtagerenhed, der står i radiokontakt med sensoren.
”De pårørende har stor glæde af alarmen. F.eks. har forældre til børn med epilepsi ofte svært ved at sove. De vågner ved den mindste lyd. Var det mon et anfald? Men nu ved de, at de kun skal bekymre sig, når de får en alarm,” forklarer Sándor Beniczky.
Komplet modellering af kroppen under anfald
Bag produktet ligger et mangeårigt samarbejde, der begyndte som to uafhængige projekter.
I det ene projekt arbejdede virksomheden IctalCare på at fremstille en alarm til epilepsipatienter. IctalCare
Der ligger omfattende målinger af muskelsignaler bag epilepsialarmen. Herunder ses f.eks. målinger af hhv. muskelaktiviteter, -accelerationer og -vinkelhastigheder under både virkelige (figurerne a og c) og simulerede (figurerne b og d) epilepsianfald. Målinger, der har gjort forskerne i stand til at designe algoritmer, som kan afgøre, om der er et anfald eller ej.
blev stiftet i 2007 som et datterselskab af Delta (i dag en del af Force Technology) og Coloplast på baggrund af et længere forskningssamarbejde om elektroniske plastre med navnet ePatch.
Det andet projekt blev også indledt i 2007, hvor lektor Helge B.D. Sørensen, DTU Elektro, etablerede et samarbejde med en række af landets førende lægelige eksperter i epilepsi, heriblandt Sándor Beniczky.
”I dette projekt gik vi grundvidenskabeligt til værks. I stedet for at gå direkte efter at udvikle en alarm ønskede vi først at indsamle en stor mængde data, som beskriver, hvad der sker i kroppen under et epilepsianfald,” siger Helge B.D. Sørensen. Her fik forsøgspersoner monteret op til 23 forskellige sensorer på arme,
Morten Andersen Isa Conradsen, Peder Hjulmand Søby
tryghed
ben og krop. Sensorerne målte muskelaktiviteter, accelerationer i 3D og vinkelhastigheder i 3D.
”Herved opnåede vi en komplet modellering af kroppens bevægelser under både normale omstændigheder og epileptiske anfald. Det gav forståelse for, hvad der er muligt at modellere. Dette åbnede for at designe automatiske algoritmer til biomedicinsk signalbehandling, der kan afgøre, om der er anfald,” fortsætter Helge B.D. Sørensen.
Ph.d.-projekt byggede bro
Der var dog stadig et stykke vej til at kunne udvikle en alarm, understreger Helge B.D. Sørensen:
”Et stort antal sensorer på kroppen kan gå i et forsøg, men duer naturligvis
ikke i hverdagen. Helst ville vi nøjes med en enkelt sensor. Heldigvis viste forskningen, at dette var muligt.”
Det lykkedes at opnå støtte, bl.a. fra fonden ’Prof. Dr. Peter und Jytte Wolf – Stiftung für Epilepsie’, til et ph.d.-projekt, hvor Isa Conradsen blev ansat i stillingen med Helge B.D. Sørensen som hovedvejleder.
Efterfølgende kontaktede IctalCare Isa Conradsen:
”Virksomheden var nået frem til, at en sensor baseret på muskelsignaler, som DTU-projektet skulle lede frem til, var den mest lovende. Samtidig ønskede virksomheden at styrke sine kompetencer inden for biomedicinsk signalbehandling,” fortæller hun. Løsningen blev, at Isa Conradsen fik orlov fra DTU for at tilbringe nogle måneder
Epilepsialarmen er ikke ubehagelig at bære, Den fylder og vejer ca. som en tændstikæske og monteres på overarmen med en gel.
ACM1(l)
ACM2(l)
ACM23(l)
ACM1(l)
ACM2(l)
ACM23(l) .
EMG14(l)
EMG14(l)
i virksomheden. Efter sit ph.d.-forsvar blev hun ansat i IctalCare.
Monteres med særlig gel Alarmen skal være monteret på bærerens overarmsmuskel. Isa Conradsen opfordrer Dynamos udsendte til at rulle ærmet op. Det føles som en mellemting mellem en vandmand frisk fra havet og et vabelplaster, når man sætter sensoren fast på armen. Plasteret, der holder sensoren, er forsynet med en såkaldt hydrogel. Sensoren vejer og fylder omtrent det samme som en tændstikæske, og der er intet ubehag ved at bære den.
”Plasteret skal skiftes en gang i døgnet. Gelen er designet sådan, at den klæber ret stærkt i starten. Gradvist svækkes klæbeevnen, så det er let at trække plasteret af, når de 24 timer er gået,” forklarer Isa Conradsen.
Sundhedsteknologi
kræver tålmodighed
Hvis alarmen bliver en succes, vil det være oplagt at udvikle algoritmer, der kan opdage flere typer af epilepsianfald.
