Interview

Optische Systeme sind die Augen für das Internet der Dinge

Industrie 4.0 ist in aller Munde und die Digitalisierung in der Optik bringt neben Chancen auch neue Herausforderungen. Forschungsorganisator Mlynek gab uns einen Ausblick auf bewegende Themen in den Optischen Technologien.

Herr Prof. Mlynek, nach zehn Jahren als Chef der Helmholtz-Gemeinschaft widmen Sie sich seit Herbst 2015 neuen Herausforderungen. Wie sehen Sie rückblickend die Zeit bei der Helmholtz-Gemeinschaft und welche neuen Aufgabengebiete haben Sie sich vorgenommen?

Prof. Mlynek Die Helmholtz-Gemeinschaft ist die Dachorganisation der großen deutschen Forschungszentren. Mit 40 000 Mitarbeitern und einem Jahresbudget von 4 Milliarden Euro  stand für mich die Wahrnehmung strategisch wichtiger nationaler Forschungsziele im Vordergrund, etwa im Energie- und Gesundheitsbereich. Nach dem Motto „think big, act big“ gehörte dazu auch der Bau und Betrieb einzigartiger großer Forschungsinfrastrukturen wie Synchrotrons, Beschleuniger, Reaktoren, Flugzeuge, Forschungsschiffe usw. Das waren spannende Jahre! Jetzt bin ich wieder da, wo ich angefangen habe: Physikprofessor an der Universität und ich geniesse es. Ich kann mich erneut meiner alten Leidenschaft, der Quantenoptik, widmen und habe wieder Zeit für Diskussionen mit Studierenden und Doktoranden.

Sie sind u. a. Vorsitzender des Programmkomitees des ZEISS Symposiums 2016. Was kann man unter dem Motto des Symposiums „Optics in the digital world“ verstehen?

Prof. Mlynek Wir leben im Zeitalter der Digitalisierung, des Internet und Big Data, der Verknüpfung der realen und der virtuellen Welt. Diese Entwicklung betrifft natürlich auch die Optik, und zwar in verschiedener Hinsicht. Zum einen wird im sogenannten „computational imaging“ optische Funktionalität durch digitale Softwarekomponenten ersetzt: Stichwort Bildverarbeitung. Zum anderen stellt die Optik die Daten bereit, die digital ausgewertet werden: Stichwort „machine learning“. Anders ausgedrückt: Wenn die Datenzentren das Gehirn des Internet der Dinge sind, dann sind optische Sensoren und Systeme ihre Augen. Genau diese Themen stehen daher auch im Fokus des ZEISS Symposiums.

1998 gab es eine Studie unter dem Titel „Harnessing Light: Optical Science and Engineering for the 21st Century”. Welche Hauptergebnisse daraus sind eingetreten und was sind fast 20 Jahre später noch aktuelle Themen?

Prof. Mlynek Die Harnessing Light-Studie von 1998 wurde vom National Research Council der USA und damit von den National Academies erstellt. Dies ist eine in den USA typische Vorgehensweise wenn es um Handlungsbedarf auf für das Land strategisch wichtigen Forschungsfeldern geht. Hierzu gehörten optische Informations- und Kommunikationstechnologien, Anwendungen der Optik in Medizin und Biologie, Fragen der Sensorik, Beleuchtung und Energieeffizienz, auf Optik und Photonik basierende Herstellungstechniken einschließlich optischer Komponenten und Systeme selbst und – für die USA immer ein wichtiges Thema – die Bedeutung der Optik für Militär und nationale Sicherheit. Über die Jahre gab es solche Studien auch für Deutschland und Europa, mit ganz ähnlichen Themenfeldern. Unterm Strich kann man sagen: alle der genannten Gebiete sind nach wie vor aktuell. Licht gehört zu den Schlüsseltechnologien der Zukunft.

Welche neuen Themen sind hinzugekommen, die von den Optischen Technologien adressiert werden?

Prof. Mlynek Die Anwendungsfelder von Licht haben sich weiterentwickelt und ausdifferenziert. Dies gilt für alle genannten Felder wie Kommunikation, Sensorik, Beleuchtung, Produktionsverfahren, Medizintechnik oder Energie. „Optische Autobahnen“ durch Lichtfasern erlauben das heutige Internet, mit modernsten Laserverfahren wird die Augenheilkunde weiterentwickelt, Leuchtdioden und Laserdioden revolutionieren die Beleuchtungstechnik, Sonnenlicht trägt zunehmend zur Energiegewinnung. bei. Hinzu kommen die digitalen Themen, wie etwa „augmented reality“ und „virtual reality“.

