Dynamo 50

D E T B L I ’ R T I L N O G E T

50

09

17

DA N M A R K S TE K N I S KE U N I VE RS I TE T

K V AK N T E T E K N O L O G I V A N T E T E K N O L O G I K VKKAVVNAATNNETTTEEETTKEENKKONNLOOOLLGOOIGGI I K V A N T E T E K N O L O G I K VA N T E T E K N O LO G I TE M A

Tidligere levede den en stille tilværelse i fysikernes laboratorier.

Nu er kvantemekanikken genstand fra stor opmærksomhed.

Kvanterne kan nemlig udnyttes kommercielt.

KO M IN D E N FOR I EN NY

VINDTUNNEL KO M M ED TIL

TEKNOLOGITOPMØDE DT U U N D E RSØGER:

INN OVATI ONS FONDENS DI RE KTØ R:

”Vi ønsker at bevare den stærke danske forskning inden for kvanteteknologi.”

Blødt vand i vandhanen M E D ICIN FABRIKKER:

BAKTERIEJAGT PÅ CHRISTIANIA

02

LE DE R

IN D H O L D

15 KVA NTETEKNOLOGI

Kvantesamfundets fortrop Med et nyt grundforskningscenter og et tværgående center, Quantum DTU, er DTU klar til forskning og uddannelse 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.

Anders Bjarklev Rektor

04

17 KVA NTETEKNOLOGI

Kvantecomputere kræver ny kryptering

IN D U S T R I 4 . 0

DTU inviterer til teknologitopmøde

11

Kvantecomputeren er ikke lige om hjørnet.

Men data bør alligevel krypteres, som om den var, siger fysikere.

NYT OM FO RS K N IN G S BAS E RE T R ÅD G IVN IN G

High Tech Summit løber af stablen på DTU i Lyngby d. 20. og 21. september. Der er gratis adgang for gæster.

12

10

FO RS K N IN G S G R AF IK

TEM A KVANTE TE KN O LO G I

08 IN D U S T R I 4 . 0

Maskiner kompenserer selv for slitage Forskningssamarbejde gør Siemens klar til digitaliseringen.

DET GLOBALE KVANTEKAPLØB ER I GANG Nu skal den udfordrende kvantemekanik udnyttes kommercielt i form af nye teknologier til gavn for samfundet.

DYNAM O

50 09

1 7

03

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

23 LY DFO RSKN I NG

Nyt værktøj forbedrer både akustik og arbejdsmiljø

30

38

S U N D H E D S TE K N O LO G I

INTE RVIE W

Alarm giver epileptikere tryghed

’Vi skal satse massivt på efteruddannelse’

Omfattende forskning og modellering af kroppens bevægelser ligger bag en ny epilepsialarm.

Livslang læring er løsningen på nogle af digitaliseringens udfordringer, siger DTU-dekan.

Avancerede studier i DTU’s lydlaboratorium danner baggrund for, at man kan beregne akustikken i mindre rum.

33 N Y T O M U D DAN N E LS E

40 N Y T O M S TART UPS

28

44 BAGSID EN

Vi zoomer ind på ... tjah, hvad er det?

41

KI G I N DE N FO R PÅ DT U

ANT IBIOT I KA RESISTENS

Kom med ind i den nye, nationale vindtunnel.

Forskere jagter fremtidens antibiotika i Christianias muld De leder efter jordbakterier, som kan trænes til at producere antibiotiske stoffer.

22 NY T OM FORS KNIN G

26 LYDFO RSKN I NG

Hør lyden i den nye bygning – inden den er bygget

34 M IL JØTE K N O LO G I

Diamanter sporer kræft

Vandværkerne vil gøre vandet blødt – men det er ikke helt simpelt

Kvantesensorer kan bane vejen for bedre behandling.

Efter omfattende undersøgelser er Hofor nu klar til at afkalke vandet på Brøndby­ vester Vandværk.

20 KVANTETEKNOLOGI

Arkitekter kan nu foretage akustikberegninger samtidig med de første skitser.

04

I NDUST RI 4.0

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. h i g hte ch sum m it.d k

DI G I TAL I S ER I N G

DY N A M O

50

09

17

DTU

05

DTU inviterer til teknologitopmøde Universitetets nyskabelse High Tech Summit kombinerer industrimesse med demonstration af teknologi, match­ making og debat om den digitale omstilling. Forventninger­ ne er høje hos de mange virksomheder, som deltager.

M o rt en A n d ers en Sh u t t ersto c k , D a nfo s s , Terma , Sc h n eid er E l ec t ric

S

å 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 uover­ skueligt.”

06

IN D U S T R I 4 . 0

DI G I TAL I S ER I N G

DYNA MO

50

09

17

DAN FO S S :

Omstilling, ikke revolution

D

anfoss 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.”

