"Warum werden Computer und Handys immer kleiner?" Die Antwort gibt es am Freitag bei der ersten Kinder-Uni im Sommersemester.
Stuttgart - Ich sag’s euch ja: die moderne Technik!“ Den Satz hat wahrscheinlich jeder schon mal so oder ähnlich gehört. Manche Großeltern rufen das, wenn der Computer mal wieder nicht so will wie sie. Oder sich der nagelneue Kaffeeautomat auf stur stellt und nicht tut, was er sollte, nämlich eine Tasse Kaffee herauslassen. Oder wenn das neue Mobiltelefon außer Telefonieren auch noch jede Menge andere Dinge kann, aber sich – zum Kuckuck noch mal – nicht herausfinden lässt, welche.
Moderne Technik ist toll, weil sie viele Dinge hervorbringt, die das Leben erleichtern: sichere Autos, Computer für die Hosentasche, Navigationsgeräte, damit man nicht verloren geht. Moderne Technik ist aber auch ganz schön kompliziert, weil Menschen, die die Technik einfach nur im Alltag benutzen wollen, oft vor einem Rätsel stehen, wenn etwas nicht mehr so tut, wie es sollte. Das Innenleben der Geräte ist oft so kompliziert, dass außer Fachleuten kaum jemand mehr durchblickt. Und das, was in den elektronischen Geräten wie Handys und Computern steckt, ist vor allem eines: klein.
Ein Chip ist nur noch so groß wie ein halber Fingernagel
„In den modernen Geräten stecken sogenannte Halbleiterchips, auf denen Funktionen und Daten gespeichert sind“, erklärt Professor Hermann Sandmaier, der am Freitag die Kinder-Uni hält. „Je kleiner die einzelnen Bauelemente auf dem Chip sind, desto leistungsfähiger ist er.“ Zum Vergleich: ein Halbleiterchip hat oft nur die Größe einer Hälfte des Fingernagels vom kleinen Finger. Deshalb werden die Geräte immer kleiner und man kann seinen Computer mitsamt integriertem Handy in der Brusttasche mit sich herumtragen.
Das kleinste Bauelement eines Halbleiterchips ist der sogenannte Transistor. Das ist ein elektronisches Teil zum Schalten und Verstärken von elektrischen Signalen. Moderne Halbleiterchips enthalten fast so viele Transistoren wie Menschen auf der Erde leben. Sandmaier: „Transistoren funktionieren wie eine Art Nervensystem, verschiedene elektrische Signale werden verarbeitet, zusammengeführt und verglichen. Am Ende erfolgt ein Befehl, zum Beispiel: Ampel auf Grün.“ Heutzutage gibt es so gut wie kein Gerät mehr, in dem kein Halbleiterchip steckt.
Moderne Geräte funktionieren durch Bewegungen
Wenn man zum Beispiel morgens vom Digitalwecker geweckt wird, passiert das, weil der Minichip einen Befehl ausgeführt hat. Der Professor erklärt: „Wenn der Wecker um halb sieben in der Früh klingeln soll, wird die eingegebene Uhrzeit auf dem Halbleiterchip gespeichert. Dieser entscheidet dann, wann geklingelt werden muss.“
Auch die Fußgängerampel funktioniert, weil mikroelektronische Schaltungen Befehle ausführen. Steuereinheiten führen dazu, dass die Ampelsignale aufeinander abgestimmt werden, sie sind untereinander mit Leitungen verbunden. Nehmen wie das Beispiel Matheunterricht: da kommt man ohne Taschenrechner oft gar nicht sehr weit. Auch darin ist ein Chip enthalten, in dem Fall spricht man von einem Prozessor. Dieser kann das Display ansteuern und entsprechende Tastensignale mit Hilfe des binären Zahlensystems blitzschnell zu Ergebnissen verarbeiten. Oder was wäre für viele Nachwuchsstudenten ein schöner Nachmittag ohne die Spielekonsole?! Und was wäre diese erst ohne moderne Technik, ergo Halbleiterchips! „Die Spielekonsolen arbeiten heutzutage mit Minikameras, Beschleunigungs- und Infrarotsendern“, erklärt Professor Hermann Sandmaier. „Diese nehmen die Bewegungen der Spieler auf, und das ermöglicht, dass man mit dem System interagieren kann.“ Die Signale der Sensoren werden mit Hilfe der Halbleiterchips ausgewertet und auf dem Bildschirm dargestellt.
Der neueste Schrei auf dem Feld der Mikroelektronik – das ist der Oberbegriff für die Wissenschaft der Halbleiterchips wie Prozessoren und Speicher – ist die Sensorik. Das bedeutet, dass moderne Geräte wie Mobiltelefone, Flachbildschirme oder Airbags durch menschliche Bewegungen beziehungsweise durch Berührungen funktionieren. Knöpfchen drücken war gestern, heute wird über das Display gewischt oder in der Luft herumgefuchtelt und schon funktioniert die Maschine.
Hintergrund: Der Herr der kleinen Dinge
Experte Professor Hermann Sandmaier kennt sich in der Welt der kleinen Computer bestens aus. Er beschäftigt sich mit so komplizierten Dingen wie Nano- und Mikrosystemtechnik und weiß ganz genau Bescheid, was im Inneren von elektronischen Geräten passiert. Mitte der 90er Jahre kam er an die Uni Stuttgart, dort hat er den Lehrstuhl für Mikrosystemtechnik am Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb. Sandmaier interessierte sich schon in jungen Jahren für die Materie: nach dem Abitur hat er in München Elektrotechnik mit dem Schwerpunkt Physik studiert. "Auf meinem Gebiet ändert sich pausenlos etwas und man ist immer an vorderster Front des technischen Fortschritts", sagt er.
Vorlesung Bei der Kinder-Uni erklärt er den Nachwuchsstudenten am Freitag, wie es sein kann, dass Handys und Computer zwar immer kleiner, aber gleichzeitig immer leistungsfähiger werden. Er wird etwas über Mikrosysteme, Sensorik, Aktorik und Mikroelektronik erzählen und zeigen, wie man kleine Teile wie Halbleiterchips, Transistoren und Prozessoren herstellt und wie sie eingesetzt werden.
Kinder-Uni: Was wann wo
Vorlesung Professor Hermann Sandmaier vom Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb an der Universität Stuttgart hält am Freitag, 16 Uhr, die Vorlesung auf dem Campus in Stuttgart-Vaihingen "Warum werden Computer und Handys immer kleiner?".
Anmeldung Jedem angemeldeten Kind wurde ein Studienpaket inklusive Vorlesungsschein zugeschickt. Er gilt als Eintrittskarte, und der Professor kann darauf ein Autogramm geben.
Fortsetzung Die nächste und letzte Kinder-Uni-Vorlesung im Sommersemester findet am Samstag, 9. Juli, um elf Uhr, an der Uni Hohenheim statt. Der Dozent Jan Frank vom Fachgebiet Biofunktionalität und Sicherheit der Lebensmittel erklärt bei der Vorlesung "Warum hat meine Oma Falten?" was eigentlich im Körper passiert, wenn wir älter werden. Es geht um Zellen, Zellkerne, Energie und Baupläne der Natur. Im Anschluss an die Vorlesung können sich die Nachwuchsstudenten beim Tag der offenen Tür an der Uni Hohenheim weiter inspirieren lassen - zum Beispiel auf dem Kindercampus, in den offenen Laboren oder an den Versuchsstationen. Neue Vorlesungen an der Kinder-Uni gibt es dann wieder im kommenden Wintersemester.