Mit Technik vom Mars die Autobahnbrücke untersuchen

Als die unbemannte Nasa-Sonde InSight Ende 2018 auf dem Mars landet, hat sie eine noch nie ausgef¨¹hrte Mission: Sie soll die innere Struktur des Roten Planeten erforschen. M?glich macht dies ein hochempfindliches Seismometer, das von der ETH Z¨¹rich mitentwickelt wurde. Dieses zeichnet feinste Ersch¨¹tterungen auf, die etwa durch Marsbeben oder Meteoriteneinschl?ge verursacht werden.

Doch um die seismischen Daten, die die Mars-Sonde an die Erde schickte, zu entschl¨¹sseln, brauchte es mehr als nur ein Messger?t: Forschende der ETH Z¨¹rich entwickelten daher Modelle und Simulationen, mit deren Hilfe sie von den Daten auf die Struktur des Marsinneren schliessen konnten.  

Einer dieser Forschenden war Christian Boehm: Er und seine Teamkollegen Michael Afanasiev und Lion Krischer erkannten, dass diese Technologie nicht nur auf dem Mars funktioniert und gr¨¹ndeten 2018 das ETH-Spin-off Mondaic. ?Was uns damals erm?glichte, in den Mars hineinzuschauen, hilft uns heute, in Br¨¹cken, Flugzeugteile oder andere Materialien hineinzuschauen, ohne sie aufschneiden oder anbohren zu m¨¹ssen?, erkl?rt der heutige Gesch?ftsf¨¹hrer von Mondaic.

Wellen aus dem Inneren

Das Prinzip hinter der Technologie von Mondaic ist einfach erkl?rt: Eine Welle ¨C ausgel?st etwa durch ein Erdbeben oder ein Ultraschallger?t ¨C bewegt sich durch ein beliebiges Objekt, sei es ein Planet, ein Betonpfeiler oder ein Flugzeugfl¨¹gel. Boehm und sein Team messen dann mit Sensoren, wie das Innere des Objekts das Muster der Welle ver?ndert.  

Diese Daten vergleichen die Ingenieur:innen von Mondaic mit einem digitalen Zwilling des Objekts, der seine physikalischen Eigenschaften abbildet. Boehm erkl?rt den Vorgang anhand einer Pipeline: ?Mit unserer Software simulieren wir zum Beispiel, wie sich eine Ultraschallwelle durch die Pipeline bewegen m¨¹sste, wenn diese nicht besch?digt ist?. Weichen das Wellen-Muster der echten Pipeline von jenem ihres digitalen Zwillings ab, wissen Boehm und sein Team, dass etwas nicht stimmt. So k?nnen sie zum Beispiel berechnen, dass es in der Pipeline Risse geben muss und wo sich diese befinden. 

Vom Forschungscode zum Produkt 

Die Software von Mondaic entstand urspr¨¹nglich im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte an der Professur f¨¹r Seismologie und Wellenphysik von Andreas Fichtner. Doch der Weg vom Code f¨¹r Forschungszwecke zum marktf?higen Produkt war mit zahlreichen Hindernissen gespickt: ?Wir mussten alles neu denken, um die Software stabil und benutzerfreundlich zu machen und die Anwendung vollst?ndig zu automatisieren ¨C von den Messdaten bis zum fertigen Bild?, sagt Mitgr¨¹nder Boehm.  

Mondaics St?rke liegt in der Kombination von pr?ziser Wellenphysik und effizienter Cloud-Technologie. Was fr¨¹her nur auf Hochleistungsrechnern wie jenen am CSCS in Lugano m?glich war, l?sst sich heute in wenigen Minuten in der Cloud berechnen. ?Die Effizienz moderner Cloud-L?sungen macht unsere Technologie auch ausserhalb der Forschung alltagstauglich und wettbewerbsf?hig?, erkl?rt Boehm. 

Heute bietet das ETH-Spin-off nicht nur Software, sondern komplette L?sungen f¨¹r Pr¨¹fungen an ¨C inklusive Sensorik, Cloud-L?sungen und Beratung. So kann die Technologie auch von Personen eingesetzt werden, die ¨¹ber keine Kenntnisse im Bereich Wellenphysik verf¨¹gen. 

Von Pyramiden, Pipelines und Flugzeugen

Das Spektrum m?glicher Anwendungen ist breit und reicht von der Geophysik bis zur ?berwachung von Bauteilen. So haben Forschende mithilfe der Mondaic-Software einen bislang unbekannten Gang in der Cheops-Pyramide in ?gypten entdeckt, das Risiko von Erdbeben berechnet und Nukleartests ¨¹berwacht.  

Doch damit nicht genug. In Deutschland untersucht das Team von Mondaic den Zustand von Br¨¹cken ¨C gemeinsam mit der Bundesanstalt f¨¹r Materialforschung und -pr¨¹fung und der Firma Vallen Systeme. Dabei stehen vor allem Schallemissionsdaten im Fokus. ?Man bezeichnet dieses Verfahren auch gern als Mikro-Seismologie, weil der Riss eines vorgespannten Spannkabels im Innern einer Br¨¹cke wie ein kleines Erdbeben wirkt und wir das mit unserer Software ermitteln k?nnen?, sagt Boehm.

Auch in der Schweiz arbeitet das ETH-Spin-off mit dem Bundesamt f¨¹r Strassen Astra an einem Projekt zur Inspektion von Br¨¹cken. Dabei senden die Ingenieur:innen gezielt Ultraschallwellen durch Br¨¹ckenbauteile und analysieren ihre Muster. So lassen sich Lufteinschl¨¹sse, Wassersch?den oder nicht korrekt verpresste M?rtelstellen fr¨¹hzeitig erkennen und lokalisieren. Dies erm?glicht es den Beh?rden, besch?digte Br¨¹cken rechtzeitig zu sanieren. 

Von der Erde zur¨¹ck auf den Mars? 

Auch in der Luft- und Raumfahrt hat die Technologie von Mondaic Potenzial. Gemeinsam mit der Fachhochschule Nordwestschweiz und Forschenden der ETH Z¨¹rich testeten Boehm und sein Team ein Bauteil aus kohlefaserverst?rktem Kunststoff, wie es etwa in der Aussenh¨¹lle von Flugzeugen verbaut wird. Die Software von Mondaic war in der Lage, Sch?den zu entdecken, die im Zuge der Fertigung entstanden sind. ?Das zeigt das Potenzial unseres Verfahrens f¨¹r die Qualit?tskontrolle von Hightech-Bauteilen?, sagt Boehm.

Was als wissenschaftliches Werkzeug zur Erforschung des Mars begann, tr?gt heute dazu bei, Bauteile und Infrastruktur auf der Erde sicherer zu machen. Doch ganz abgeschlossen hat Boehm mit dem roten Planeten noch nicht: ?Vielleicht fliegt ja eines Tages ein von Mondaic gepr¨¹ftes Bauteil auf den Mars. Bis es so weit ist, haben wir aber hier auf der Erde genug zu tun.?