TE R M A :

Alliancer med startups er vigtige

M

ed 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.”

PREBEN SCHMIDT NIELSEN, TERMA

”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.

”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.”

DTU

07

”Vi er jo et land med rela­ tivt høje produktionsom­ kostninger. Det kan vi kun retfærdiggøre ved at være teknologisk i front.”

SØREN DUVIER, SCHNEIDER ELECTRIC

S C H N EI D E R E LE C TRI C :

Pokémon for industrien

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.”

H

os 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.” a rk Bern h a rd R i i s, p ro j e k t le d e r, M DTU Co mp u t e , m b e r i @ d t u . d k

08

I NDUST RI 4.0

DI G I TAL I S ER I N G

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 DTU-forskere udviklet nye metoder, så ­værktøjsmaskiner til industriproduktion automatisk kan kompensere for slid.

Det næste skridt bliver, at maskinerne selv kan bestille tid til reparation.

An ne K irste n F re d e riksen D i mitrio s Pap age o rgio u

C

omputerstyrede 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

Nominal operation 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

DY N A M O

50

09

17

DTU

Ideal State-of-the-art State-of-the-art Nonlinear control Nonlinear control Precision Bounds Precision Bounds Ideal

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.

”Perspektiverne er enorme, når vi taler om industrimaskiner, der kan gøre opmærksom på, hvornår der er behov for at tilkalde en tekniker.” 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

Wear developed

Maskinens drift under slitage

Skematisk model af hvordan en industri­ maskine, 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.

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

MOGENS BLANKE, PROFESSOR, DTU ELEKTRO

09

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. o g en s Bl a n ke , p rofe sso r, DT U Ele k t ro , M mb @ el ek t ro . dt u . d k

FORSKNI NG SG RAF I K

DATAV I S UALI S E R I N G

DY N A M O

50

09

15

15

14

14

TELEFONEN VISER SØVN­ MØNSTRE

13

DTU

13

12

12

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

23

22

21

20

19

18

17

D en vid en s ka b el ig e a rt ikel b a g u n d ers ø g el s en Sen s ib l eSl eep ka n l æ s es p å ko rt l in k . d k / r2 a 6

16

MÅLING OVER EN MÅNED

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

23

22 A n d re a C u to n n e, Per Bæk g aa rd

10

11

T I D S P U N K T PÅ D Ø G N E T

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.

11

T I D S P U N K T PÅ D Ø G N E T

17

21

20

19

18

To re V i n d J e n se n

10

17

16

MÅLING OVER 20 DAGE

FORS KNI NGS BAS ERET RÅ DGI V NI NG

NYHE D E R

DY N A M O

50

09

17

11

DTU

Miljøvenligt lys i fyret I 1800-tallet 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 erstat­ tet det roterende lys med en kæde af blinkende LED-lys, 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 1800-tallet hav­ de 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 alver­ dens storbyer, nemlig trængslen.

Han skal undersøge, hvilke faktorer der påvirker pendle­ res 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

ud på vejene inden for samme tidsrum; alene i hovedstadsom­ rådet 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 Uni­ versity of South Australia, som er førende inden for forskning i baggrunden for menneskers valg.

Kortlink.dk/qtyg

DTU-forskere bag EU’s nye nanotest EU’s regulering af kemiske stoffer, REACH, blev i juni opdateret med et nyt sæt retningslinjer for, hvordan man bedst gennemfører test af nanoma­ terialer for miljøeffekter. De nye vejledninger er i høj grad baseret på arbejde udført på DTU Miljø.

Forskere fra DTU Miljø er forfattere eller medfor­ fattere på 9 af de 35 videnskabelige artikler, og de er den mest citerede forskergruppe i retnings­ linjerne fra Det Europæiske Kemikalieagentur.

blev løsningen, og Peder Klit og labora­ torieingeniør 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 DTU-forsker­ ne må rejse ud og tilpasse deres løsning til hvert enkelt fyr. Og det kommer de måske til at fortsætte med et godt styk­ ke 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.

Ko rt l in k . d k / q t ym

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 interna­ tionale organisation USEtox, der udvikler et værktøj til vurdering af kemikaliers virkning på miljø og menneskers sundhed – og arbej­ der på at skabe konsensus i hele verden om at bruge værktøjet i livscyklusvurderinger af produkter og systemer. Med USEtox-mo­ dellen kan virksomheder analysere, hvor­ dan 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 kemi­ kalier i miljøet, som bekymrer os. Foreløbig rummer modellen data for ca. 3000 kemika­ lier, 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.

