Breitformatiges Bild, das Rekorde in der Elektronik darstellt, mit verschiedenen elektronischen Bauteilen wie Mikrochips und Leiterplatten, einem Elektroauto und einem Symbol f├╝r Rekorde, wie einem Pokal, zur Veranschaulichung von Fortschritt und Spitzenleistungen in der Elektronikbranche."

Welche Rekorde gibt es in der Elektronik? Hier gibt es die ├ťbersicht f├╝r sie, darunter ein E-Auto im Nanometer-Bereich und einen verr├╝ckten Inder. (Bild: Dalle 3 / OpenAI)

H├Âher, schneller, weiter ÔÇô seit jeher strebt der Mensch nach Rekorden. Die Elektronik ist da keine Ausnahme. Manche Rekorde sind lustig, andere auf den ersten Blick v├Âllig sinnlos, aber au├čergew├Âhnlich sind sie alle. Und es gibt sogar Menschen, die Rekorde im Rekordbrechen suchen und daf├╝r 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 nat├╝rlich auch in der Elektromobilit├Ąt f├╝ndig 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 ÔÇô das zudem ├╝ber Allradantrieb verf├╝gt ÔÇô gerade einmal vier mal zwei Nanometer (0,000000002 m). Das entspricht in etwa dem Durchmesser eines DNA-Strangs.

Das winzige Gef├Ąhrt, das Forscher der Universit├Ąt Groningen gemeinsam mit Wissenschaftlern der Schweizer Materialforschungsanstalt Empa in Z├╝rich entwickelt haben, besteht aus einem l├Ąnglichen organischen Molek├╝l als Chassis. Daran gekoppelt sind vier Molek├╝le, die die Rolle der "R├Ąder" inklusive der Elektromotoren ├╝bernehmen. Die Antriebsr├Ąder ÔÇô paddelartige Motormolek├╝le, die Ben Feringa und seine Kollegen vor einigen Jahren erstmals aus aromatischen Molek├╝len hergestellt haben ÔÇô beginnen sich alle in die gleiche Richtung zu drehen. Das kleinste Elektroauto der Welt hat leider keine sehr gro├če Reichweite: Es muss nach jeder halben Radumdrehung erneut mit Strom betankt werden. Das geschieht mittels der Elektronen an der Spitze eines Rastertunnelmikroskops. Die R├Ąder k├Ânnen sich aufgrund ihres molekularen Designs nur in eine Richtung drehen. ÔÇ×Es gibt also auch keinen R├╝ckw├ĄrtsgangÔÇť, sagt Karl-Heinz Ernst lakonisch, der auch Professor an der Universit├Ąt Z├╝rich ist.

das kleinste E-Auto der Welt
Das Nano-Auto, das urspr├╝nglich von Ben Feringa und dessen Arbeitsgruppe an der Universit├Ąt Groningen entwickelt wurde, ist 4 x 2 Nanometer gro├č ÔÇô rund eine Milliarde Mal kleiner als ein VW Golf ÔÇô und f├Ąhrt auf vier elektrisch angetriebenen R├Ądern nahezu geradlinig ├╝ber eine Kupferoberfl├Ąche. Empaforscher Karl-Heinz Ernst hatte die Idee, Elektronen anstelle von Licht zu benutzen, um das Auto in Bewegung zu setzen. (Bild: Empa)

E-Mobilit├Ąt einmal anders: Mit dem Bobby Car mit fast 150 km/h ├╝ber 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. ÔÇ×Das ist einfach der Hammer, wie in Zur├╝ck in die ZukunftÔÇť, freut sich der 31-j├Ąhrige Elektrotechnik-Student. Schlie├člich war es sein Ziel, die 88 mph (141,62 km/h) zu unterbieten, die der DeLorean aus dem Kultfilm f├╝r die Zeitreise ben├Âtigt.

Die Durchschnittsgeschwindigkeit von 148,454 km/h, gemessen auf einer Messstrecke von 100 Metern, wurde von Laura Kuchenbecker, der Rekordrichterin des Rekord-Instituts f├╝r 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 k├Ânnen.

Der kleinste Transistor

Professor Thomas Schimmel und sein Forschungsteam am Karlsruher Institut f├╝r Technologie haben einen Transistor entwickelt, der mit festen Materialien statt mit fl├╝ssigen Elektrolyten arbeitet. Das Besondere: Der Transistor steuert den elektrischen Strom durch die pr├Ązise Verschiebung eines einzelnen Atoms. Der Transistor besteht aus zwei mikroskopisch kleinen Metallkontakten mit einem winzigen Spalt, der nicht gr├Â├čer ist als ein einzelnes Silberatom. Durch einen elektrischen Steuerimpuls wird ein einzelnes Silberatom bewegt, das den Stromkreis schlie├čt oder unterbricht . Das Bauelement verwendet einen Gelelektrolyten, der durch Gelieren eines w├Ąssrigen Silberelektrolyten mit pyrogener Kiesels├Ąure entsteht. Im Gegensatz zu bestehenden quantenelektronischen Bauelementen funktioniert dieses Ger├Ąt bei Raumtemperatur, was es f├╝r eine Vielzahl zuk├╝nftiger Technologien ├Ąu├čerst praktikabel macht.

