Nanotechnologie: Mit Partikeln gegen Plagiate

Intensiv wird mit Nanotechnologie an der schnellen Identifizierung von Plagiaten geforscht, denn Produktpiraterie und Markenfälschungen verursachen jedes Jahr weltweit Schäden in Milliardenhöhe. Produktpiraten und Hersteller befinden sich im andauernden Kampf zwischen dem Bemühen, Originale fälschungssicher zu machen oder zu etikettieren und dem Versuch, diese Anstrengungen zu umgehen.

Das Problem der Produktpiraterie in Deutschland und darüber hinaus weltweit, ist nach wie vor omnipräsent. Der Zoll beschlagnahmt nahezu täglich Waren, die die verschiedenen Marken-, Design- und Patentrechte verletzen. Jährlich entstehen alleine der deutschen Wirtschaft etwa 7,3 Mrd. EUR an Schäden durch plagiierte Produkte, wie eine Studie des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. (VDMA) aus 2018 ergibt. Der volkswirtschaftliche Schaden bemisst sich zudem auch in Imageschäden einzelne Unternehmen, wenn etwa gefälschte Produkte gesundheitliche Risiken bedeuten können, was gerade im medizinischen Bereich bei Medikamenten vorkommen kann, aber auch bei elektronischen oder mechanischen Produkten nicht selten der Fall ist.

Laut VDMA berichten etwa 36 % der betroffenen Unternehmen von Fälschungen, die eine Gefahr für Nutzer, Anwender oder die Umwelt darstellen. Und das Siegel „Made in Germany“ steht bei Fälschern nach wie vor hoch im Kurs, denn im Maschinenbau sind rund 71 Prozent der Unternehmen Opfer von Produktpiraterie.

Das „Portfolio“ der Fälscher erstreckt sich auf Marken, ganze Designs bis hin zum Nachbau von Pro-dukten und ganzer Maschinen und Ersatzteilen. Im Textilbereich werden etwa neben Maschinen zur Herstellung die ganze Palette an Marken, Muster und Designs kopiert und sogar in ganzen Fabriken reproduziert. Letztlich geht damit auch Innovationskraft und wichtiges Know-How verloren, das grundlegende Kapital vieler Unternehmen.

Ein großes Problem für die Hersteller ist es, gefälschte Produkte zu erkennen und rechtzeitig aus dem Verkehr zu ziehen, bevor sie etwa den Handel oder den Endkunden erreichen. Das liegt zum einen schlicht an der Masse an Fälschungen, denn der Zoll kann nur stichprobenartig kontrollieren oder wenn er konkrete Verdachtsmomente aufgrund von Hinweisen – etwa durch den Hersteller. Zum anderen ist auch die Rechtslage im Ausland nicht immer so, dass konsequent gegen Fälscher und deren Produkte vorgegangen wird. Korruption ist sicherlich mit ein Grund, warum vor allem im asiatischen Ausland effektive staatliche Kontrollen nur schwer umzusetzen sind. Einer Studie von Ernst & Young und des Aktionskreises gegen Produkt- und Markenpiraterie (APM) von 2012 zufolge, ist auch der Zyklus bis Fälschungen den Markt erreichen, kürzer geworden. Bereits damals dauerte es nur rund ein Jahr, bis Unternehmen Fälschungen im Markt finden konnten.

Einen Anteil daran hat auch der rasant zunehmende Internethandel, der nur schwierig bis gar nicht überprüft werden kann. Hier sind die namhaften Plattformen stark von den Verbrauchern abhängig, die mit Hinweisen und Reklamationen helfen können, Plagiate zu erkennen und zu entfernen. Doch daneben existieren zahllose Websites und Internetshops, die sich wenig um die Herkunft ihrer Angebote scheren, vor allem, wenn sie im Ausland gehostet sind. Das Geschäft blüht und ist dabei nicht nur aufgrund eher laxer Strafen und aufwendiger Rechtsverfahren risikoärmer und zugleich profitabler als der Handel mit Drogen.

Hersteller sind häufig bemüht, die Rechtsverletzungen ihrer Produkte nicht einfach hinzunehmen und gehen juristisch gegen Fälscher vor. Doch dies kostet nicht nur Zeit und Geld, sondern ist hin-sichtlich des Nachweises, ob es sich um ein gefälschtes Produkt handelt, nicht immer einfach, zumal, wenn es sich um eine Ermessungsentscheidung eines Gerichts handelt. Hier wäre ein eindeutiger, möglichst fälschungssicherer Herkunftsnachweis eine große Hilfe.