Ko r t l i n k. d k/ q t ye

M a ria n n e Va n g Ry d e

DT U M e ka n i k

12

KVA NTE TE KN O LO GI

TE MA

DTU

15 Kvantesamf undets fo rtro p 17 Kvanteco mputere kræver ny kryptering 20 Diamanter spo rer kræf t

NEDTÆLLI NG: 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, hvil­ ket 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 be­ fandt 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: D TU PODCAST MED PROFESSOR ULRIK LUND ANDERSEN, LEDER AF GRUNDFORSKNINGSCENTRET MAKROSKOPISK KVANTETEKNOLOGI OG AF DET TVÆRFAGLIGE CENTER QUANTUMDTU. HØR HELE PODCASTEN PÅ DTU.DK/PODCAST.

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

DY N A M O

50

09

17

DTU

13

1897: J.J. Thomson opdager elektronen

1900: Den tyske fysiker Max Planck foreslår, at lyset består af små ’pakker’ elektromagnetisk energi (kaldet kvanter).

investerer i deciderede satsninger, heriblandt Canada, Storbritannien, Tyskland, USA og Kina.

Lotte K ru ll All O ve r P re ss

F

ra at have levet en stille tilværelse i fysikernes laboratorier, gemt af vejen som grundforskning og eksperimentelle forsøgsopstillinger, er kvantemekanikken på kun få år blevet genstand for stor opmærksomhed fra andre end fysikerne: Der bliver nu bejlet til kvantemekanikken fra mange brancher fra alle verdenshjørner. Virksomheder og nationer investerer massivt i området. Målet er at være blandt de første til at udnytte nye gennembrud i kvantemekanikken til kommercielle formål. Der skal med andre ord laves ’big business’

ved at udvikle ny teknologi baseret på kvantemekanik: sensorer, computere og kryptering – for bare at nævne nogle af de kvantebaserede teknologier, der er på vej.

Microsoft er en af de virksomheder, der øger investeringerne i forskning og udvikling af kvanteteknologi. Virksomheden har forsket i kvanteteknologi i mere end 10 år, men i de seneste år er der blevet skruet op for blusset. Ifølge New York Times er der tale om, at Microsoft investerer et betragteligt beløb. Om baggrunden for investeringerne i kvanteteknologi siger Charlotte Mark, administrerende direktør for Microsoft Development Center Copenhagen: ”Vi er dér nu, hvor vi er gået fra ren grundforskning til, at vi ser en mulighed for at gå ind og rent faktisk udvikle en kvantecomputer og tilhørende programmeringssprog.

Det er jo sådan med grundforskning, at man ikke nødvendigvis ved, om man kan få et produkt ud af det. Det tror vi på nu.”

Google, Intel, IBM og Toshiba er også blandt de virksomheder, der skruer op for investeringerne i udvikling af kvanteteknologi. Samtidig rykker flere lande ind med offentlige midler, hvor nogle lande

Højprofileret EU-forskning I april 2016 annoncerede EU-Kommissionen, at kvanteteknologi bliver EU’s tredje ’flagship’ – dvs. et højprofileret investeringsområde inden for forskning og udvikling (de to øvrige flagships er The Graphene Flagship og The Human Brain Project Flagship).

Kommissionen lægger op til, at EU samlet skal investere en milliard euro i kvanteteknologi. Styregruppen, der tilrettelægger det nye flagship, som skal påbegyndes i 2019, beskriver den stigende interesse for kvanteteknologi som et ’globalt kapløb’.

Udviklingen i disse år kaldes for den anden kvanterevolution, hvor den første revolution var, da man fandt ud af at udnytte kvantemekanik til banebrydende teknologier som laseren og transistoren. I denne anden kvanterevolution er det nu blevet muligt at designe nye kvantesystemer på partikelniveau

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.

14

KVA NTE TE KN O LO GI

TEM A

Qubiz

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 – Quantum In­ novation 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 Universi­ tet samt godt 20 industripartnere.

Centret samler forskere og industri, der arbejder med kommercialisering af kvantetekno­ logi inden for bl.a. kommunikation, computing, mate­ rialevidenskab og detektering.

Centret har tre videnskabe­ lige 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 Grund­ forskningsfond 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: N EW 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.

DY N A M O

50

09

17

DTU

15

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 energi­ tilstande. Han opstiller endvidere matrixmekanikken, der beskriver kvantesystemer som partikler.

KVANTESAMFUNDETS FORTROP

Et nyt grundforskningscenter på DTU skal sikre Danmark en førende inter­na­ tional 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.

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.

M o rt en A n d ers en J o a c h im Ro d e

F

or 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

16

KVANTE TE KNOLOG I

TEM A

DY N A M O

50

09

17

DTU

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.

kompetencer fra ti insitutter på tværs af universitetet. Centret har fokus på kvantesensorer og -kommunikation og vil positionere DTU i front inden for forskning og uddannelse i kvanteteknologi.

