Prof. Dr.-Ing. habil. Alexander Kölpin

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Prof. Dr.-Ing. habil. Alexander Kölpin

Technische Universität Hamburg
Institut für Hochfrequenztechnik (E-3)

Prof. Dr.-Ing. habil. Alexander Kölpin

Technische Universität Hamburg
Institut für Hochfrequenztechnik (E-3)

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Die Anwendungsmöglichkeiten für Radar als auch Hochfrequenz-Sensorik werden durch leistungsstärkere Chips immer vielfältiger und erstrecken sich von der Funkkommunikation über berührungslose Kräftemessung im Kontext von Industrie 4.0 bis hin zur berührungslosen Herzschlagmessung in der Medizintechnik. Professor Kölpin von der Technischen Universität Hamburg verfolgt in seiner Forschung zur Hochfrequenztechnik einen systemischen Ansatz, wodurch er die gesamten Komponenten eines Hochfrequenzsystems von der Antenne als auch der Elektronik bis zum Maschinellen Lernen für die Signalanalyse aufeinander abstimmen kann. Seine Projekte basieren stets auf dem interdisziplinären Austausch, um Lösungen aus der Hochfrequenztechnik für Herausforderungen verschiedener Gebiete konzipieren zu können. So entwickelt Professor Kölpin zusammen mit Ärzt:innen und Medizintechnik-Unternehmen ein Radarsystem für den medizinischen Einsatz zur Herzschlagmessung.

Kontaktloses Monitoring von Patient: innen mit Sensorsystemen

Epileptische Anfälle können bei Früh- und Neugeborenen zum plötzlichen Kindstod führen und sind nur schwer zu diagnostizieren, da die Anfälle kaum sichtbar sind. Professor Kölpin entwickelt ein medizinisches Radarsystem für die kontaktlose Analyse des Herzschlags als auch der Atmung, das sich bei Neugeborenen als Frühwarnsystem zur Diagnose von epileptischen Krämpfen einsetzen lässt. Dabei kann die Radartechnik von Professor Kölpin – ohne die übliche Verkabelung wie sie bei einem EKG notwendig ist – kontaktlos Herz- und Atmungswerte durch Bettdecken und Matratzen hindurch erfassen. Die Sensoren des Radarsystems messen mittels elektromagnetischen Wellen die Pulsvibrationen an der Hautoberfläche und können so die Herzfrequenz als auch Belastung erkennen, wodurch auch bei Erwachsenen Probleme des Herzkreislaufsystems festgestellt werden können. Die digitale Auswertung der Messdaten erfolgt mit Methoden des Maschinellen Lernens, die zukünftig weiter verbessert werden sollen, damit ein Monitoring der Patient:innen auch in der Bewegung möglich ist. Klinische Tests bestätigen das Potenzial des Radarsystems, das gerade einmal die Größe einer Computermaus aufweist, für das medizinische Monitoring.

Radarsysteme für die Industrie 4.0

Echtzeit-Einblicke aus der Ferne in aktuelle Fertigungsprozesse sind in der Industrie 4.0 elementar für dir richtigen Rückschlüsse: Auf diese Weise lässt sich beispielsweise trotz schlechter Beleuchtung oder Staubeinfluss der Verschleiß von Produktionsteilen korrekt bewerten, um die richtigen Rückschlüsse ziehen zu können. Professor Kölpin forscht mit seinem Team zur Distanz-, Kraft- und Drehmomentsensorik bei heißen oder sich bewegenden Objekten. Mittels eines selbstentwickelten Lesegeräts macht Professor Kölpin berührungsloses Kräftemessen möglich. Verschiebt sich die Frequenz der Sensorschwingungen, berechnet ein Algorithmus, ob z.B. ein Produktionsteil überlastet und die Fertigung gestoppt werden muss. Die Vorteile des Radarsystems von Professor Kölpin sind geringere Kosten als optische Messsysteme und die gleichzeitige Zuverlässigkeit auch unter nicht optimalen Bedingungen.