Die Grenze der Miniaturisierung erreicht der Einzelatom-Transistor, der in einem Gel-Elektrolyten funktioniert.
Die Grenze der Miniaturisierung erreicht der Einzelatom-Transistor, der in einem Gel-Elektrolyten funktioniert. (Bild: Arbeitsgruppe Professor Thomas Schimmel/KIT)

Geschwindigkeitsrekord ÔÇô 275 km/h im R├╝ckw├Ąrtsgang

Das war schon unser Video der Woche aus dem November 2023: Dem Supersportwagen Nevera von Rimac ist es fast egal, ob er vorw├Ąrts oder r├╝ckw├Ąrts f├Ąhrt. Im Gegensatz zu einem Auto mit Verbrennungsmotor oder sogar einigen Elektroautos hat der Antriebsstrang des Nevera kein Getriebe - die vier einzelnen Motoren laufen entweder vorw├Ąrts oder r├╝ckw├Ąrts. 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 R├╝ckw├Ąrtsgang eine ├Ąhnlich atemberaubende Leistung erbringen kann.

Um das umzusetzen, kehrte der Nevera an den Ort zur├╝ck, 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 f├╝r die H├Âchstgeschwindigkeit von 412 km/h aufgestellt hatte. Auf der Teststrecke in Papenburg legte Rimac-Testfahrer Goran Drndak den R├╝ckw├Ąrtsgang ein und dr├╝ckte das Gaspedal durch: Der Nevera mit seinen 1914 PS erreichte im R├╝ckw├Ąrtsgang eine H├Âchstgeschwindigkeit 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 ├╝berschreiten. Diese Gro├čger├Ąte dienen der Erforschung fundamentaler Fragen des Universums.

Die Mehrzahl der weltweit mehr als 30.000 Teilchenbeschleuniger wird jedoch f├╝r 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 M├╝nze passt.

Statt wie der LHC Protonen oder Atomkerne zu beschleunigen, konzentriert sich dieser Mini-Beschleuniger auf Elektronen und verwendet dazu eine lineare Anordnung. Fr├╝here lineare Elektronenbeschleuniger wie der Stanford Linear Collider nutzten metallische Hohlr├Ąume zur Beschleunigung. Der neue Ansatz verwendet pr├Ązise Lasersch├╝sse, 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 Siliziums├Ąulen, 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.

Ein Mikrochip mit elektronenbeschleunigenden Strukturen im Vergleich zu einer 1-Cent-M├╝nze.
Ein Mikrochip mit elektronenbeschleunigenden Strukturen im Vergleich zu einer 1-Cent-M├╝nze. (Bild: FAU/Laserphysik, Stefanie Kraus, Julian Litze)

Roboter h├Ąlt den Weltrekord ├╝ber 100 Meter

Passend zur Elektronik machen wir auch einen Ausflug in die Robotik. Ein Roboter der Oregon State University namens Cassie h├Ąlt seit kurzem mit 24,73 Sekunden den Weltrekord im 100-Meter-Sprint - zumindest in der Kategorie der zweibeinigen Laufroboter. Ausschlaggebend f├╝r diese Leistung war die spezielle Konstruktion des Roboter-Knies, die einem Vorbild aus der Natur, dem Vogel Strau├č, nachempfunden ist. Im Gegensatz zum Menschen klappen V├Âgel beim Laufen den Fu├č nach hinten, w├Ąhrend sie das Bein zum K├Ârper ziehen. Eine Konstruktion, die bereits vor 66 Millionen Jahren beim Tyrannosaurus Rex gefunden wurde.

 

Rekord in der ├ťbertragung optischer Signale

Keysight Technologies und Nokia Bell Labs haben erfolgreich eine 260-GBaud-├ťbertragung von optischen Signalen ├╝ber 100 km Standard-Single-Mode-Faser (SSMF) getestet und damit den bisherigen Rekord von 220 GBaud ├╝bertroffen. Auf der Messe f├╝r faseroptischen Kommunikationstechnik, der ECOC 2022 in Basel, realisierten Nokia Bell Labs und Keysight Technologies gemeinsam mit anderen Forschungspartnern im September die Demo einer koh├Ąrenten 260-GBaud-DP-QPSK-├ťbertragung (Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying) ├╝ber 100 km Singlemode-Glasfaser. Der bisherige Rekord lag bei 220 GBaud.