Uforklarligt ud fra klassisk fysik Kvantemekanikken udfordrer vores evner til at tænke abstrakt. For eksempel er det accepteret i kvantemekanikken, at en partikel kan være i såkaldt superposition – det vil sige, at den befinder sig flere steder på det samme tidspunkt.

Måler man positionen ved et eksperiment, får man ganske vist kun én bestemt position, men dette antages at være en egenskab ved selve målingen – det ændrer ikke

1926: Erwin Schrödinger udvikler en ny atom­teori – teorien om bølgemekanikken, der beskriver kvante­ systemer som bølger.

1926: Den østrigske fysiker Erwin Schrödinger formulerer ’Schrödingerligningen’, som beskriver et atomart systems energi­ tilstande.

ved, at partiklen faktisk befandt sig to eller flere steder på samme tidspunkt. Tilsvarende tillader kvantemekanikken også, at et atom befinder sig i to forskellige energitilstande på det samme tidspunkt.

Desuden er det et centralt element i kvantemekanikken, at elementar­ partikler ikke blot har masse og ladning, men også ’spin’, som ikke kan forklares ud fra den klassiske fysik. Hidtil har de kvantemekaniske fænomener især haft interesse for fysikere, men i de seneste år er ingeniørerne også kommet på banen, i takt med at der tegner sig en række praktiske anvendelser. ”For eksempel vil computere, der udnytter kvantemekaniske fænomener, kunne løse ekstremt komplicerede opgaver, som almindelige computere aldrig vil kunne løse,” siger Ulrik Lund Andersen.

Stort potentiale for dansk industri Man regner med, at kvante­ computere tidligst vil være en realitet om 10 år. Imidlertid vil en række andre kvanteteknologier blive klar inden da, understreger Ulrik Lund Andersen: ”På DTU Fysik arbejder vi hovedsageligt med udvikling af kvanteteknologi, der garanterer sikker dataoverførsel, og kvantesensorer, der tillader ekstremt præcise målinger. Ud over at vi selv er stærke på de to områder, er der den fordel, at de begge er tæt

på det kommercielle marked. Det bliver sandsynligvis her, vi kommer til at se de første produkter og nye virksomheder baseret på kvantemekanik.”

Ulrik Lund Andersen pointerer, at netop de to kvanteteknologier til henholdsvis sikker kommunikation og bedre sensorer også er grundlæggende for udviklingen af kvantecomputeren. l rik L u n d A n d ers en , p rofes s o r, U DTU F ys ik , u l rik . a n d ers en @ f ys ik . d t u . d k l ric h Bu s k H of f, p o std o c , DTU F ys ik , U d a g l ig l ed er af Qu a nt u m DTU , u l ric h . h of f @ f ys ik . d t u . d k e mere om grundforskningscentret S Makroskopisk kvanteteknologi på kortlink.dk/qzed e mere o m d et t væ rf a g l ig e c ent er p å S q u a nt u m. d t u . d k

KVANTE K RY PTE R IN G

17

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.

”De nødvendige protokoller er udviklet. Der kan være et produkt på markedet inden for få år,” siger han.

M o rt en A n d ers en To b ia s Geh rin g , A l l Over P res s

B

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.

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

18

KVA NTE TE KN O LO GI

TEM A

p

p RNG

DAQ

RNG q

q PBS

PBS

PD

EOM

λ/4

λ/2

50/50

λ/2

Untrusted relay

Alice

p

p

q

q PBS

PBS

PBS

EOM λ/4

2

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.

PBS

EOM

EOM λ/2

π/

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.

PD

λ/2 EOM: electro-optical modulator

RNG

RNG

Bob 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.

PBS: polarizing beamsplitter PD: photodetector DAQ: data acquisition RNG: random number generator

Measurement device independent-­ kryptering 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

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.”

DY N A M O

50

09

17

19

DTU

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:

Blandt de danske virksomheder er det især Cryptomathic, som udvikler kryptering, samt NKT Photonics, der udvikler lyskilder til optisk kommunikation, som er interessante. Desuden har projektet internationale partnere i form af Østrigs Teknologiske Institut (AIT), University of California, Santa Barbara (UCSB) og University of York. Vejen frem vil især afhænge af markedet, siger Tobias Gehring: ”Vi mangler stadig at producere noget hardware, men det er ikke den egentlige stopklods. Den virkelige barriere er, at kunderne, der skal anskaffe sig kvantekryptering, endnu ikke har opdaget, at de har et problem.” o b ias G e h ring, adjunkt, DTU Fysik, T to b ias.ge hring@f ysik.dtu.dk

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.

