Werkstoffwissenschaftler Dieter Gruber hat das weltweit erste künstliche Auge entwickelt, das der menschlichen Wahrnehmung entspricht. Damit lassen sich Glanz und Qualität von Materialoberflächen neu bewerten.
Ein Außenspiegel wird für die Automobilindustrie gefertigt. Ein Roboter nimmt das fertige Teil und zeigt es dem künstlichen Auge. Das beurteilt den Glanz des Materials und untersucht die Oberfläche auf kleine Defekte. Der Qualitätstest ist bestanden, der Hersteller liefert dem künftigen Besitzer eines Luxusautos perfekte Qualität. Das gibt es weltweit in dieser Genauigkeit nirgendwo – nur in Leoben. Entwickelt hat die neue Technologie der Physiker Dieter Gruber, der dafür mit zahlreichen Preisen ausgezeichnet wurde und jetzt als Österreicher des Jahres nominiert ist.
Die technischen Naturwissenschaften waren Gruber quasi schon in die Wiege gelegt: Der Vater ist Maschinenbauer, der Onkel hat ihm die Naturwissenschaften nahegebracht. Das Wissen beider begeisterte ihn und so berechnete er bereits als Kind Planetenbahnen.
Dass er in Graz Technische Physik studieren wollte, war schon vor der Matura klar. Die Spezialisierung auf Mathematische Physik und Materialphysik ergab sich durch die Beschäftigung mit Fotovoltaik in seiner Dissertation – eine ideale Qualifikation für einen Werkstoffwissenschaftler. Und so kehrte er nach einem Forschungsaufenthalt im deutschen Freiburg in die Steiermark zurück: diesmal nach Leoben, wo er nun seit über zehn Jahren an der Montanuni und am Polymerkompetenzzentrum PCCL tätig ist.
Wie bringt man ein Roboterauge dazu, zu sehen wie ein Mensch? Voraussetzung für wahrnehmungsnahes maschinelles Sehen sei, zunächst das Wechselspiel zwischen Licht und Material zu verstehen, so Gruber: „Die Materialphysik beeinflusst, wie eine Oberfläche aussieht. Das Licht wird teilweise reflektiert, teilweise dringt es in das Material ein.“ Entscheidend sind also die geometrischen Strukturen des Materials und die Effekte, die es beim Licht auslöst.
Glanz des Materials messen
Um den Glanz eines Materials umfassend zu messen, braucht es eigentlich 16 verschiedene Parameter. Gruber ist es gelungen, mit nur drei Parametern Aussagen über die Qualität einer Oberfläche zu treffen. Damit hat er erstmals die Möglichkeit geschaffen, Defekte mit künstlicher Intelligenz zu erkennen. Der Roboter entdeckt selbst minimale Fehler, die der Mensch mit freiem Auge kaum mehr sieht. So lässt sich auch bei der Herstellung sparen: „Die Spritzgusswerkzeuge lassen sich genauer einstellen, man braucht weniger Energie. Das senkt auch die Kosten“, so Gruber.
Die Methode ist für Oberflächen aller Art geeignet: neben dem Automobilbereich auch für Unterhaltungselektronik wie Handys und Laptops, ebenso wie für Haushaltsgeräte, hoch qualitative Kaffeemaschinen bis zu Fassadenoberflächen in der Baubranche. Und sie kann für andere Materialien als für Kunststoffe eingesetzt werden.
„Es muss nicht alles aus dem Silicon Valley kommen“, sagte kürzlich ein Kollege zu ihm. Und tatsächlich kommt mit dem künstlichen Auge eine Weltneuheit aus der steirischen Mur-Mürz-Furche. Die Überschaubarkeit sei hier ein Vorteil, so Gruber. Kompetenzzentrum, Uni und Industrie arbeiten eng zusammen, die Kommunikationswege sind kurz.
Forscher bleibt Gruber auch in seiner Freizeit: Dann holt er mit seinen beiden Töchtern – sieben und vier Jahre alt – Blätter, Samen oder Rindenstücke aus dem Wald und untersucht sie unter dem Mikroskop. Unter dem Jugendmikroskop, mit dem er selbst als Kind Präparate aus seinem Umfeld begutachtete.