In Bewegung: Ortung von Fledermäusen und Satellitenkommunikation für Flugzeuge

Um die Strukturen sozialer Bindungen von Fledermäusen zu untersuchen, entwickelt Professor Kölpin zusammen mit Biolog:innen einen Sensorknoten im Miniformat, der unter kleinstem Ressourceneinsatz Informationen mobil erfasst und drahtlos weitersendet. Der ultraleichte Sensorknoten ermöglicht neben der Nachverfolgung von Fledermäusen auch die Messung weiterer Parameter wie Flughöhe, Körpertemperatur, Aktivität oder Herzfrequenz, die allesamt Aufschluss über das Sozialverhalten geben. Damit sich die Fledermäuse trotz des Sensorknotens ungehindert bewegen können, ist das System kleiner als eine Ein-Cent-Münze und wiegt nicht mehr als ein DIN A5-Blatt. Ein weiterer Schwerpunkt von Professor Kölpin ist die mobile Satellitenkommunikation und Entwicklung von Konzepten für Planarantennen, die sich durch ein geringes Gewicht und einen reduzierten Flächenbedarf auszeichnen, da sie flach auf eine Oberfläche gedruckt werden können. Zusätzlich minimiert die elektronische Strahlsteuerung den Wartungsaufwand und die Reaktionszeit.

Verlässlicher Partner für Anwendungen der Radar- und Hochfrequenz-Sensorik

Professor Kölpin verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Hochfrequenztechnik und arbeitet interdisziplinär mit Forschungseinrichtungen und Unternehmen zusammen. Dabei ist er stets offen für neue Anwendungsmöglichkeiten seiner Radar- und Hochfrequenz-Sensorik für die unterschiedlichsten Bereiche: von der Fledermaus über Flugzeuge bis hin zur Medizin und Industrie 4.0.

Aktuelle
Forschungsprojekte /
Aktivitäten

Erforschung grundlegender Sensorik zur indirekten Messung der Viskosität und der Viskositätsentwicklung viskoser Stoffe über eine Messung der Permittivität

Professor Kölpin realisiert zusammen mit Professor Schlücker von der Universität Erlangen-Nürnberg eine technische Lösung zur eingriffslosen Messung der Viskosität (Zähflüssigkeit) und ihrer Änderung innerhalb eines Rohrquerschnitts bei Flüssigkeiten, um den bisher nicht vollständig bekannten Zusammenhang zwischen der Viskosität und der Permittivität (Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder) einer Flüssigkeit zu erforschen. Mithilfe eines Sensorprinzips soll im Rahmen des Projekts unter anderem die Messung des Beladungszustands von flüssigen organischen Wasserstoffträger (LOHC)-Verbindungen untersucht werden. LOHC-Verbindungen sind ein vielversprechender Ansatz für die Speicherung und den Transport der durch regenerative Quellen gewonnenen Energie. Für den zuverlässigen Einsatz ist die Messung der Wasserstoffbeladung des LOHC, die mit der gespeicherten Energie korreliert, essentiell.

Laufzeit: 2020 – bis heute

Link: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/423766948

Miniaturisierter Sensorknoten zum Erfassen von Messwerten und Sozialkontakten zwischen Fledermäusen

Für die Erforschung des Verhaltens von Fledermäusen entwirft Professor Kölpin ein ultraleichtes Sensorsystem, das auf Fledermäusen zu Ortungszwecken montiert werden kann. Dabei sind die wichtigsten Bedingungen ein minimales Gesamtgewicht (max. 2 Gramm inklusive Batterie, Schaltungsträger und Antenne) und das Design, damit sich die Fledermaus trotz Sensorknotens uneingeschränkt bewegen kann. Professor Kölpin entwickelt in einem ersten Schritt die Grundfunktionalität und erhöht die Komplexität in den folgenden Schritten durch Hinzunahme weiterer Funktionen, um zum Projektende einen leichten und miniaturisierten drahtlosen Sensorknoten mit Lokalisierungs- und Kommunikationsschnittstelle für den Einsatz auf einer fliegenden Fledermaus zu realisieren.