20

KVANTE TE KNOLOG I

TE M A

Det er livsvigtigt at vide, om en kræftbehandling er 100 pct. effektiv eller kun 99,9 pct.

Kvantemekaniske fænomener i diamanter hjælper læger med at se forskellen.

DIAMANTER SPORER KRÆFT M o rte n An d e rse n J o nas Ne e rgaard -N ie lsen, S e p e h r Ahm ad i, Al l Over Press

M

an skulle ikke tro, at diamanter havde noget med kræftbehandling at gøre. Men faktisk kan de forbedre patienternes chance for overlevelse. ”Med traditionelle teknikker er det næsten umuligt at fastslå, om en kræftbehandling har været 100 pct. eller 99,9 pct. effektiv.

Forskellen kan have store konsekvenser, fordi man risikerer, at selv et lille antal overlevende kræftceller spreder sig i kroppen. En kvantemekanisk diamantsensor vil være så følsom, at vi kan finde selv ganske få kræftceller blandt en stor mængde raske celler,” siger lektor Alexander Huck, DTU Fysik.

Diamanterne er dog ikke købt hos en juveler. De er kunstigt fremstillede, og på overfladen er de forsynet med et mikrometertyndt lag med de særlige egenskaber, der er nødvendige for målingerne.

Metoden bygger på magnetiske biomarkører, som er i stand til at binde sig til kræftceller, men ikke til raske celler. Dette er i sig selv en kendt metode. Det svære kommer

først nu: For selvom man har skabt en karakteristisk magnetisk forskel på de to typer af celler, kræver det en ekstremt følsom sensor at bestemme så svage magnetfelter som dem, der er omkring hver enkelt markør. Alexander Huck illustrerer: ”Det mest kendte eksempel på en magnetfeltsensor er et kompas.

Kompasset er jo følsomt over for Jordens magnetfelt. Det reagerer på forskelle i størrelsesordenen 30-40 mikrotesla. De forskelle, som vi interesserer os for i forbindelse med cancerdiagnostik, er i størrelsesordenen et par snese nanotesla.”

En mikrotesla (10-6 tesla) er tusind nanotesla (10-9 tesla). Med

andre ord skal de nye sensorer som minimum have tusind gange så høj følsomhed som et almindeligt kompas.

Grønt lys ind, rødt lys ud Diamantsensoren giver en opløsning på ca. 1 mikrometer. ”Det er tilstrækkeligt til, at vi kan skelne biologiske celler. Vi håber, at vi vil kunne afsløre og isolere enkelte cancerceller blandt en million raske celler. Måske endda blandt 10 millioner raske celler,” siger Alexander Huck.

Men hvorfor benytter man netop diamanter til at undersøge magnetfeltet? Diamanter består af kulstofatomer, der sidder i et fast tredimensionalt mønster. En helt ren diamant vekselvirker ikke med magnetfelter og ville derfor være uegnet som sensor. Imidlertid har Alexander Huck i samarbejde med forskere fra universiteterne i Ulm og Leipzig indarbejdet defekter i diamanterne. I hver defekt er et kulstofatom erstattet af et nitrogenatom. Ændringen skaber samtidig huller i gitteret af kulstofatomer, hvor enkelte kulstofatomer mangler. Diamanten varmes derpå op til ca. 800 grader.

Det får hullerne til at bevæge sig gennem strukturen, indtil de er ved siden af et nitrogenatom. Derefter

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.

KILDER: ’KVANTEMEKANIKKENS FØDSEL’ AF PER HEDEGÅRD, ’KVANTEMEKANIKKEN’ AF BENNY LAUTRUP, GYLDENDAL DEN STORE DANSKE, ’KØBENHAVNERFORTOLKNINGEN’ AF FINN AASERUD V. NIELS BOHR INSTITUTET, ’DEN MAGELØSE KVANTEMEKANIK’ AF HELGE KRAGH.

DY N A M O

50

09

17

DTU

21

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

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.

Ph.d.-studerende 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.” l ex a n d er H u c k , le k to r, DT U Fy si k , A a l ex a n d er. h u c k @ f y si k . d t u . d k

22

FO RSKN I NG

NY H EDER

DY N A M O

50

09

17

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.

Læ s h e le h isto rie n på kortlink.dk/r3sg, hvor der også er link t il d en vid e n skab e l ige artikel i Nature om projektet.

