{"id":811,"date":"2026-03-04T10:09:26","date_gmt":"2026-03-04T09:09:26","guid":{"rendered":"https:\/\/iobseu-xejul.wordpress.com\/?p=811"},"modified":"2026-03-04T10:09:26","modified_gmt":"2026-03-04T09:09:26","slug":"die-klange-von-morgen-was-ultraschall-wirklich-kann-und-wer-die-faden-zieht","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/technodidact.de\/en\/die-klange-von-morgen-was-ultraschall-wirklich-kann-und-wer-die-faden-zieht\/","title":{"rendered":"Die Kl\u00e4nge von Morgen: Was Ultraschall wirklich kann \u2013 und wer die F\u00e4den zieht"},"content":{"rendered":"

Wien 1877, eine Wohnung in der Inneren Stadt. Ein Mann sitzt \u00fcber einem seltsamen Apparat aus Walzen und Nadeln. Seine Nachbarn klopfen schon wieder an die Wand \u2013 dieses ewige Gekratze. Dabei versucht er doch nur, die Stimme seiner verstorbenen Mutter festzuhalten. Sein Name ist Jakob, und er hat keine Ahnung, dass er scheitern wird. Aber sein Prinzip \u2013 Schall, den man nicht h\u00f6rt, nutzbar zu machen \u2013 das wird die Welt ver\u00e4ndern.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Mehr als hundert Jahre sp\u00e4ter stehe ich in meiner Werkstatt und halte einen kleinen, unscheinbaren Wandler in der Hand. Aus ihm wird sp\u00e4ter ein Sensor, der durch mehrere Zentimeter Stahl hindurch in eine Kunststoffschmelze h\u00f6rt. Oder ein Ger\u00e4t, das Gewebe so pr\u00e4zise abtastet, dass es Tumore f\u00fchlt, bevor sie im MRT sichtbar werden. Die Geschichte des Ultraschalls ist eine Geschichte der leisen T\u00f6ne mit gewaltiger Wirkung. Und sie ist l\u00e4ngst nicht zu Ende erz\u00e4hlt.<\/p>\n\n\n\n

Die Echolote der Natur<\/h3>\n\n\n\n

Bevor irgendein Ingenieur auch nur daran dachte, Schallwellen zu b\u00e4ndigen, war die Natur l\u00e4ngst weiter. 1794 beobachtete der italienische Wissenschaftler Lazzaro Spallanzani, wie Flederm\u00e4use in v\u00f6lliger Dunkelheit umherflogen, ohne gegen W\u00e4nde zu prallen. Er erkannte: Sie mussten sich mit ihren Rufen orientieren <\/a>. Das Konzept der Echolokation war entdeckt \u2013 nur fehlte noch das Werkzeug, es dem Menschen nutzbar zu machen.<\/p>\n\n\n\n

Dieses Werkzeug kam 1880. In Paris entdeckten die Br\u00fcder Pierre und Jacques Curie den piezoelektrischen Effekt. Bestimmte Kristalle, fanden sie heraus, verformen sich, wenn man sie unter Strom setzt. Und umgekehrt: Dr\u00fcckt man auf sie, erzeugen sie eine elektrische Spannung. In den Laborb\u00fcchern der Curies, die heute in der Biblioth\u00e8que nationale de France liegen, finden sich erste handschriftliche Notizen, die von dieser Umkehrung berichten. Sie hatten das Prinzip des Ultraschallwandlers erfunden, ohne es zu wissen. Erst der Erste Weltkrieg zwang die Technik aus den Laboren: Das Sonar sollte U-Boote aufsp\u00fcren <\/a>. Pl\u00f6tzlich war die Ortung mit Schall keine Naturbeobachtung mehr, sondern milit\u00e4rische Notwendigkeit.<\/p>\n\n\n\n

Der eigentliche Held f\u00fcr uns Medizin-Nutzer aber war ein \u00f6sterreichischer Neurologe. Ende der 1940er Jahre versuchte Karl Dussik, mit Ultraschall das menschliche Gehirn sichtbar zu machen. Seine Ger\u00e4te, die heute im Deutschen R\u00f6ntgenmuseum in Lennep stehen, wirken wie Monstrosit\u00e4ten \u2013 riesige Wannen, in die der Patient den Kopf legte, w\u00e4hrend Oszilloskope zittrige Linien zeichneten <\/a>. Dussik nannte es „Hyperphonographie“. Die Bilder waren schlecht, die Methode umstritten. Aber der Funke war \u00fcbergesprungen.<\/p>\n\n\n\n