Laufzeit: 2012 bis 2019

Link: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/215911037?context=projekt&task=showDetail&id=215911037&

Radargestütztes Sensorsystem zur Erkennung von Herzkreislaufproblemen und Epilepsie

Professor Kölpin entwickelt zusammen mit Ärzt:innen ein Radarsystem zur Herztonerkennung, das eine berührungslose und kontinuierliche Überwachung der Herztöne ermöglicht. Das Gerät ist ein Radar, das auf einem Sechstor-Interferometer basiert und geringfügige mechanische Bewegungen des Körpers, die durch Atmung und Herzschlag verursacht werden, analysiert. Die Möglichkeit, die Atmung und den Herzschlag von Patient:innen über Nacht zu beobachten, erlaubt es beispielsweise, Schlafstörungen oder Anomalien zu erkennen. Ein weiterer vielversprechender Ansatz ist die frühzeitige und berührungslose Erkennung des Plötzlichen Kindstods. Darüber hinaus könnte der Arbeitsalltag in klinischen Umgebungen von einem solchen System profitieren, da Patient:innen nicht mit Kabeln verbunden werden müssen, um Vitalparameter zu überwachen.

Link: https://www.tuhh.de/et3/forschung/forschungsprojekte/brainepp.html

Zukunftsvision

Professor Kölpin geht davon aus, dass die Hochfrequenztechnik zukünftig stärker unseren Alltag beeinflussen wird, da immer mehr mobile Anwendungsmöglichkeiten für beispielsweise Smartphones oder auch in der Medizin durch enorme Fortschritte in der Mikroelektronik realisierbar werden.

Schwerpunkte

  • Radar-Technik
  • Hochfrequenz-Sensorik
  • Kommunikationssysteme
  • Hochfrequenzmesstechnik

Kooperationen

  • Deutsche Forschungsgemeinschaft und österreichischer FWF
  • Conference-Co-Chairman des IEEE Topical Conference on Wireless Sensors and Sensor Networks (WiSNet): Teilkonferenz der IEEE MTT-S Radio Wireless Week (RWW) in den USA; 2012-2017
  • IEEE MTT-S Radio Wireless Week (RWW): San Antonio, USA, 2020 – Finance Chair; San Diego, USA/online, 2021 – Technical Program Chair; Las Vegas, USA, 2022 – Conference Co-Chair
    Chairman der German Microwave Conference 2020, Cottbus, 2020
  • Mitglied des Programm-Komitees mehrerer internationaler, wissenschaftlicher Konferenzen
  • Reviewer für diverse Zeitschriften und Konferenzen: Nature, IEEE, IET, EUMA, PIERS, Hindawi (unter anderem Nature Communications Physics, IEEE Trans. on Microw. Theory and Techniques, IEEE Microw. Magazine, EuMA Intern. Journal of Microw. and Wireless Techn., IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement, IET Electronics Letters, IEEE Microw. and Wireless Components Letters)
  • Mitglied in Berufsverbänden: IEEE Microwave Theory & Techniques Society, VDE, URSI

Interessiert an

  • Forschungskooperationen
  • Unternehmenskooperationen
  • Technologieunternehmen
  • Startups
  • Öffentliche Auftraggeber

Professor Kölpin ist für Kooperationen mit der Forschung als auch mit Unternehmen jeglicher Größe und Branche offen. Vom KMU hin zum Großkonzern, wobei Professor Kölpin über langjährige Erfahrung im nationalen Kontext in den Bereichen: Automotive, Industrieausrüstung, Sensorik und Medizintechnik verfügt. Außerdem ist er stets daran interessiert, gemeinsam neue Anwendungsmöglichkeiten für die Hochfrequenztechnik zu entwickeln, wobei er bevorzugt interdisziplinär zusammenarbeitet.

Wissen entdecken, Expertise finden &

gemeinsam Ideen verwirklichen