Ultraschall und seine Anwendungsgebiete: die Produkte der Automatisierungstechnik

Quelle: Christoph Droste  / pixelio.de

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Viele Frauen unterziehen sich während einer Schwangerschaft einer oder mehreren Ultraschall-Untersuchungen. Der Arzt kann dabei die Entwicklung des Kindes feststellen, einige Aspekte der Gesundheit untersuchen und auf Wunsch das Geschlecht des Babys bestimmen. Auch eine ungefähre Angabe des Geburtsdatums kann mit einer Ultraschall-Untersuchung verifiziert werden. Häufig übersehen wird jedoch, dass die Ultraschall-Technologie in vielen weiteren Bereichen der Medizin, Wirtschaft und Technik eingesetzt wird.

Wissenschaftliche Hintergründe

Die wissenschaftlich korrekte Bezeichnung für die umgangssprachlich mit Ultraschall gekennzeichnete medizinische Untersuchung nennt sich Sonografie. Die Sonografie hat ihren Ursprung im ersten Weltkrieg, wo Ultraschall als militärisches Mittel eingesetzt wurde.

Damals wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem mittels Aussendung von Ultraschallwellen Unterseeboote geortet und charakterisiert werden konnten. Ultraschallwellen sind Schallwellen, die oberhalb des hörbaren Frequenzbereiches für Menschen liegen. Dabei handelt es sich meist um Frequenzen ab 16kHz. Die im ersten Weltkrieg entwickelte Form der Sonografie war allerdings nicht für medizinische Zwecke geeignet, da die Stärke der Wellen jegliches Leben abtötete.

Erst nach langer Forschung und vielen Experimenten gelang es Wissenschaftlern, die Sonografie auf medizinischer Basis ab 1960 zu etablieren.  Zur Erzeugung von Ultraschall eignen sich bestimmte Lautsprecher, meist bevorzugt werden sogenannte Piezolautsprecher, die durch membragekoppelte Platten Ultraschall erzeugen können. Für die Erzeugung von Ultraschall in Flüssigkeiten und Feststoffen werden piezoelektrische Keramikschwinger eingesetzt.

Ultraschall in der Praxis

Der Ultraschall findet in unzähligen Gebieten der Medizin, Technologie, Kommunikation und Biologie Anwendung. Am bekanntesten ist der Einsatz von Ultraschallwellen für die Untersuchung von Krankheiten oder Schwangeren. Die bei der Sonografie ausgestrahlte Menge an Ultraschall ist für den Menschen absolut ungefährlich und mit keinerlei Risiken verbunden. Die Untersuchung findet mithilfe von Ultraschallsensoren oder eines Echo-Kopfes statt, welcher direkt auf der Haut platziert wird. Zeitgleich entsteht ein Bild, das zumeist auf einen Monitor übertragen wird. Auch Bewegungssensoren arbeiten mit Ultraschallwellen.

Nicht zu vernachlässigen ist die Ultraschallmikroskopie, die sehr präzise Bilder liefert. In den 70ern wurden Ultraschallwellen für Fernbedienungen verwendet, heutzutage sind eher Funk- oder Infrarotsteuerung üblich. Auch das Schneiden von biologischem Gewebe wird durch Ultraschall ermöglicht. Da Hunde einen höheren Frequenzbereich wahrnehmen, als Menschen, eignet sich die Aussendung von Ultraschallwellen in Form einer Hundepfeife, um Hunde auf sich aufmerksam zu machen, ohne dabei dem Umfeld zur Last zu fallen.

Viele Tiere kommunizieren ausschließlich auf Ultraschall-Ebene. So nutzen Fledermäuse Ultraschallwellen zur Erkundung ihrer Umgebung, viele Wale und Delphine nutzen Echo-Ortung zur Kommunikation und Wahrnehmung, und Mäuse nutzen ebenfalls ausschließlich Ultraschall. Nachtfalter sind besonders bemerkenswert, da diese bis zu 200kHz wahrnehmen können.

Ultraschall und seine Anwendungsgebiete: die Produkte der Automatisierungstechnik
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