Welche Rekorde gibt es in der Elektronik? Hier gibt es die Übersicht für sie, darunter ein E-Auto im Nanometer-Bereich und einen verrückten Inder. (Bild: Dalle 3 / OpenAI)
Höher, schneller, weiter – seit jeher strebt der Mensch nach Rekorden. Die Elektronik ist da keine Ausnahme. Manche Rekorde sind lustig, andere auf den ersten Blick völlig sinnlos, aber außergewöhnlich sind sie alle. Und es gibt sogar Menschen, die Rekorde im Rekordbrechen suchen und dafür die Elektronik entdeckt haben.
Miniaturisierung am Limit: das kleinste Elektroauto der Welt
Wir haben uns auf die Suche gemacht und Rekorde gesucht, die mit Elektronik zu tun haben. Dabei sind wir natürlich auch in der Elektromobilität fündig geworden, wie das kleinste E-Auto der Welt zeigt. Die Miniaturisierungswelle hat nach der Elektronik nun offensichtlich auch den Fahrzeugbau erfasst. So misst das kleinste Elektroauto der Welt – das zudem über Allradantrieb verfügt – gerade einmal vier mal zwei Nanometer (0,000000002 m). Das entspricht in etwa dem Durchmesser eines DNA-Strangs.
Das winzige Gefährt, das Forscher der Universität Groningen gemeinsam mit Wissenschaftlern der Schweizer Materialforschungsanstalt Empa in Zürich entwickelt haben, besteht aus einem länglichen organischen Molekül als Chassis. Daran gekoppelt sind vier Moleküle, die die Rolle der "Räder" inklusive der Elektromotoren übernehmen. Die Antriebsräder – paddelartige Motormoleküle, die Ben Feringa und seine Kollegen vor einigen Jahren erstmals aus aromatischen Molekülen hergestellt haben – beginnen sich alle in die gleiche Richtung zu drehen. Das kleinste Elektroauto der Welt hat leider keine sehr große Reichweite: Es muss nach jeder halben Radumdrehung erneut mit Strom betankt werden. Das geschieht mittels der Elektronen an der Spitze eines Rastertunnelmikroskops. Die Räder können sich aufgrund ihres molekularen Designs nur in eine Richtung drehen. „Es gibt also auch keinen Rückwärtsgang“, sagt Karl-Heinz Ernst lakonisch, der auch Professor an der Universität Zürich ist.
Universität Münster knackt Weltrekord mit Mini-QR-Code
Die Universität Münster hat mit einem Rekord im Nanobereich für Aufmerksamkeit gesorgt: Der neu entwickelte QR-Code misst nur 5,38 µm² und ist damit etwa siebenmal kleiner als eine menschliche rote Blutzelle. Unter der Leitung von Prof. Dr. Carsten Schuck, Physiker am Department für Quantentechnologie, stellte ein Team diesen QR-Code her, der auf die Website des Departments verweist. Der Code ist zwanzigmal kleiner als der bisherige Rekord, der von einer Forschungsgruppe in Singapur gehalten wurde, und wurde offiziell von Guinness World Records anerkannt.
Die Herstellung erfolgte mithilfe eines Elektronenstrahllithographie-Geräts in den Reinräumen der Münster Nanofabrication Facility (MNF), einem High-Tech-Forschungszentrum an der Universität Münster. Neben der Spitzenforschung in der Quantentechnologie profitieren auch die Studierenden von der modernen Ausstattung. Sie haben im Praktikum Grundlagen der Nanofabrikation die Möglichkeit, eigene nanoskalige QR-Codes herzustellen.
E-Mobilität einmal anders: Mit dem Bobby Car mit fast 150 km/h über den Hockenheimring
Mit fast 150 km/h hat Marcel Paul im August 2023 auf dem Hockenheimring einen ersten Geschwindigkeitsrekord mit einem umgebauten Bobby-Car mit Elektroantrieb aufgestellt. Und das gleich beim ersten Versuch. „Das ist einfach der Hammer, wie in Zurück in die Zukunft“, freut sich der 31-jährige Elektrotechnik-Student. Schließlich war es sein Ziel, die 88 mph (141,62 km/h) zu unterbieten, die der DeLorean aus dem Kultfilm für die Zeitreise benötigt.