Nu kan antibiotika­resistens afsløres hurtigere

Forskere fra DTU Biosustain har fundet en ny metode til hurtigt og effektivt at identificere resi­ stensgener hos patienter for at sikre den bedste antibiotikabe­ handling. Modstandsdygtighed over for antibiotika – resistens – opstår, fordi sygdomsfrem­ 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 forskergrup­ pe på DTU Biosustain har nu opfundet en ny, hurtig metode til at finde resistensgener i tar­ men. I dag tager det dage eller

uger at få resultaterne af en resistensanalyse, og i mellemti­ den er patienten måske blevet alvorligt syg, hvis det valgte antibiotikum ikke dur. Metoden bygger på en gen-analyse af mikroberne i afføringen, som udføres ved hjælp af en lille, billig DNA-sekventeringsma­ skine. 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 . d k / r3 rn

Lotte K rull, Ann e Wärm e Lykke, Morten Garly Andersen,

HJÆLPER NASA MED AT UNDERSØGE JUPITER 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.

L æ s h el e h isto rien p å ko rt l in k . d k / r3 rh

All Over P res s , N a n o p o re Tec h n o l o g ies , N a s a

DTU

LY D FO RS K N IN G

AUR AL I S ER I N G ER

Nyt værktøj forbedrer både akustik og arbejdsmiljø Et akustisk simuleringsværktøj gør det lettere at beregne og arbejde med akustikken i mindre rum som f.eks. klasseværelser og kontorer.

Mariann e Ry d e DTU , Al l O ve r P re ss

N

år 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

23

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: ”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

24

LYDFORSKNI NG

AU R ALI S E R I N G E R

DTU

”Vi arbejder oftest med korte tidshorisonter, så vi var glade for at kunne inddrage DTU i dette mere langsigtede forskningsprojekt.”

E RL I N G N I L S S O N , A K U S T I K S P E C I AL I S T, E CO P H O N

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

var glade for at kunne inddrage DTU i dette mere langsigtede forskningsprojekt,” siger Erling Nilsson, akustik­ specialist 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

DY N A M O

50

09

17

25

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.

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-

Udviklingen af det nye værktøj til optimering af lyd i mindre rum er bl.a. foregået i DTU’s lydlaboratorium.

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. ”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. erd M a rb jerg , p o std o c , DT U Ele k t ro , G g h ma r@ el ek t ro . d t u . d k

26

LYDFO RSKN I NG

AUR AL I S ER I N G

Fremover vil Henning Larsen Architects benytte akustik­ beregninger allerede i de første skitser til nyt byggeri.

Hør lyden i den nye bygning – inden den er bygget An ne K irste n F re d e riksen H enn in g Larse n Arch ite c ts

T

raditionelt 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-

DY N A M O

50

09

17

DTU

27

”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.”

J ACO B S T RØ M A N N - A N D E R S E N , PA RT N E R , H E N N I N G L A R S E N A RC H I TE C T S

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.” in n u r P in d , ph . d . -st u d e re n d e , DT U Ele k t ro , F f k p jo @ el ek t ro. d t u . d k

28

KI G I NDE N FOR P Ã… DT U

V I N DT U N N E L

T HOMAS HJORT JENSEN

DY N A M O

50

09

17

DTU

29

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.

L æ s mere o m vin d t u n n e le n p å ko r t li n k . d k / r 2 a 2

30

S U N D H E D S TE K N O LO G I

B I O M ED I C I NS K S I G NALBE HA ND LI NG

Alarm giver epileptikere Læger, forskere og en virksomhed har i samarbejde udviklet en alarm, der letter hverdagen for patienter og pårørende.

E

pileptiske 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

b

5

5

0

0

-5

-5 50

100

150

200

0

50

60

40

40

20

20

0

50

100 150 Time [s]

150

200

0

50

150 100 Time [s]

100

100

50

50

0

200

0

50

100

150

200

c

60

200

b 150

d

60

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,

150

Frequency [Hz]

Frequency [Hz]

c

100

I s a Co n ra d se n , Pe d e r Hj u lm a n d S ø b y

a Acceleration [m/s2]

sEMG [mV]]

a

0

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.

M o rt e n A n d e r se n

0

40

20

20

50

ILLUSTRATIONER FIGURERNE ER FRA ISA CONRADSENS PH.D.-AFHANDLING ’DETECTION OF EPILEPTIC SEIZURES WITH MULTI-MODAL SIGNAL PROCESSING’ PÅ DTU ELEKTRO.

100 150 Time [s]

50

200

0

100

150

200

100 150 Time [s]

200

d

60

40

0

0

50

DYN AMO

50

09

17

DTU

31

tryghed 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

ben og krop. Sensorerne målte muskel­ aktiviteter, 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

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) Angular velocity [rad/s]

a

.. .

b

ACM23(l)

30

30

ACM1(l) or ACM2(l)

20

20

ACM 23(l)(l) ANG

10

10

ANG 1(l) EMG 1(l)

0

0

ANG EMG 23(l) 14(l)

0

50

100

150

200

c

60 Frequency [Hz]

40

20

20

50

100 150 Time [s]

. ...