Das Herzst\u00fcck: Wie wir Gewebe f\u00fchlen lernen<\/h3>\n\n\n\n

Jahrzehntelang war Ultraschall ein zweidimensionales Graustufenbild. Wir sahen die Umrisse der Organe, die Bewegungen des ungeborenen Kindes. Aber wir f\u00fchlten nicht, was darin vorging. Dabei ist die Konsistenz eines Gewebes der \u00e4lteste Diagnostiker der Welt. Ein Arzt tastet mit den Fingern, ob eine Schwellung hart oder weich ist. Ein harter Knoten in der Brust \u2013 das ist der erste Alarm.<\/p>\n\n\n\n

Genau hier setzt die Idee an, die alles ver\u00e4ndert hat. Die Scherwellenelastographie, kurz SWE. Die Geschichte dahinter ist eine von T\u00fcftlern, die verstanden haben, dass man Gewebe nicht nur sehen, sondern auch „h\u00f6ren“ muss.<\/p>\n\n\n\n

Die physikalische Grundlage ist simpel und genial zugleich: Herk\u00f6mmlicher Ultraschall nutzt Longitudinalwellen \u2013 sie schwingen in Ausbreitungsrichtung und werden an Gewebegrenzen reflektiert. Ein Tumor aber unterscheidet sich oft nicht in der Form<\/em>, sondern in der Steifigkeit<\/em> vom gesunden Gewebe. Und Steifigkeit misst man am besten mit Transversalwellen \u2013 den langsamen Scherwellen, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingen. Problem: Sie entstehen nur, wenn man das Gewebe kurz und kr\u00e4ftig „anstupst“.<\/p>\n\n\n\n

In den 2000er Jahren t\u00fcftelten franz\u00f6sische Forscher an einer L\u00f6sung. Die Patentschrift, die ich mir vor einiger Zeit angesehen habe (US 2007\/0106178 A1), beschreibt ein Verfahren namens „Supersonic Shear Imaging“ (SSI). Der Clou: Statt eines einzelnen Ultraschallpulses erzeugen sie durch geschickte Phasensteuerung der Piezo-Elemente eine Art \u00dcberschallknall im Gewebe. Eine Sto\u00dffront, die sich durchs Organ bewegt und dabei Scherwellen erzeugt. Gleichzeitig wird mit extrem hoher Bildrate \u2013 \u00fcber 10.000 Bilder pro Sekunde \u2013 gemessen, wie schnell diese Scherwellen durchs Gewebe wandern <\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Warum ist das so genial? Weil die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Scherwelle direkt mit der Steifigkeit zusammenh\u00e4ngt. Ein harter Tumor leitet die Welle schneller weiter als weiches Fettgewebe. Die Forscher um Micka\u00ebl Tanter und Mathias Fink, die daf\u00fcr 2021 die Eduard-Rhein-Stiftung ausgezeichnet wurden, haben die Mathematik dahinter so weit getrieben, dass das System in Echtzeit eine farbige Landkarte der Gewebeh\u00e4rte auf den Monitor legt. Rot f\u00fcr hart, blau f\u00fcr weich. Der Arzt sieht nicht nur den Tumor, er f\u00fchlt<\/em> ihn mit den Augen <\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Die leisen Riesen der Industrie<\/h3>\n\n\n\n

W\u00e4hrend die Medizin an Bildern feilt, h\u00f6rt die Industrie l\u00e4ngst auf andere Frequenzen. Nehmen wir ein \u00f6sterreichisches Start-up namens Moldsonics. Die Gr\u00fcnder, ausgehend von der Johannes Kepler Universit\u00e4t Linz, haben sich gefragt: Warum m\u00fcssen wir immer warten, bis ein Spritzgussbauteil fertig ist und wir dann den Ausschuss messen? K\u00f6nnen wir nicht w\u00e4hrend<\/em> des Prozesses hineinh\u00f6ren?<\/p>\n\n\n\n