”Alarmen er designet til at afsløre de mest alvorlige anfald, såkaldte tonisk-kloniske anfald. Men det vil bestemt være muligt at detektere andre typer anfald,” siger Isa Conradsen.
Desuden er der mulighed for at udvikle helt andre typer sensorer, der kan anbringes på kroppen med et gelplaster.
”Det er noget, vi vil vurdere på baggrund af de erfaringer, vi får med alarmen,” understreger Isa Conradsen.
”Man må gøre sig klart, at sundhedsområdet på den ene side rummer store muligheder, men på den anden side har meget høje krav til klinisk evidens, som kræver, at man har stor tålmodighed som virksomhed.”
Hun henviser til, at IctalCare fik stor opmærksomhed, da epilepsialarmen var færdigudviklet i 2014. Bl.a. kom produktet med på en liste, som tidsskriftet Nature udarbejdede over særlig interessante innovative produkter på sundhedsområdet. Alligevel er virk-
Epilepsi
Omkring 1 pct. af den danske befolkning har epilepsi, dvs. ca. 50.000 personer. Næst efter hovedpine er epilepsi den hyppigste neurologiske lidelse. Ved et epilepsianfald kan man miste kontrollen helt eller delvist over sin krop. På verdensplan har ca. 40 mio. mennesker epilepsi.
somheden stadig ikke helt klar til bred markedsføring og eksport.
”Vi har solgt et mindre antal produkter. Kunderne er typisk epilepsipatienter, der har hørt om produktet og selv henvender sig. Imidlertid egner alarmen sig ikke til alle med epilepsi. To ud af tre patienter får aldrig de alvorlige anfald, som alarmen er designet til at afsløre. Derfor tilbyder vi folk, at de kan prøve alarmen i en måned. Vi ønsker ikke at sælge dem noget, som de ikke har brug for,” siger Isa Conradsen.
Alarmen hjælper også lægerne Vejen til markedsføring har været lang, men nu er målet i sigte.
”Inden for den lægelige verden er der en forståelig forsigtighed i forhold til at anbefale nye produkter, før man har opnået evidens i form af et klinisk forsøg. Det får vi meget snart,” konstaterer Isa Conradsen.
I alt 70 patienter har haft alarmen monteret under indlæggelser på Filadelfia, Rigshospitalet samt universitetshospitalet i Oslo. 20 af dem har haft anfald under indlæggelsen. Det giver en tilstrækkelig mængde data til at vurdere alarmens funktion. Resultaterne vil blive offentliggjort i form af en videnskabelig artikel, der får overlæge Sándor Beniczky som hovedforfatter.
Han kan endnu ikke løfte sløret for de præcise resultater, men fortæller, at udstyret overordnet set er velegnet til at detektere de alvorlige epilepsianfald.
”Ud over at give patienterne og de pårørende større tryghed i hverdagen kan udstyret være en stor hjælp for os læger. I dag spørger vi patienterne, hvor tit de oplever anfald, og hvor alvorlige de er. Men det sker ofte, at patienterne ikke kan huske anfaldene selv, og det kan være svært for dem at vurdere alvoren. Med det nye udstyr får vi objektive målinger af hyppigheden og karakteren af anfaldene,” siger Sándor Beniczky og tilføjer, at det vil have endnu større værdi i forbindelse med afprøvning af ny medicin:
”Vi får et objektivt værktøj, der kan vise os, om medicinen har en effekt. Det er langt mere tilfredsstillende end at basere sig på patienternes subjektive vurdering.”
Helge B.D. Sørensen, lektor MSK, DTU Elektro, hbs@elektro.dtu.dk
Forskningen bag epilepsialarmen er omtalt i Nature. Læs artiklen her: kortlink.dk/r2q8
DNAVIDEN TIL HELE VERDEN
Nu kan studerende verden over nyde godt af DTU’s kompetencer inden for såkaldt helgenomsekventering – en metode, som hurtigt og relativt billigt kan kortlægge mikroorganismers totale DNAprofil ved hjælp af onlineredskaber. Teknikken har revolutioneret måden, hvorpå sygdomme bliver påvist og udbrud bliver efterforsket – og DTU’s forskere er verdensførende på området. DTU Fødevareinstituttet står nu bag en såkaldt MOOC, et onlinekursus via den internationale udbyder af elæringskurser Coursera. Undervisningen i det globale klasseværelse foregår via en interaktiv lærebog, der indeholder videoer, quizzer og opgaver. Og de studerende vil have mulighed for at mødes i onlinestudiegrupper.
