Kluge Köpfe am MIT haben dank der ikonischen Pixelformen einen Weg entdeckt, unsere Welt ein bisschen sicherer zu machen. (Symbolbild, Quelle: Unsplash - Tom Tang)

Der Spieleklassiker Tetris wird mit seinen charakteristischen Pixelbausteinen den meisten Menschen ein Begriff sein. Jetzt hat das Spiel sogar die Wissenschaft inspiriert. Mithilfe der Tetris-Formen und einer KI können sie Gamma-Strahlungen jetzt auch im kleineren Maßstab lokalisieren.

Deshalb ist das Thema wichtig: Im Umgang mit radioaktivem Material wie zur Überwachung von Atomkraftwerken braucht es Messgeräte, die uns Menschen schützen. Sie müssen bei Unfällen wie Fukushima schnell und präzise Gefahrenherde lokalisieren. Das Problem:

Bisherige präzise Detektoren sind sehr groß (stationär) und teuer
Kleine Detektoren wie Geigerzähler sind oft unpräzise und führen Einsatzkräfte oft zu nah and Strahlung heran

Das ist neu: Die Wissenschaftler haben eine Berechnungsgrundlage für die Entwicklung sehr einfacher, rationalisierter Versionen von Strahlungssensor-Anordnungen geschaffen, welche die Richtung einer verteilten Strahlungsquelle genau bestimmen können.

Im Detail: Das MIT (Massachusetts Institute of Technology) berichtete in einer Mitteilung über die Studie der Wissenschaftler. Die Forscher entwickelten einen Strahlungsdetektor, der die bisherigen Geräte übertreffen soll:

Dieser soll mobiler sein, ohne an Präzision zu verlieren
Ziel: Günstiges und kleines System zur Strahlungskartierung
Inspiration: Die MIT Forscher nannten die bekannten, quadratischen Pixelformen von Tetris als Quelle ihrer Idee.

Sehenswert: Diejenigen von euch, die Tetris nicht kennen, können sich gerne diesen Twitter-Post ansehen. Im Januar 2024 knackte hier ein 13-Jähriger den Weltrekord und das höchste, jemals erreichte Level 157:

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Tetris als Retter in der Not

Warum ausgerechnet Tetris? Dazu muss ein wenig ausgeholt werden. Zum Strahlungsnachweis benötigen Detektoren grundsätzlich Halbleitermaterialien wie Cadmium-Zink-Tellurid.

So funktioniert es: Die Strahlung durchdringt das Material und das Gerät kann diese feststellen – die Richtung ist aber noch ungewiss. Um jetzt so genau wie möglich herausfinden zu können, woher die Strahlung kommt, benötigt das Gerät ein Detektorgitter aus mehreren sogenannten Pixeln (also einzelnen Detektoren):

Bei bestehenden Geräten: 100 Pixel in einer 10 x 10 Anordnung
Ein Algorithmus erkennt unterschiedlich schnell eintreffende Strahlung auf den verschiedenen Pixeln
Nach Berechnung kann die Richtung interpretiert werden

Nachteil: Typische Detektoren-Anordnungen sind groß (10 x 10) und laut der MIT-Mitteilung teuer.

Eine faszinierende Entdeckung: Die Wissenschaftler fanden heraus, dass Detektoren mit 4 Pixeln (also 2x2) in der Tetromino-Form ausreichen, um die Genauigkeit der großen und teuren Geräte zu erreichen.

Tetrominos: Das sind die klassischen Tetris-Figuren, die aus jeweils 4 gleichgroßen Quadraten bestehen und an ihren Seiten aneinandergrenzen.

Das Ergebnis: Die Forscher fanden heraus, dass sich aus allen Formen (zum Beispiel quadratisch, S-, J- oder T-förmig) die S-Form die Richtung der Strahlen-Quelle bestmöglich auf 1 Grad genau bestimmen konnte. So sagt einer der Autoren, MIT-Professor Mingda Li, in der Mitteilung:

Dieser Ansatz wurde buchstäblich von Tetris inspiriert.

Sehenswert: Apple TV hat die Geschichte hinter Tetris verfilmt. Hier könnt ihr euch einen Trailer zu den Hintergründen des Kultspiels ansehen:

3:27 Tetris: Apple TV beleuchtet im neuen Trailer die wahre Geschichte hinter dem Kultspiel

Genial dank KI: Der Schlüssel für diese abgespeckte Anordnung an Pixeln liegt in der computergestützten Rekonstruktion des Einfallswinkels der Strahlen. Um diese so präzise wie möglich zu bestimmen, hilft hier eine künstliche Intelligenz (KI).

Würden die alten Detektoren nicht ausreichen?

Im Gegensatz zu bestehenden Detektoren bietet die Tetris-Form mehrere Vorteile:

Kleinerer Detektor bedeutet niedrigere Entwicklungskosten
Weniger Detektor-Elemente aus Cadmium-Zink-Tellurid = geringere Stückkosten
Klein bedeutet mobilere Anwendung – im Katastrophenfall von großer Bedeutung
NEU: Statt einer einzelnen Strahlungsquelle kann das Gerät mehrere Quellen gleichzeitig erkennen

Strahlungskartierung ist für die Nuklearindustrie von größter Bedeutung, da sie dazu beitragen kann, Strahlungsquellen schnell zu lokalisieren und die Sicherheit aller zu gewährleisten.

Quelle: Mitautor der Studie Benoit Forget, MIT-Professor für Nukleartechnik

Weiterer Anwendungsbereich: Nicht nur die präzise Erkennung von radioaktiver Strahlung scheint das Gerät zu meistern. So schreibt Co-Autor Lin-Wen Hu, ein leitender Wissenschaftler am MIT Nuclear Reactor Lab, im MIT-Beitrag:

Sie sind nicht auf bestimmte Wellenlängen beschränkt, sondern können auch für Neutronen oder sogar für andere Formen von Licht, wie zum Beispiel ultraviolettes Licht, verwendet werden.

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Zukunftsausblick: Ein von der MIT durchgeführter Feldtest wurde bereits erfolgreich abgeschlossen. In ihrer Studie gehen die Forscher davon aus, dass ihr mobiles Gerät bald im Bereich der Strahlungserkennung eingesetzt wird.

Nick Mann, Wissenschaftler in der Abteilung für Verteidigungssysteme am Idaho National Laboratory, sagt:

Diese Arbeit ist von entscheidender Bedeutung für die US-Rettungsdienste und die immer größer werdende Gefahr eines radiologischen Zwischenfalls oder Unfalls.

Wer hätte gedacht, dass unsere heutige Forschung einmal vom Spieleklassiker der 90er Jahre inspiriert wird und unsere jetzige Welt vermutlich ein bisschen sicherer machen wird – dank kleiner, quadratischer Pixel in Tetris-Form.