200

0

Feature extraction

x(n ( )

Classification

Feature extraction

x(n ( )

Classification

23

oror

.. .. ..

0

50

100

150

200

yˆ i yˆ i

yˆ i yˆ i

or

EMG1(l)

d

60

40

0

ANG .. 1(l)

.. .

EMG14(l)

50

100 150 Time [s]

200

Simulated seizure Unused

Simulated seizure Unused

Normal activity y ((60 sec))

Normal activity y ((60 sec))

0 0

0 0

32

S U N D H E D S TE K N O LO G I

somheden stadig ikke helt klar til bred markedsføring og eksport. ”Vi har solgt et mindre antal produkter. Kunderne er typisk epilepsi­ patienter, 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.

”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.

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.

Sundhedsteknologi kræver tålmodighed Hvis alarmen bliver en succes, vil det være oplagt at udvikle algoritmer, der kan opdage flere typer af epilepsi­ anfald. ”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 befolk­ ning har epilepsi, dvs. ca. 50.000 personer. Næst efter hovedpine er epilepsi den hyppigste neurolo­ giske lidelse. Ved et epilepsianfald kan man miste kontrol­ len helt eller delvist over sin krop. På verdensplan har ca.

40 mio. mennesker epilepsi.

”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.”

I S A C O N R A D S E N , C L I N I C A L R E S E A R C H M A N A G E R , I C TA L C A R E

B I O M ED I C I NS K S I G NALBE HA ND LI NG

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.” el g e B. D . Sø ren s e n , le k to r M S K, DT U H E l ek t ro , h b s @ el ek t ro . d t u . d k o rs k n in g en b a g e p i le p si a la r m e n e r o mt a lt F i N at u re. L æ s a rt i k le n h e r : ko r t li n k . d k / r 2 q 8

U DDANNELS E

DNA-VIDEN TIL HELE VERDEN Nu kan studerende verden over nyde godt af DTU’s kompetencer inden for såkaldt helgenomsekven­ tering – en metode, som hurtigt og relativt billigt kan kortlægge mikroorganis­ mers totale DNA-profil ved hjælp af onlineredskaber.

Teknikken har revolutioneret måden, hvorpå sygdomme bliver påvist og udbrud bliver efterforsket – og DTU’s for­ skere er verdensførende på området. DTU Fødevareinsti­ tuttet står nu bag en såkaldt MOOC, et onlinekursus via den internationale udbyder af e-læringskurser 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 online-studiegrupper.

NY HE D E R

DY N A M O

50

09

17

33

DTU

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 kandidatstuderen­ de 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 uddannel­ sestilbud, der betyder, at Center for Arktisk Teknologi er vokset ud af sine tidligere lokaler hos Tech College Greenland i Sisi­ miut. Centret er derfor flyttet i nye lokaler i Sisimiut, men samarbejdet med Tech College Greenland fortsætter. e mere o m d e a r k t i ske u d d a n S n el s er p å ko r t li n k . d k / r 3 f a

e m e re o m DTU’s forskning S i h e lge no m se kventering på ko rtlin k.d k/ r3fr e m e re o m uddannelsen på S Co u rse ras h je mmeside her: ko rtlin k.d k/ r3fp

Undervisning får inter­ national anerkendelse

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.

S e m e re o m årets optag på kortlink.dk/r3fn

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 risiko­ vurdering af nyudviklede materialer, som f.eks. er baseret på nanoteknologi. e d en vid en s ka b el ig e a r t i ke l i Nat u re Na n o ­ S t ec h n o l o g y p å ko rt l in k . d k/ r 3 f w

Miriam Meist er, Sa b in a A s k h o l m L a rs en , Lot t e K ru l l , A n n e K irst en F red erik s en

Sa b in a A s k h o lm L a r se n , M i ka l S c h lo sse r

34

M I LJ ØTE KNOLOG I

D R I K KE VA N D

DY NAM O

50

09

17

DTU

35

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 Mariann e Ry d e S canp ix , S hu tte rstoc k, DTU Miljø

D

et 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 pellet­ reaktor, 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

36

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.

M IL JØTE K N O LO G I

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 kalk­ indholdets 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

D RI K KE VA ND

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

DY N A M O

50

09

17

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. Pellet­ reaktoren 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 fungerer den pelletreaktor, som Hofor vil bruge til at blødgøre hovedstadens vand.