Se mere om DTU’s forskning i helgenomsekventering på kortlink.dk/r3fr
Se mere om uddannelsen på Courseras hjemmeside her: kortlink.dk/r3fp
Nye rammer til arktiske ingeniører
Efterspørgslen stiger på kandidater, der kan arbejde under de helt særlige forhold, der gør sig gældende i Grønland og resten af Arktis. Derfor har DTU inden for de seneste år etableret uddannelsestilbud på kandidatniveau, som kan supplere diplomuddannelsen i Arktisk Teknologi, som har været udbudt siden 2001. Som noget nyt udbyder DTU
f.eks. ’Det Arktiske Semester’, som giver kandidatstuderende mulighed for at tage til Grønland og få direkte indsigt i og erfaring med de særlige vilkår, der gælder, når man skal arbejde som ingeniør i Arktis. Semestret er obligatorisk for nogle af de studerende på Nordic Master in Cold Climate Engineering, som DTU udbyder i samarbejde med norske NTNU
og Aalto University i Finland. Det er bl.a. disse nye uddannelsestilbud, der betyder, at Center for Arktisk Teknologi er vokset ud af sine tidligere lokaler hos Tech College Greenland i Sisimiut. Centret er derfor flyttet i nye lokaler i Sisimiut, men samarbejdet med Tech College Greenland fortsætter.
Se mere om de arktiske uddannelser på kortlink.dk/r3fa
Velkommen til mere end
2.000 nye studerende
DTU oplever fortsat en stor interesse for universitetets ingeniøruddannelser og kan derfor endnu engang øge optaget. I år bliver i alt 2.207 unge tilbudt en plads på en af de 35 diplom- og civilingeniøruddannelser.
Se mere om årets optag på kortlink.dk/r3fn
Undervisning får international anerkendelse
Det førende videnskabelige tidsskrift
Nature Nanotechnology har for nylig bragt en sjælden artikel om DTU’s undervisning i nanosikkerhed, hvor kursets opbygning og pædagogiske grundlag er beskrevet. Særligt det tætte samspil mellem forskning og engagerende undervisning bliver fremhævet i artiklen. Det er lektor Steffen Foss Hansen og professor Anders Baun, begge DTU Miljø, der står bag undervisningen, som skal gøre de studerende i stand til at arbejde selvstændigt og f.eks. selv fremsøge relevante forskningspublikationer og kritisk afgøre, om materialet er relevant at anvende til risikovurdering af nyudviklede materialer, som f.eks. er baseret på nanoteknologi.
Se den videnskabelige artikel i Nature Nanotechnology på kortlink.dk/r3fw
Miriam Meister, Sabina Askholm Larsen, Lotte Krull, Anne Kirsten Frederiksen Sabina Askholm Larsen, Mikal Schlosser
I hovedstadsområdet er drikkevandets indhold af kalk meget højt. Det kan derfor være en fordel at blødgøre vandet fra centralt hold. Efter omfattende undersøgelser foretaget af DTU Miljø iværksætter Hofor nu afkalkning af vandet på Brøndbyvester Vandværk.
NU GØR VANDVÆRKERNE VANDET BLØDT
– men det er ikke helt simpelt
Det danske drikkevand er berømt for sin høje kvalitet, men flere steder i landet og ikke mindst i hovedstadsområdet er det også meget hårdt, dvs. fuldt af kalk og magnesium. Kalken er til stor gene for forbrugerne, for den sætter sig i kedler og vandhaner, på fliser og varmelegemer, og det hårde vand betyder desuden større energi- og sæbeforbrug.
Derfor er der et stort ønske om at få fjernet kalken, inden vandet når ud i vandhanerne. Og ønsket er nu blevet til virkelighed. Efter flere års pilotforsøg og forudgående undersøgelser igangsætter Hovedstadsområdets Forsyningsselskab, Hofor, nu afkalkning af vandet i Brøndby Kommune. Danmark er langt fra fortroppen med central blødgøring af drikkevand. Både i Tyskland, Sydsverige og Hol-
land har man gjort det et stykke tid, og baseret på erfaringer herfra har Hofor valgt en teknologi kaldet en pelletreaktor, hvor man tilsætter sand og en base, der får kalken til aflejre sig på sandkornene, som derefter kan fjernes som kalkpiller, pellets (se faktaboks side 37).
Pilotforsøg har vist, at processen kan blødgøre hårdt dansk grundvand med op til 71 pct. Vandet bliver altså
Marianne Ryde Scanpix, Shutterstock, DTU Miljø
ikke helt kalkfrit, men det er heller ikke ønskeligt, for kalkfrit vand er korrosivt og ville derfor ødelægge rørene.
Der kan siges for og imod Kalk er generende, når det sætter sig overalt, hvor vi bruger vand, men samtidig er det et vigtigt mineral for menneskers knogler og tænder. Så det første spørgsmål, man stillede ved udsigten til mindre kalk i vandet, var, om vandets kalkindhold havde nogen betydning for helbredet.
I hovedstadsområdet vil mængden af kalk i vandet blive reduceret, så vandets hårdhed sænkes fra over 20 °dH til 10 °dH (°dH = grad deutsche Härte).