Neuer Weltrekord in der optischen Daten├╝bertragung: 402 Terabits pro Sekunde

Ein internationales Forscherteam, angef├╝hrt vom Photonic Network Laboratory des National Institute of Information and Communications Technology (NICT) in Japan, hat einen neuen Weltrekord in der optischen Daten├╝bertragung aufgestellt. Sie erreichten eine ├ťbertragungsrate von 402 Terabits pro Sekunde in einem handels├╝blichen Glasfaserkabel. Dieser Erfolg wurde durch die Abdeckung aller ├ťbertragungsb├Ąnder (O, E, S, C, L, U) im Low-Loss-Fenster der Glasfaser erm├Âglicht. Dazu wurden sechs Arten von dotierten Faserverst├Ąrkern und sowohl diskrete als auch verteilte Raman-Verst├Ąrkung eingesetzt. Neuartige optische Verst├Ąrkungsgleichrichter erm├Âglichten den Zugang zu bisher ungenutzten Wellenl├Ąngenbereichen. Diese Technologie k├Ânnte die Kommunikationskapazit├Ąt zuk├╝nftiger Datendienste erheblich erweitern. Der Rekord wurde auf der 47. International Conference on Optical Fiber Communications (OFC 2024) vorgestellt. Die Forschung zeigt das Potenzial zur Verl├Ąngerung der Lebensdauer bestehender Glasfasersysteme durch erh├Âhte ├ťbertragungskapazit├Ąten. Der Einsatz von Dual-Polarization-Quadrature-Amplitude-Modulation (DP-QAM) mit bis zu 256 Symbolen pro Konstellation war entscheidend f├╝r den Erfolg. Die erzielte Datenrate ├╝bertrifft den bisherigen Rekord um ├╝ber 25%. Das Projekt unterstreicht die Bedeutung der Erforschung neuer Verst├Ąrkertechnologien und Spektrum-Formungstechniken. Zuk├╝nftige Anwendungen k├Ânnten den wachsenden Bedarf an Hochgeschwindigkeits-Daten├╝bertragung adressieren. NICT plant, die Forschung fortzusetzen und die Kompatibilit├Ąt 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 Leistungsf├Ąhigkeit bestehender Kommunikationsinfrastrukturen.

F├╝nfstellige Anzahl Nachkommastellen: Rekord im Merken von Pi

In der Elektronik spielt die Zahl Pi (¤Ç) eine wichtige Rolle f├╝r 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 ¤Ç liegt bei ├╝ber 70.000 Nachkommastellen. Dies wurde von Rajveer Meena aus Indien im Jahr 2015 aufgestellt. Mehr zur Kreiszahl Pi erfahren Sie in unserer ├ťbersicht anl├Ąsslich 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 Z├╝rich 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 f├╝r Elektrofahrzeuge gebrochen. Der vorherige Weltrekord von 1,461 Sekunden, aufgestellt im September 2022 von einem Team der Universit├Ąt 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).

 
Kleinster Radar
(Bild: Lawrence Livermore National Laboratory)

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 Kantenl├Ąnge, dessen Herstellung weniger als 15 Dollar kostete. Das "Micropower Impulse Radar" (MIR) getaufte Ger├Ąt kann sich bewegende Objekte in einer Entfernung von bis zu 50 Metern erkennen.

Der d├╝nnste Photodetektor

Am 9. November 2016 gaben Wissenschaftler des Zentrums f├╝r integrierte Nanostrukturphysik des Instituts f├╝r Grundlagenforschung in S├╝dkorea bekannt, dass sie einen nur 1,3 Nanometer d├╝nnen Photodetektor entwickelt haben. Dieses Material, bei dem Molybd├Ąn zwischen Graphen eingeschlossen ist, kann Licht in elektrischen Strom umwandeln und k├Ânnte unter anderem f├╝r tragbare Elektronik und intelligente Ger├Ąte verwendet werden.

Schematische Seitenansicht des Bauelements mit einer MoS2-Monoschicht zwischen der oberen (GrT) und unteren (GrB) Graphenelektrode. L├Âcher (rote Teilchen) und Elektronen (blaue Teilchen) werden mit einem 514-nm-Laser in der MoS2-Monoschicht erzeugt und auf die obere und untere Graphenelektrode ├╝bertragen.
Schematische Seitenansicht des Bauelements mit einer MoS2-Monoschicht zwischen der oberen (GrT) und unteren (GrB) Graphenelektrode. L├Âcher (rote Teilchen) und Elektronen (blaue Teilchen) werden mit einem 514-nm-Laser in der MoS2-Monoschicht erzeugt und auf die obere und untere Graphenelektrode ├╝bertragen. (Bild: Aus https://www.nature.com/articles/ncomms13278)

Die meisten Taschenrechner

Die gr├Â├čte Sammlung elektronischer Rechenmaschinen geh├Ârt Gerhard Wenzel (Deutschland) und besteht aus 4.113 St├╝ck (Stand: 7. September 2013) in Solingen, Deutschland. Ein Gro├čteil davon ist hier katalogisiert.

Die gr├Â├čte elektronische Gru├čkarte (und ein Rekord im Rekordhalten)

Die gr├Â├čte elektronische Gru├čkarte ist 12 Quadratmeter gro├č und wurde von Ramkumar Sarangapani (Indien) am 18. November 2020 in Dubai, VAE, hergestellt. F├╝r Ramkumar Sarangapani ist allerdings nicht der einzige Rekord. Bereits jetzt h├Ąlt er mehr als 15 Rekorde. Darunter das gr├Â├čtes Paar Ohrringe (200 Zentimeter), die l├Ąngste Magnet-Skulptur (75,20 Zentimeter) oder die gr├Â├čte 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.

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