Die Durchschnittsgeschwindigkeit von 148,454 km/h, gemessen auf einer Messstrecke von 100 Metern, wurde von Laura Kuchenbecker, der Rekordrichterin des Rekord-Instituts für Deutschland, offiziell anerkannt. Damit hofft der Rennfahrer nun auch auf einen Eintrag ins Guinness-Buch der Rekorde. Der bisherige Rekord in der Kategorie "Schnellstes Ride-on Toy Car (modifiziert)" liegt bei 64,37 km/h.
Dieses zugegeben extreme Beispiel zeigt, wie (angehende) Elektroingenieure mit ihrem Studium die Welt von morgen gestalten können.
Der kleinste Transistor
Professor Thomas Schimmel und sein Forschungsteam am Karlsruher Institut für Technologie haben einen Transistor entwickelt, der mit festen Materialien statt mit flüssigen Elektrolyten arbeitet. Das Besondere: Der Transistor steuert den elektrischen Strom durch die präzise Verschiebung eines einzelnen Atoms. Der Transistor besteht aus zwei mikroskopisch kleinen Metallkontakten mit einem winzigen Spalt, der nicht größer ist als ein einzelnes Silberatom. Durch einen elektrischen Steuerimpuls wird ein einzelnes Silberatom bewegt, das den Stromkreis schließt oder unterbricht . Das Bauelement verwendet einen Gelelektrolyten, der durch Gelieren eines wässrigen Silberelektrolyten mit pyrogener Kieselsäure entsteht. Im Gegensatz zu bestehenden quantenelektronischen Bauelementen funktioniert dieses Gerät bei Raumtemperatur, was es für eine Vielzahl zukünftiger Technologien äußerst praktikabel macht.
Geschwindigkeitsrekord – 275 km/h im Rückwärtsgang
Das war schon unser Video der Woche aus dem November 2023: Dem Supersportwagen Nevera von Rimac ist es fast egal, ob er vorwärts oder rückwärts fährt. Im Gegensatz zu einem Auto mit Verbrennungsmotor oder sogar einigen Elektroautos hat der Antriebsstrang des Nevera kein Getriebe - die vier einzelnen Motoren laufen entweder vorwärts oder rückwärts. Das bedeutet, dass derselbe Antriebsstrang, der in der Lage ist, in 3,21 Sekunden von 0 auf 100 mph (160 km/h) oder in knapp 11 Sekunden von 0 auf 200 mph (320 km/h) zu beschleunigen, auch im Rückwärtsgang eine ähnlich atemberaubende Leistung erbringen kann.
Um das umzusetzen, kehrte der Nevera an den Ort zurück, an dem er Anfang des Jahres an einem einzigen Tag mehr als 20 Beschleunigungs- und Bremsrekorde gebrochen hatte, sowie an den Ort, an dem er seinen Rekord für die Höchstgeschwindigkeit von 412 km/h aufgestellt hatte. Auf der Teststrecke in Papenburg legte Rimac-Testfahrer Goran Drndak den Rückwärtsgang ein und drückte das Gaspedal durch: Der Nevera mit seinen 1914 PS erreichte im Rückwärtsgang eine Höchstgeschwindigkeit von 275,74 km/h (171,34 mph). Ziemlich beeindruckend, den Wagen bei dieser Geschwindigkeit geradeaus und auf der Strecke zu halten!
Der kleinste Teilchenbeschleuniger
Traditionell denkt man bei Teilchenbeschleunigern an riesige Anlagen wie den Large Hadron Collider (LHC) am CERN, die Milliarden kosten und internationale Grenzen überschreiten. Diese Großgeräte dienen der Erforschung fundamentaler Fragen des Universums.
Die Mehrzahl der weltweit mehr als 30.000 Teilchenbeschleuniger wird jedoch für praktischere Anwendungen genutzt, zum Beispiel in der Medizin oder in der Halbleiterei. Der hingegen kleinste bekannte Teilchenbeschleuniger wurde im Oktober 2023 in der Zeitschrift Nature vorgestellt. Er ist so klein, dass er auf eine Münze passt.