”Forbruget af kemikalier rykker fra forbrugeren og ind på det centrale vandværk, hvor det måske kan håndteres mere kontrolleret og sikkert.”
HANS-JØRGEN ALBRECHTSEN, PROFESSOR, DTU MILJØ
”Vi har været involveret i nogle skrivebordsundersøgelser af kalkindholdets eventuelle virkning i forhold til forbrugernes tænder, men studierne viste ikke nogen afgørende sammenhæng mellem antallet af huller i tænderne og kalk i vandet. Der er også indikationer af, at det kan øge
risikoen for hjerte-kar-sygdomme, hvis man fjerner magnesium fra vandet. På dette punkt er pelletreaktoren dog god, for den fjerner netop kun kalcium,” fortæller professor Hans-Jørgen Albrechtsen, DTU Miljø.
Rent helbredsmæssigt er der altså ikke noget, som taler imod, at vandværket blødgør vandet, og på plussiden tæller, at forbrugerne ikke behøver bruge så meget sæbe, vaskemiddel og shampoo. Med færre kalkaflejringer vil maskinerne også bruge mindre energi, ligesom de ikke nær så ofte skal afkalkes.
”Man kan sige, at forbruget af kemikalier rykker fra forbrugeren og ind på det centrale vandværk, hvor det måske kan håndteres mere kontrolleret og sikkert. Og selvom afkalkningen på vandværkerne betyder, at vandet bliver lidt dyrere, vil der alligevel være penge at spare for forbrugerne, hvis de sætter forbruget af sæbe tilsvarende ned,” siger Hans-Jørgen Albrechtsen.
Et valg mellem flere teknologier Pelletmetoden er ikke den eneste mulige teknologi til blødgøring. Indholdet af jern og tungmetaller i vandet varierer meget fra sted til sted, så derfor ligger der også en forskningsmæssig opgave i at undersøge, hvordan teknologi og vandkvalitet hænger sammen.
Hans-Jørgen Albrechtsen peger f.eks. på, at når man har med særlig jern- eller fosfatholdigt vand at gøre, kan de pellets, afkalkningen resulterer i, blive mere luftige og nærmest cornflakesagtige, så de får svært ved at falde til bunds og dermed bliver sværere at skille ud fra vandet. Det skete dog ikke ved nogen af de vandværker og vandtyper, hvor teknologien foreløbig er blevet afprøvet.
Ligger boringen tæt ved kysten, kan vandet være så natriumholdigt, at man kommer over grænseværdien, når man yderligere tilsætter basen natriumhydroxid for at starte kalkudfældningen. Her kan det så komme på tale at bruge en anden base, f.eks. læsket kalk, men dermed tilfører man jo yderligere kalk og får tilsvarende flere pellets ud af processen.
Alternative teknologier kan være ionbytning, som man kender fra opva-
skemaskiner, hvor kalcium og magnesium byttes ud med natrium, hvorefter vandet regenereres med salt. Eller membranbehandling, hvor man filtrerer vandet så grundigt, at det kun er H2O, der kommer igennem. Det er det, man gør, når man afsalter havvand.
Membranteknologien kan komme på tale, hvis der er usædvanlig mange tungmetaller, pesticider og måske endda opløsningsmidler fra tidligere industrier i vandet. Metoden koster meget energi, men den er effektiv og kan måske spare et ekstra led med aktivt kul, som ellers skulle være sat ind for at fjerne de uønskede stoffer. Men membranen fjerner også de mineraler, som man faktisk ønsker i vandet, bl.a. magnesium, og de skal så efterfølgende tilsættes.
Aktion og reaktion
Ved siden af denne afvejning af metoder er der også en forskningsopgave i at undersøge, hvordan den nye blødgøringsteknologi spiller sammen med den normale behandling af vandet for bl.a. tungmetaller.
Mange vandværker sender vandet igennem et sandfilter. Det fungerer både
Sådan fungerer den pelletreaktor, som Hofor vil bruge til at blødgøre hovedstadens vand.
som en si, der fjerner naturligt forekommende stoffer, f.eks. jern og andre metaller, og som biologisk reaktor, fordi bakterierne i sandet omdanner stoffer som ammonium og mangan.
Men den nye blødgøringsteknologi kan ændre på disse processer. Pelletreaktoren fjerner en del af jernet i vandet, og da det er jernet, der trækker tungmetaller som nikkel og arsen gennem sandfilteret, kan det blive et problem at få dem fjernet. Ligeledes vil bakteriernes biologiske omsætning af f.eks. ammonium måske blive nedsat, hvis der mangler kobber i vandet.
På den anden side vil mindre jern betyde mindre slam i sandfiltrene, og dermed vil der skulle bruges mindre vand og energi på at skylle dem, ligesom færre returskylninger giver bakteriepopulationerne mere ro. For at få helt styr på disse sammenhænge vil forskerne tage prøver og måle på vandet i løbet af det første år.