Ihr Sensor, nicht gr\u00f6\u00dfer als ein Fingerhut, wird in eine Sacklochbohrung des Spritzgusswerkzeugs gesetzt. Er sendet Ultraschallimpulse durch mehrere Zentimeter Stahl hindurch direkt in die z\u00e4hfl\u00fcssige Kunststoffschmelze. Die Herausforderung: Kunststoff d\u00e4mpft Schall extrem. Nur etwa drei Prozent der Energie kehren als Echo zur\u00fcck <\/a>. Aber in diesem schwachen Signal steckt eine immense Informationsdichte. Der Sensor misst, wie schnell die Schmelze flie\u00dft, wo die Erstarrungsfront genau verl\u00e4uft und wie stark das Bauteil beim Abk\u00fchlen schrumpft.<\/p>\n\n\n\n

Das ist keine Spielerei. Wenn man damit den Verschlei\u00df der F\u00f6rderschnecke im Extruder live \u00fcberwachen kann \u2013 mit einer Genauigkeit von 0,05 Millimetern \u2013 dann wei\u00df man, wann man sie austauschen muss, bevor sie bricht. Ein Schneckenbruch, das habe ich mir von einem Kunststofftechniker erkl\u00e4ren lassen, kann eine ganze Produktionslinie f\u00fcr Wochen lahmlegen. Die Energie, die man spart, indem man genau den richtigen Zeitpunkt f\u00fcr die Wartung erwischt, ist immens. Moldsonics spricht von einem Beitrag zur „Defossilisierung“ \u2013 denn die beste Energie ist die, die man gar nicht erst verbraucht, weil der Ausschuss ausbleibt <\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Die Zukunft klingt anders<\/h3>\n\n\n\n

Aber was kommt noch? Was sind die Zukunfts-Kl\u00e4nge, die heute in den Forschungslaboren entstehen? Ich habe mich durch aktuelle Projekte gew\u00fchlt und drei Entwicklungen gefunden, die zeigen, wohin die Reise geht.<\/p>\n\n\n\n

1. Die Hybriden aus Dresden<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Im Fraunhofer IKTS in Dresden t\u00fcfteln sie an einem radikalen Umbau der Ultraschalltechnik. Das Projekt „HybridEcho“ klingt nach Science-Fiction, ist aber harte Ingenieursarbeit. Die Idee: Bisher nutzen wir f\u00fcr medizinischen Ultraschall dieselben Piezo-Kristalle zum Senden und Empfangen. Das ist, als w\u00fcrdest du mit einem Schraubenzieher sowohl schrauben als auch die Schrauben z\u00e4hlen wollen \u2013 ein Kompromiss.<\/p>\n\n\n\n

Die Dresdner kombinieren jetzt hochleistungsf\u00e4hige Piezo-Sender mit winzigen MEMS-basierten Empf\u00e4ngern (cMUTs), die aus der Halbleiterindustrie kommen. Die Sender peitschen das Gewebe mit Schallwellen, die Empf\u00e4nger lauschen mit h\u00f6chster Empfindlichkeit. Gleichzeitig zapfen sie Methoden aus der 5G- und 6G-Telekommunikation an: MIMO, also mehrere Sender und Empf\u00e4nger, die gleichzeitig und mit kodierten Signalen arbeiten. Der 5,6-Millionen-Euro-F\u00f6rderbescheid der S\u00e4chsischen Aufbaubank ist noch warm, aber die ersten Demonstrator-Chips, die einen Millimeter breit sind und mit unter 50 Volt Spannung auskommen, sind bereits in Betrieb <\/a>. Ziel ist eine Bildgebung, die nicht nur sieht, sondern das Gewebe quasi „abtastet“ mit einer Aufl\u00f6sung, die heute undenkbar ist.<\/p>\n\n\n\n