Statt wie der LHC Protonen oder Atomkerne zu beschleunigen, konzentriert sich dieser Mini-Beschleuniger auf Elektronen und verwendet dazu eine lineare Anordnung. Frühere lineare Elektronenbeschleuniger wie der Stanford Linear Collider nutzten metallische Hohlräume zur Beschleunigung. Der neue Ansatz verwendet präzise Laserschüsse, eine Methode, die erst in den letzten zehn Jahren durch Fortschritte in der Lasertechnologie praktikabel wurde.
Das innovative Design des Beschleunigers nutzt eine Reihe mikroskopisch kleiner Siliziumsäulen, um Elektronen zu beschleunigen. Diese Technologie ist sehr anspruchsvoll in der Herstellung und nutzt fortschrittliche Methoden der Halbleiterfertigung. Der Beschleuniger ist in der Lage, Elektronen zu beschleunigen, allerdings nur in sehr begrenztem Umfang.
Roboter hält den Weltrekord über 100 Meter
Passend zur Elektronik machen wir auch einen Ausflug in die Robotik. Ein Roboter der Oregon State University namens Cassie hält seit kurzem mit 24,73 Sekunden den Weltrekord im 100-Meter-Sprint - zumindest in der Kategorie der zweibeinigen Laufroboter. Ausschlaggebend für diese Leistung war die spezielle Konstruktion des Roboter-Knies, die einem Vorbild aus der Natur, dem Vogel Strauß, nachempfunden ist. Im Gegensatz zum Menschen klappen Vögel beim Laufen den Fuß nach hinten, während sie das Bein zum Körper ziehen. Eine Konstruktion, die bereits vor 66 Millionen Jahren beim Tyrannosaurus Rex gefunden wurde.
Rekord in der Übertragung optischer Signale
Keysight Technologies und Nokia Bell Labs haben erfolgreich eine 260-GBaud-Übertragung von optischen Signalen über 100 km Standard-Single-Mode-Faser (SSMF) getestet und damit den bisherigen Rekord von 220 GBaud übertroffen. Auf der Messe für faseroptischen Kommunikationstechnik, der ECOC 2022 in Basel, realisierten Nokia Bell Labs und Keysight Technologies gemeinsam mit anderen Forschungspartnern im September die Demo einer kohärenten 260-GBaud-DP-QPSK-Übertragung (Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying) über 100 km Singlemode-Glasfaser. Der bisherige Rekord lag bei 220 GBaud.
Neuer Weltrekord in der optischen Datenübertragung: 402 Terabits pro Sekunde
Ein internationales Forscherteam, angeführt vom Photonic Network Laboratory des National Institute of Information and Communications Technology (NICT) in Japan, hat einen neuen Weltrekord in der optischen Datenübertragung aufgestellt. Sie erreichten eine Übertragungsrate von 402 Terabits pro Sekunde in einem handelsüblichen Glasfaserkabel. Dieser Erfolg wurde durch die Abdeckung aller Übertragungsbänder (O, E, S, C, L, U) im Low-Loss-Fenster der Glasfaser ermöglicht. Dazu wurden sechs Arten von dotierten Faserverstärkern und sowohl diskrete als auch verteilte Raman-Verstärkung eingesetzt. Neuartige optische Verstärkungsgleichrichter ermöglichten den Zugang zu bisher ungenutzten Wellenlängenbereichen. Diese Technologie könnte die Kommunikationskapazität zukünftiger Datendienste erheblich erweitern. Der Rekord wurde auf der 47. International Conference on Optical Fiber Communications (OFC 2024) vorgestellt. Die Forschung zeigt das Potenzial zur Verlängerung der Lebensdauer bestehender Glasfasersysteme durch erhöhte Übertragungskapazitäten. Der Einsatz von Dual-Polarization-Quadrature-Amplitude-Modulation (DP-QAM) mit bis zu 256 Symbolen pro Konstellation war entscheidend für den Erfolg. Die erzielte Datenrate übertrifft den bisherigen Rekord um über 25%. Das Projekt unterstreicht die Bedeutung der Erforschung neuer Verstärkertechnologien und Spektrum-Formungstechniken. Zukünftige Anwendungen könnten den wachsenden Bedarf an Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung adressieren. NICT plant, die Forschung fortzusetzen und die Kompatibilität mit im Feld eingesetzten Glasfasern zu verbessern. Dieser Durchbruch markiert einen bedeutenden Schritt in Richtung der "Beyond 5G"-Ära. Die Ergebnisse versprechen eine erhebliche Steigerung der Leistungsfähigkeit bestehender Kommunikationsinfrastrukturen.