Hvad kan man bruge kalken til?
Sidste led i den kæde af begivenheder, som en central blødgøring af vandet sætter i gang, er kalkpillerne. Når
Sådan vil Hofor fjerne kalk fra drikkevandet
I Brøndby Kommune skal kalken fjernes med en teknologi, der kaldes en pelletreaktor. Princippet er, at man pumper grundvandet ind i et rør og tilsætter en base, typisk natriumhydroxid, NaOH, for at forhøje pHværdien – sammen med noget sand. Basen får kalken i vandet til at fælde ud og aflejre sig på sandkornene, som dermed forvandles til større kalkpiller kaldet pellets. De bliver så tunge, at de falder til bunds og kan tappes ud, mens det blødgjorte vand føres over i en beholder, hvor det justeres ned til normal pH med CO2.
afkalkningen er indført på alle Hofors vandværker, vil man stå med ca. 14.000 ton pellets om året, vurderer HansJørgen Albrechtsen. Og hvad skal man så gøre med dem?
De vil f.eks. kunne anvendes som jordforbedring i landbruget. Men igen er det nødvendigt med grundige analyser, før man handler. DTU Miljø undersøger derfor sammen med Hofor og Niras, hvilke fysiske og kemiske egenskaber disse pellets har.
Kalk i form af pellets vil ikke være umiddelbart udskifteligt med landbrugskalk, da de er hårde som marmorkugler og vil være længere tid om at blive opløst og begynde at virke på en mark. Man kan knuse dem mekanisk, men det koster energi, og det oprindelige sandkorn kan måske ende med at være en irritation for processen.
En alternativ løsning, hvor kalken ikke udfældes på sand, men på knuste pellets, ville gøre slutproduktet renere og dermed mere anvendeligt. Men der er også andre muligheder for at genbruge kalkpillerne, bl.a. som erstatning for sand i byggesektoren, til glasproduktion og til fyld i tæppefliser.
Samlet set mener Hans-Jørgen Albrechtsen, at der er flest positive lodder i vægtskålen for det blødgjorte vand, både samfundsøkonomisk, teknisk, miljømæssigt og for forbrugerne. Men forsøget skal følges tæt, så man får solid videnskabelig dokumentation for de gavnlige effekter.
Derfor er der igangsat en undersøgelse under ledelse af postdoc Berit Godskesen fra DTU Miljø, som med målinger før og efter indførslen af den centrale blødgøring skal vise, om der faktisk opnås de forventede effekter, dvs. om energi- og sæbeforbrug reduceres, om vandkogere, vaskemaskiner, toiletter osv. får en længere levetid, og hvor mange afkalkninger der kan spares.
Hans-Jørgen Albrechtsen, professor, DTU Miljø, hana@env.dtu.dk
Berit Godskesen, postdoc, DTU Miljø, berg@env.dtu.dk
Martin Rygaard, lektor, DTU Miljø, mryg@env.dtu.dk
NaOH ind Sand ind
Desinficeret sand
Dysebund
Hårdt vand ind
Pellets ud
Blødt vand ud
Arbejdsmarkedet gennemgår en nærmest revolutionerende udvikling i disse år. Masser af arbejdspladser bliver automatiseret væk, mens nye jobtyper opstår som følge af innovation.
Den gode nyhed er, at der i forandringernes kølvand opstår nye behov, fordi vi med den nye teknologi kan levere hidtil ukendte varer og ydelser til en billig pris. Nye teknologiske muligheder skaber grobund for nye virksomheder og nye typer jobs, og for at de kan blomstre, skal vi allesammen lære nye færdigheder.
Teknologiudviklingen og globaliseringen har i mange år skabt ravage på arbejdsmarkedet. Syerskernes jobs forsvandt til Portugal, elektronikvirksomheder gik nedenom og hjem, og nu er selv mellem- og højtuddannedes jobs truet af computere og robotter.
At ny teknologi får hele brancher til at forsvinde, har været et vilkår, lige siden vi opfandt hjulet. Det nye er den enorme hastighed, forandringerne sker med, som udsletter hele brancher inden for få år.
”De tider er ovre, da en kandidatuddannelse fra et universitet var nok til at sikre en livslang ansættelse,” siger DTU’s dekan for kandidat- og ph.d.-uddannelser, Philip J. Binning.
’Vi skal satse massivt på
I takt med at intelligente robotter og stigende digitalisering gør mange traditionelle jobs overflødige, er behovet for livslang læring mere aktuelt end nogensinde før. Her spiller universiteterne en central rolle, mener DTU-dekan.
”Alt efter hvem man spørger, kan 40-50 pct. af alle nuværende jobs erstattes af robotter, og de kommende års teknologiske omvæltninger vil stille enorme krav til samfundets og den enkeltes evne til at omstille sig.”