Blødt vand ud

Desinficeret sand

NaOH ind

Sand ind

Hårdt vand ind

Dysebund

Pellets ud

DTU

Sådan vil Hofor fjerne kalk fra drikkevandet I Brøndby Kommune skal kalken fjernes med en teknolo­ gi, der kaldes en pellet­reaktor. Prin­ cippet er, at man pumper grundvan­ det ind i et rør og tilsætter en base, typisk natriumhy­ droxid, NaOH, for at forhøje pH-vær­ dien – 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 blødgjor­ te vand føres over i en beholder, hvor det justeres ned til normal pH med CO2.

37

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. a n s - J ø rg en A lb re c ht se n , p rofe sso r, H DTU M il jø , h a n a @ e nv. d t u . d k erit Go d s kes e n , p o std o c , DT U M i lj ø , B b erg @ env. d t u . d k a rt in Ryg a a rd , le k to r, DT U M i lj ø , M mryg @ env. d t u . d k

38

LI VSLANG LÆ RI NG

He n rik Larse n Jo ach im Ro d e

A

rbejdsmarkedet 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.

I NTE RV I E W

’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. h il ip J . Bin n ing, d e ka n , DT U , P d t u - g ra d u at ede a n @ d t u . d k

DY NAM O

50

09

17

DTU

39

Efteruddannelse på DTU

efteruddannelse’

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 DI PLO M UDDA NNELSER 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 MA STER UDDA NNELSER Kompetencegivende uddannelser på kandidat­niveau, som kobler teori og praksis. Uddannelserne er tilrettelagt, så man kan deltage sideløbende med erhvervsarbejde. Undervisningen er forsknings­ baseret 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 L æ s mere o m d e en kel t e t il b ud o g ef t e r u d d a n n e lse s­ o rd n in g er p å d t u . d k / ef t eru d da n n e lse

40

STA RT UP S

NY H EDER

Algoritme forudsiger hjerteanfald

DY N A M O

50

09

17

Overskudsbrød bliver til bæredygtig pasta

En idé udviklet af studerende på DTU forvandler letfordærveligt, daggam­ melt overskudsbrød til langtidsholdbar, DTU-startuppen Corti har udviklet en algo­ bæredygtig pasta. Idéen er udviklet for ritme, der ved hjælp af kunstig intelligens organisationen Det Runde Bord, der be­ og maskinindlæring kan forudsige, om en spiser socialt udsatte med overskudsmad patient snart vil få et hjerteanfald. Det kan og derved også reducerer madspild. Idéen lade sig gøre ved at lytte til telefonsamtaler er blevet til på et kursus i innovation, hvor mellem patienter og læger, der taler sammen bl.a. forskere fra DTU Fødevareinstituttet under nødsituationer. Virksomheden samar­ underviser. Pastaen har flere fordele: bejder med danske sundhedsmyndigheder i Den indeholder færre kulhydrater samt Region Hovedstaden, og løsningen har vist mere protein og fedt end sig at kunne forudsige 95 pct. almindelig pasta, og så kan af fremtidige hjerteanfald. Til den reducere Det Runde sammenligning kan læger for­ Bords udgifter til indkøb af udsige 73 pct. af de fremtidige de store mængder pasta, hjerteanfald baseret på samta­ organisationen bruger, når ler med 1.000 patienter. der laves lasagne med andre patentideer er indberettet overskudsprodukter. c ort il a b s . co m

80 på DTU siden 1. januar 2017

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. n o rd icfirefl y .co m

Ch ristina Tæ kke r

Nordic Firefly, T Kaare Smith

Tech-entreprenørernes lege­ plads bliver tre gange så stor Med en donation på 80 mio. kr. fra Den A.P. Møllerske Støttefond udvider DTU sit studenterinno­ vationshus, 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.

DTU

A NTIBIOTIK ARESISTEN S

M ED I C I N FA B R I K KE R

41

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 Anne Wärme Ly k ke Pep Charusanti

V

ed 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.

42

A NT I B I OT I KA RE SI STE NS

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. ” P E P C H A R U S A N T I , F O R S KE R , D T U B I O S U S TA I N

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

M E D IC INFAB R I K KER

DY N A M O

50

09

17

DTU

43

Vær med i jagten på at finde fremtidens antibiotika

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. ep C h a ru s a nt i, fo rs ker, DTU Bio s u st a in , P p ec h a @ b io s u st a in . d t u . d k

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 (2-5 gram) i en lille plastikpose. Sørg for at grave et par centimeter ned i jorden, før du tager prø­ ven. Den øverste del af jordlaget kan nemlig være ’forurenet’ med jord fra andre steder.

2) BESKRIV på en følgeseddel, hvor prø­ ven er taget henne (sted og by), eller skriv GPS-koordinaterne ned. De er lette at finde via en smartphone. Skriv evt. din e-mail­ adresse, 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.

ZOOM

S TA M ERS KONTOR

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.

DY N A M O

50

09

17