Welche Themen werden auf der bevorstehenden Konferenz im Rahmen des ZEISS-Symposiums behandelt, bei dem Sie Komiteeleiter sind?

Prof. Mlynek Im Zentrum steht die Frage, wie die Digitalisierung in Bezug auf Optik das Sammeln, Prozessieren und Visualisieren von Informationen beeinflußt. Von daher ist die Tagung in 4 große Themenblöcke unterteilt: 1. Computational Imaging wo es u. a. um digitale Mikroskopie geht. 2. Computer Vision and Machine Learning mit Unterthemen wie Bildverarbeitung, Objekt- und Anomalieerkennung. 3. Large Data in Optics, also dem Umgang mit großen Datenmengen, die modernste optische Instrumente produzieren und schließlich 4. Virtual/Augmented Reality, die eine Synthese aus realen und digitalen Inhalten darstellt. Alles wirklich „heiße Themen“!

Das 21. Jahrhundert wurde zum Jahrhundert des Photons deklariert. Sehen Sie das noch so?

Prof. Mlynek Das Zeitalter des Siliziums, der Halbleiter und neuer Festkörperbauelemente ist noch lange nicht zu Ende. Aber am Ende des Tunnels ist das Licht. Ich bin sicher: Lichttechnologien gehören zu den Schlüsseltechnologien der Zukunft.

Der ZEISS Research Award, der im Rahmen des Symposiums verliehen wird, honoriert Arbeiten, die entscheidend zur Entwicklung von Quantencomputern beitragen können. Was hat die Jury dazu bewegt, für dieses Gebiet den Preis zu vergeben?

Prof. Mlynek Wir leben nicht nur im Zeitalter des Lichts sondern auch der Quantentechnologien. Die Quantentheorie hat in den letzten 100 Jahren unser Weltbild transformiert. Ohne das Verständnis der Quantenphysik wären beispielsweise der Transistor und der Laser nicht möglich geworden. Völlig neue Forschungsgebiete wie „Quantum Nano Science“ haben sich entwickelt. Genau hier setzt der diesjährige ZEISS Research Award an: konkret geht es um neuartige Quanteninformationsverarbeitung mittels optisch adressierbarer einzelner Farbzentren in Kristallen.

Sie engagieren sich seit Jahren im Kuratorium für den alle zwei Jahre vergebenen ZEISS Research Award, ehemals Carl Zeiss Forschungspreis. Was ist das Besondere an diesem Preis?

Prof. Mlynek Neue Technologien fallen nicht vom Himmel sondern sind immer das Ergebnis von Grundlagenforschung. Das gilt natürlich auch für die Optik. Wissenschaftliche Forschung und Lehre gehört zu den Genen von ZEISS, und zwar seit rund 170 Jahren. Für herausragende Leistungen auf dem Gebiet der Optik hat ZEISS daher im Jahr 1990 den Carl Zeiss Forschungspreis ins Leben gerufen. Vier der bisher 20 Preisträger haben anschließend den Nobelpreis gewonnen, d. h. der Zeiss-Preis hat im Laufe der Jahre ein hohes Prestige erworben. Dem trägt der ZEISS Research Award, der Nachfolger dieses Forschungspreises, durch gesteigerte Attraktivität und Sichtbarkeit, nicht zuletzt in Verbindung mit einem Symposium, noch stärker Rechnung.

2016 begann aus Sicht der Wissenschaft, sowohl der Gravitationstheorie als auch der Photonik, mit einem Paukenschlag: Der Nachweis von Gravitationswellen mit Hilfe komplexer optischer Systeme am LIGO wurde veröffentlicht. Gibt es 2016 den nächsten Nobelpreis für Arbeiten, bei denen Photonik eine entscheidende Rolle gespielt hat?

Prof. Mlynek Es gab gerade in den letzten 30 Jahren viele Nobelpreise, die mehr oder weniger mit Licht zu tun hatten. Der Nachweis von Gravitationswellen mit einem optischen Michelson-­Interferometer mit 4km-Armlängen ist spektakulär und bahnbrechend. Dafür wird es mit Sicherheit einen Nobelpreis geben!

Wir danken Ihnen für das Gespräch.
Sylvia Kaschke, Redaktion PHOTONIK

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