Derfor bør svaret – eller et af svarene – på den teknologiske udvikling være en massiv satsning på efteruddannelse eller livslang læring, som i vid udstrækning skal kunne leveres af universiteterne, mener Philip J. Binning.
De mange nye teknologier udvikler sig med en sådan hast, at der er meget, vi slet ikke kan forudsige. Men tendensen går mod behov for livslang læring og stadig flere og mere specialiserede kurser og uddannelser. Dem kan universiteterne få en vigtig opgave i at levere:
”I lyset af teknologiens centrale rolle i forandringerne er det kun naturligt, at netop et teknisk universitet som DTU spiller en ledende rolle i styrkelsen af den tekniske undervisning i Danmark. Vi er meget ambitiøse på DTU og planlægger at øge vores kapacitet
massivt, så vi kan efteruddanne danske ingeniører, i lang tid efter at de har afsluttet deres uddannelse,” fortsætter Philip J. Binning. Nye teknologiske uddannelsesmuligheder Den teknologiske udvikling er samtidig med til at forandre uddannelsessektoren. Med ’data analytics’ kan undervisningen personaliseres, og nye onlineplatforme gør det muligt at samle kursister på mange forskellige niveauer og tilbyde peer-to-peer-undervisning. Så teknologien er også med til at sikre, at DTU kan levere kvalitetsundervisning med stor fleksibilitet til gavn for samfundet.
Onlineuddannelser er et af midlerne til at uddanne medarbejdere til nye tiders vilkår og krav. Universiteterne tilbyder allerede i vidt omfang de såkaldte MOOC’s, Massive Open Online Courses. DTU har f.eks. udviklet adskillige både kortere og længere kurser på onlineplatformen Coursera.
Henrik Larsen
Joachim Rode
efteruddannelse’
Efteruddannelse på DTU
DTU tilbyder en række forskellige efter- og videreuddannelser. Spændet er stort; fra det korte og kompakte kursus til deltidsuddannelser på diplom- og masterniveau.
KURSER
Korte, erhvervsrettede kursusforløb inden for en række fagområder. Og længerevarende kursusforløb, som er opdelt i moduler. Mange af kurserne tager udgangspunkt i aktuelle teknologiske problemstillinger inden for f.eks. cyber security og big data.
• Virksomhedskurser
• Fagspecifikke kurser
• E-learning-kurser (MOOC’s)
• 3-ugers kurser
• 13-ugers kurser
• DTU Business’ efteruddannelsesprogrammer
DIPLOMUDDANNELSER
Kompetencegivende uddannelser på bachelorniveau. Diplomuddannelserne består af hhv. obligatoriske moduler og tilvalgsmoduler, som kan sammensættes efter den enkeltes behov.
• Diplomuddannelsen Energi og miljø
• Diplomuddannelsen Ledelse
• Diplomuddannelsen Ingeniørernes lederuddannelse
• IT-diplomuddannelsen
• Diplomuddannelsen Projektledelse
• Diplomuddannelsen Stærkstrømsteknologi
• Diplomuddannelse enkeltfag
• Fleksibel diplomuddannelse
MASTERUDDANNELSER
Kompetencegivende uddannelser på kandidatniveau, som kobler teori og praksis. Uddannelserne er tilrettelagt, så man kan deltage sideløbende med erhvervsarbejde. Undervisningen er forskningsbaseret og giver dermed adgang til at anvende den nyeste viden inden for det enkelte faglige felt.
• Masteruddannelsen MMT – Executive MBA
• Masteruddannelsen Fødevarekvalitet og -sikkerhed
• Masteruddannelsen Brandsikkerhed
• Masteruddannelsen Vindenergi
• Fleksibel masteruddannelse
Læs mere om de enkelte tilbud og efteruddannelsesordninger på dtu.dk/efteruddannelse
ENERGI FRA SOLCELLELAMPER
Holdet bag DTU-startuppen Nordic Firefly har udviklet en ’plug and play’-løsning, der er lige til at sætte ind i en solcellelampe. Løsningen består af en lille boks med elektronik og batteri, der høster energi fra lampens solcelle i døgnets lyse timer, lagrer den på batteriet og frigiver den til lampens lyskilde, når det bliver mørkt. Det sker uden det store tab af energi, der hidtil er sket i forbindelse med konverteringen af solenergien. Belysningsvirksomheder forventer, at den vil skabe et boom på markedet for solcellelamper i de kommende år. Nordic Firefly deltager i årets Danish Tech Challenge.
nordicfirefly.com
Algoritme forudsiger hjerteanfald
DTUstartuppen Corti har udviklet en algoritme, der ved hjælp af kunstig intelligens og maskinindlæring kan forudsige, om en patient snart vil få et hjerteanfald. Det kan lade sig gøre ved at lytte til telefonsamtaler mellem patienter og læger, der taler sammen under nødsituationer. Virksomheden samarbejder med danske sundhedsmyndigheder i Region Hovedstaden, og løsningen har vist sig at kunne forudsige 95 pct. af fremtidige hjerteanfald. Til sammenligning kan læger forudsige 73 pct. af de fremtidige hjerteanfald baseret på samtaler med 1.000 patienter.