2. Der Druck, den man nicht sieht<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Die aufregendste Nachricht der letzten Monate kam aber aus Kanada. An der Concordia University in Montreal hat eine Gruppe um Muthukumaran Packirisamy ein Verfahren entwickelt, das sie „Direct Sound Printing“ nennen. Stell dir vor, du nimmst eine Wanne mit fl\u00fcssigem Kunstharz. In dieser Wanne erzeugst du mit fokussiertem Ultraschall mikroskopisch kleine Bl\u00e4schen. In diesen Bl\u00e4schen, die nur wenige Mikrometer gro\u00df sind, entsteht f\u00fcr den Bruchteil einer Pikosekunde ein extremes Umfeld: Temperaturen um 15.000 Grad Celsius, Dr\u00fccke von \u00fcber 1000 Bar. Das ist hei\u00dfer als die Oberfl\u00e4che der Sonne <\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Und genau dort<\/em>, in dieser kosmischen Gewalt, wird das fl\u00fcssige Harz schlagartig fest. Die Forscher nennen es „Kavitations-chemische Reaktion“. Indem sie den Ultraschallfokus durch die Fl\u00fcssigkeit bewegen, k\u00f6nnen sie dreidimensionale Strukturen aufbauen \u2013 Pixel f\u00fcr Pixel, Schicht f\u00fcr Schicht. In der Fachzeitschrift Nature Communications<\/em> zeigen sie, wie sie damit winzige Figuren aus dem Polymer PDMS drucken <\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Was mich als Techniker so umhaut, ist nicht nur die Pr\u00e4zision. Es ist die M\u00f6glichkeit, die dahintersteckt. Weil Ultraschall W\u00e4nde durchdringt, k\u00f6nnte man eines Tages in einem versiegelten Reaktor ein Bauteil nachdrucken, ohne ihn \u00f6ffnen zu m\u00fcssen. Oder \u2013 und das ist der wirklich k\u00fchne Gedanke \u2013 in einem menschlichen K\u00f6rper direkt am Ort der Verletzung neues Gewebe oder Implantate entstehen lassen. „Wir wollten Ultraschall nutzen, um etwas zu erschaffen, nicht zu zerst\u00f6ren“, sagt Packirisamy in einem Interview <\/a>. Das ist eine Haltung, die mir gef\u00e4llt.<\/p>\n\n\n\n

3. Die Sensibilit\u00e4t des Digitalen Zwillings<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Und dann ist da noch der Blick auf die unsichtbaren Helden: die Schichten, aus denen die Wandler bestehen. Das Fraunhofer FEP in Dresden arbeitet im Projekt „DigiMatUs“ daran, die Herstellung dieser piezoelektrischen D\u00fcnnschichten zu digitalisieren. Es geht um Materialien wie Aluminiumnitrid, die auf wenige Mikrometer d\u00fcnn aufgebracht werden, damit sie sp\u00e4ter mit immer h\u00f6heren Frequenzen schwingen. H\u00f6here Frequenz bedeutet bessere Aufl\u00f6sung. Ein digitaler Zwilling des Beschichtungsprozesses soll vorhersagen, wie sich die kleinste \u00c4nderung der Kathodenspannung oder der Substrattemperatur auf die sp\u00e4tere Kristallstruktur auswirkt <\/a>. Das ist die Akribie des Ingenieurs, die daf\u00fcr sorgt, dass die gro\u00dfen Visionen nicht an der Fertigung scheitern.<\/p>\n\n\n\n

Was bleibt<\/h3>\n\n\n\n

Ich denke zur\u00fcck an Jakob in seiner Wiener Wohnung, der verzweifelt versuchte, die Stimme seiner Mutter zu bannen. Er ist gescheitert, weil die Technik noch nicht reif war. Aber sein Traum, dem Schall Geheimnisse zu entrei\u00dfen, lebt in jedem Ultraschallkopf, der heute \u00fcber einen Bauch gef\u00fchrt wird, in jedem Sensor, der in eine Spritzgussmaschine fl\u00fcstert, und in jedem Labor, das daran arbeitet, mit 15.000 Grad hei\u00dfen Bl\u00e4schen die Medizin zu revolutionieren.<\/p>\n\n\n\n

Der Ultraschall hat drei Leben: Er begann als Echo der Fledermaus, wurde zum Auge des Arztes und ist heute dabei, zur Hand des Chirurgen und zum Ohr des Ingenieurs zu werden. Die Maschine, der Wandler, die Schwingung \u2013 sie sind nur die Buchstaben. Die Geschichte aber ist die von Menschen, die nicht aufh\u00f6ren konnten zu fragen: Was passiert, wenn wir ganz genau hinh\u00f6ren?<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Wien 1877, eine Wohnung in der Inneren Stadt. Ein Mann sitzt \u00fcber einem seltsamen Apparat aus Walzen und Nadeln. Seine Nachbarn klopfen schon wieder an die Wand \u2013 dieses ewige Gekratze. Dabei versucht er doch nur, die Stimme seiner verstorbenen Mutter festzuhalten. Sein Name ist Jakob, und er hat keine Ahnung, dass er scheitern wird. […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[11,20,35],"tags":[],"class_list":["post-811","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-aus-dem-bauch-heraus","category-industrie-4-0-sensorik","category-technisch"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/811","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=811"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/811\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=811"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=811"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=811"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}