Fünfstellige Anzahl Nachkommastellen: Rekord im Merken von Pi
In der Elektronik spielt die Zahl Pi (π) eine wichtige Rolle für die Berechnung von elektrischen Schaltungen und Signalen. Sie wird beispielsweise verwendet, um die Frequenz von elektrischen Signalen, den Wert der Impedanz von elektrischen Komponenten und Systemen, die Werte von Filterkomponenten und die Phasenverschiebung von elektrischen Signalen zu berechnen. Der aktuelle Weltrekord im Merken von π liegt bei über 70.000 Nachkommastellen. Dies wurde von Rajveer Meena aus Indien im Jahr 2015 aufgestellt. Mehr zur Kreiszahl Pi erfahren Sie in unserer Übersicht anlässlich des Pi-Day am 14.3.
Mit dem Elektroauto: In 0,956 Sekunden von Null auf Hundert
Mit ihrem selbstgebauten Elektrorennwagen Mythen haben Studierende der ETH Zürich und der Hochschule Luzern den bisherigen Beschleunigungsweltrekord gebrochen: Innerhalb von 0,956 Sekunden und 12,3 Metern beschleunigte der Bolide von 0 auf 100 km/h. Damit hat Mythen den bisherigen Beschleunigungsweltrekord für Elektrofahrzeuge gebrochen. Der vorherige Weltrekord von 1,461 Sekunden, aufgestellt im September 2022 von einem Team der Universität Stuttgart, ist damit um mehr als ein Drittel unterboten. Alle Komponenten von Mythen, angefangen von den Leiterplatten (PCB) bis hin zum Chassis und dem Akku, haben die Studierenden selbst entwickelt. Durch den Einsatz von leichtem Carbon und Aluminium-Waben wiegt das Rennauto gerade mal rund 140 kg. Vier selbst entwickelte Radnabenmotoren sowie ein spezieller Antriebsstrang verleihen dem Fahrzeug eine Leistung von 240 kW (326 PS).
Der kleinste Radar der Welt
1992 erfand der amerikanische Elektronikingenieur Tom McEwan das laut Guinness-Buch der Rekorde kleinste Radar der Welt auf einem quadratischen Siliziumchip von 4 cm Kantenlänge, dessen Herstellung weniger als 15 Dollar kostete. Das "Micropower Impulse Radar" (MIR) getaufte Gerät kann sich bewegende Objekte in einer Entfernung von bis zu 50 Metern erkennen.
Der dünnste Photodetektor
Am 9. November 2016 gaben Wissenschaftler des Zentrums für integrierte Nanostrukturphysik des Instituts für Grundlagenforschung in Südkorea bekannt, dass sie einen nur 1,3 Nanometer dünnen Photodetektor entwickelt haben. Dieses Material, bei dem Molybdän zwischen Graphen eingeschlossen ist, kann Licht in elektrischen Strom umwandeln und könnte unter anderem für tragbare Elektronik und intelligente Geräte verwendet werden.
Die meisten Taschenrechner
Die größte Sammlung elektronischer Rechenmaschinen gehört Gerhard Wenzel (Deutschland) und besteht aus 4.113 Stück (Stand: 7. September 2013) in Solingen, Deutschland. Ein Großteil davon ist hier katalogisiert.
Die größte elektronische Grußkarte (und ein Rekord im Rekordhalten)
Die größte elektronische Grußkarte ist 12 Quadratmeter groß und wurde von Ramkumar Sarangapani (Indien) am 18. November 2020 in Dubai, VAE, hergestellt. Für Ramkumar Sarangapani ist allerdings nicht der einzige Rekord. Bereits jetzt hält er mehr als 15 Rekorde. Darunter das größtes Paar Ohrringe (200 Zentimeter), die längste Magnet-Skulptur (75,20 Zentimeter) oder die größte Spielkarte (2,87 Meter). Sechs seiner vielen Rekorde stellt er er sogar an einem einzigen Tag auf. Doch damit soll noch lange nicht Schluss sein. Sein Ziel: 100 Rekorde brechen! Bis dahin ist es jedoch noch ein weiter Weg.