Overskudsbrød bliver til bæredygtig pasta
er indberettet
En idé udviklet af studerende på DTU forvandler letfordærveligt, daggammelt overskudsbrød til langtidsholdbar, bæredygtig pasta. Idéen er udviklet for organisationen Det Runde Bord, der bespiser socialt udsatte med overskudsmad og derved også reducerer madspild. Idéen er blevet til på et kursus i innovation, hvor bl.a. forskere fra DTU Fødevareinstituttet underviser. Pastaen har flere fordele: Den indeholder færre kulhydrater samt mere protein og fedt end almindelig pasta, og så kan den reducere Det Runde Bords udgifter til indkøb af de store mængder pasta, organisationen bruger, når der laves lasagne med andre overskudsprodukter.
Tech-entreprenørernes
legeplads bliver tre gange så stor
Med en donation på 80 mio. kr. fra Den A.P. Møllerske Støttefond udvider DTU sit studenterinnovationshus, DTU Skylab, med faciliteter til at understøtte bl.a. projektmodning og udnyttelse af vækstdrivende teknologier. Det nuværende hus på 1.550 m2 bliver således udvidet, så det bliver mere end tre gange så stort som det eksisterende. Visionen er at engagere studerende, forskere, iværksættere og erhvervsliv i et åbent, tværfagligt økosystem for teknologi og forretning. I det nye DTU Skylab vil man finde et ’business lab’, hvor virksomheder kan komme på forkant med at håndtere markante forandringer i teknologi og marked. Desuden vil man i et nyt, stort ’tech lab’ kunne bygge prototyper i stor skala og udvikle projekter til konkrete løsninger og startups.
Christina Tækker Nordic Firefly, T Kaare Smith
patentideer
på DTU siden 1. januar 2017
Verden har desperat brug for nye typer antibiotika til at bekæmpe resistente bakterier med. Derfor søger forskere med lys og lygte efter nye antibiotika – f.eks. i et blomsterbed på Christiania.
Forskere jagter fremtidens antibiotika i Christianias muld
Ved siden af en frodig marihuanaplante på Christiania sidder to mænd og roder i jorden. Pludselig kommer en tredje mand løbende hen mod dem og råber: ”Hvad laver I?!” Han er tydeligvis oprørt over de fremmedes ’tilnærmelser’ til hans værdifulde urt.
”Han var ret sur, men vi forsøgte at berolige ham med, at vi bare ville have en lille smule jord fra plantens bed, og at vi gjorde det for videnskabens skyld,” fortæller forsker Pep Charusanti, DTU Biosustain, som på det tidspunkt frygtede, at udflugten til Christiania ville koste ham og hans kollega et par på hovedet.
Anne Wärme Lykke
Pep Charusanti
De slap dog med skrækken, og hjemme i laboratoriet gik de i gang med at undersøge de ca. to gram jord nærmere. Jord, som muligvis kan indeholde stoffer, der kan hjælpe forskerne med at udvikle fremtidens antibiotika.
Jordbakterier er en guldgrube
Grunden til, at Pep Charusanti og hans kollega, Olivier Bitterlin, begav sig til Christiania denne septemberdag sidste år, var, at de ville indsamle jord og dermed jordbakterier. De havde nemlig en formodning om, at netop Christiania-muld kan indeholde interessante bakterier, der vil kunne hjælpe forskerne videre i jagten på fremtidens antibiotika.
”Vi har forsøgt at indsamle prøver alle mulige steder – f.eks. fra skoven, åbne marker, haver og bede. Vi vil gerne finde så mange forskellige jordbakterier som muligt, og her er det vigtigt at indsamle fra forskellige miljøer,” siger Pep Charusanti.
Jordbakterierne fra bl.a. Christiania blev først dyrket i petriskåle, hvor kolonier af blå, røde og gule bakterier snart begyndte at lyse op. Her ses, hvordan en stor jordbakterie dræber de små kolonier af sygdomsfremkaldende bakterier på pladen. Jordbakteriekolonien udsender et antibiotikum, som dræber bakterier i nærmiljøet (det gennemsigtige område). Længere ude – i det mælkehvide område – trives de sygdomsfremkaldende bakterier stadig, fordi jordbakteriens antibiotika ikke når derud.
Jordbakterier er yderst interessante at arbejde med i forhold til at opdage nye antibiotika. 70 pct. af alle de typer antibiotika, som bruges til at bekæmpe infektioner i mennesker i dag, er oprindeligt fundet i jordbakterier. I mange år har forskere troet, at reservoiret for nye
”DET INTERESSANTE ER, AT BAKTERIERNE I FØRSTE OMGANG IKKE PRODUCERER ANTIBIOTIKA, MEN HVIS MAN
TRÆNER DEM SAMMEN MED SYGDOMSFREMKALDENDE BAKTERIER, UDVIKLER NOGLE AF DEM EVNEN TIL AT PRODUCERE ANTIBIOTISKE STOFFER MOD DERES FJENDER. ”
PEP CHARUSANTI, FORSKER, DTU BIOSUSTAIN
antibiotika i jordbakterier var udtømt, men med nye metoder har man fundet ud af, at jordbakterierne kan producere mange flere antibiotika end tidligere antaget.
Metoden, som Pep Charusanti og hans kolleger benytter, hedder ALE, som står for Adapteret LaboratorieEvolution. I ALE-forsøg ’trænes’ bakterierne ved hjælp af avancerede robotter til at producere antibiotika.
”Det interessante er, at bakterierne i første omgang ikke producerer antibiotika, men hvis man træner dem sammen med sygdomsfremkaldende bakterier, udvikler nogle af dem evnen til at producere antibiotiske stoffer mod deres fjender. Med ALE åbner vi på den måde op for en hemmelig verden af antibiotika,” siger Pep Charusanti.
Celler skal producere antibiotika
Problemet med antibiotikaresistens er stigende, og hvert år dør 700.000 mennesker på verdensplan af resistente infektioner. Specielt en gruppe af bakterier kaldet gramnegative bakterier er blevet specielt resistente og kan i mange tilfælde ikke længere bekæmpes
Jordbakterierne herunder har ikke (eller rettere: endnu ikke) ’lært’ at producere antibiotika, fortæller Pep Charusanti.
med kendte antibiotika – specielt hvis patienten i forvejen er svækket. De gramnegative bakterier omfatter bl.a. dem, der forårsager lungebetændelse, urinvejsinfektioner, blodforgiftning og meningitis (K. pneumoniae, A. baumannii, P. aeruginosa og E. coli).
De foreløbige resultater af undersøgelserne viser, at flere af jordbakterierne fra den danske muld kan bekæmpe sygdomsfremkaldende bakterier.
Næste skridt er at finde de kemiske sammensætninger af antibiotikaene, som jordbakterierne producerer. Her håber forskerne selvfølgelig på, at antibiotikaene er nye og ukendte molekyler og ikke bare gamle kendinge.
Herefter er målet at identificere de gener, der er ansvarlige for at produ-
cere det eftertragtede stof. Med den viden kan forskerne genmodificere laboratoriebakterier til at producere store mængder af det nye antibiotika. På den måde kan forskerne få bakterielle celler til at fungere som mikroskopiske medicinfabrikker, der producerer fremtidens antibiotika.
Så forhåbentlig står vi om få år med nogle nye, lovende kandidater til fremtidens antibiotika, som er fundet i den danske muld og produceret i stor stil i mikroskopiske celler.
Pep Charusanti, forsker, DTU Biosustain, pecha@biosustain.dtu.dk
Vær med i jagten på at finde fremtidens antibiotika
Forskerne på DTU Biosustain vil gerne have hjælp til at finde interessante jordprøver i hele landet – fra den øverste bakketop til det mest sumpede skovområde. Fra Lollands marker til Skagens spids og fra de københavnske grøfter til den jyske hede.
”Tag en prøve fra det underligste sted, du kender, f.eks. fra en hestestald eller en søbred, der ser spændende ud,” siger Pep Charusanti.
Her er, hvad du skal gøre for at hjælpe forskerne:
1) OPSAML en lille jordprøve (25 gram) i en lille plastikpose. Sørg for at grave et par centimeter ned i jorden, før du tager prøven. Den øverste del af jordlaget kan nemlig være ’forurenet’ med jord fra andre steder.
2) BESKRIV på en følgeseddel, hvor prøven er taget henne (sted og by), eller skriv GPSkoordinaterne ned. De er lette at finde via en smartphone. Skriv evt. din emailadresse, så forskerne kan kontakte dig, hvis de har yderligere spørgsmål.
3) SEND prøven til DTU Biosustain, Kemitorvet, 2800 Kgs. Lyngby. Att.: Pep Charusanti.
Husk, at man ved at sende jordprøverne til DTU afgiver alle rettigheder til jordprøven, dens indhold og evt. resultater, den måtte generere, hvorfor prøver fra privat jord kun kan indsendes af den private jordejer.
Ekkofrit
I DTU’s lydlaboratorium er vægge, loft og gulv beklædt med lange, spidse kiler, der er fremstillet af porøst, lydabsorbrende materiale. De er medvirkende til, at man får et helt lyddødt, ekkofrit rum.
Læs historien om, hvordan akustikforskere bruger rummet på side 23.