Bislang gängige Verfahren zur Validierung wie beispielsweise mit UV-Licht sind mittlerweile recht anfällig für qualitativ hochwertige Nachahmungen. Das Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP) in Saarbrücken forscht daher in Zusammenarbeit mit den Partikeltechnologen des Fraunhofer ISC und der universitären BMBF Nanomatfutur Gruppe Nano-ID in Würzburg unter der Leitung von Karl Mandel an einem Verfahren, wie sich auf Nano-Ebene Informationen codieren und auslesen lassen, mit deren Hilfe sich Produkte oder Labels quasi unsichtbar unverwechselbar kennzeichnen lassen.

Das Verfahren besteht dabei aus zwei Komponenten: Zum einen die Technologie zur Kennzeichnung der Produkte und zum anderen das notwendige System, die Informationen sichtbar zu machen. Die Kennzeichnung geschieht mittels Nanopartikel, die als eine Art Signatur in einer bestimmten räumlichen Verteilung innerhalb eines „Suprapartikels“ verwendet werden können. Die Nanopartikel bestehen aus Eisenoxid, das schwach magnetisch wirkt.

Durch die Verwendung sehr dicht und sehr locker geclusterter Suprapartikel kann ein grafisches Codierungssystem entwickelt werden, das es erlaubt, in der Masse eines Materials (eines Objekts) verborgene Signaturen zu erzeugen. „Dies muss bislang beim Herstellungsprozess eines Produkts geschehen. Die Partikel haben eine bestimmte Eigenschaft, die während der Herstellung etwa eines besonderen Etiketts, Labels oder einer Komponente integriert wird, beispielsweise über eine Farbe oder als Bestandteil einer Kunststoffmischung“, erläutert Dr.-Ing. Klaus Szielasko, Leiter Abteilung Materialcharakterisierung am Fraunhofer IZFP. Das einzigartige Charakteristikum dabei ist die definierte Verteilung der Partikel. So ließen sich etwa Buchstaben für ein Herkunftslabel so codieren, das einige die Nanopartikel aufweisen und einige nicht. Darüber ließen sich Herkunft und Originalität eines Produktes zweifelsfrei nachweisen.

Um die Existenz und Verteilung der Partikel mess- und sichtbar zu machen, nutzen die Forscher Terahertzwellen. Der Terahertz-Bereich ist ein Teil des elektromagnetischen Spektrums zwischen Mikrowellen und Infrarot mit einer Frequenz von einer Billion Schwingungen pro Sekunde. Viele Kunststoffe und Keramiken sind im Terahertz-Bereich recht transparent (mit unterschiedlichem Absorptionsgrad), während sie im sichtbaren oder ultravioletten Bereich undurchsichtig sind. Metalle und andere leitfähige Materialien reflektieren Terahertzwellen.

Je nach Größe, Form und Orientierung der Mikrostruktur des Materials lassen sich quasi-optische Wechselwirkungen und Effekte mit Materie und Terahertz-Wellen beobachten. Die Wellen sind für den Menschen unschädlich, weswegen sie sich für ein breites Einsatzspektrum eignen. Da sie etwa Kunststoffgehäuse, Verpackungen oder Stoffe, die für sichtbares und infrarotes/ultraviolettes Licht undurchlässig sind, durchdringen können, können mit ihrer Hilfe Informationen in Beschichtungen und Materialien ausgelesen werden.

Ein einfacher Weg, eine einzigartige Signatur zu erstellen, ist es, eine Reihe von Gegenständen, wie Buchstaben, anzuordnen, jedoch mit der Besonderheit, dass es mindestens zwei „Klassen“ von ihnen gibt. Das bedeutet, dass unter bestimmten Messbedingungen nur eine bestimmte Klasse von Items sichtbar wird, während bei Auswahl eines anderen Messfensters eine andere Klasse sichtbar wird und die zuvor sichtbare Klasse verschwindet. Die Terahertz-Messstation kann die Partikel beider Klassen zwar sichtbar machen, jedoch nur mit dem passenden Algorithmus oder Decoder die beiden Klassen korrekt wiedergeben.

Ohne dass der Algorithmus zur Identifizierung bekannt ist, würde die Messung nicht korrekt ablau-fen. „Das Sicherheitsmerkmal eines solchen Systems wäre also zweifach: Einmal die Nano-Signatur an sich, die nicht ohne weiteres zu replizieren ist und zum zweiten, die Validierung der hinterlegten Information“, so Szielasko. Da Terahertz-Systeme mittlerweile immer kompakter werden, wäre deren Einsatz zur Produktvalidierung heute weit weniger aufwendig als noch vor einigen Jahren.

Ein fälschungssicheres System zur Erkennung von Originalen wäre ein wichtiger Schritt im Kampf gegen Plagiate und Kopien. Dabei wäre es wichtig, ein solches System in ein Gesamtkonzept einzu-betten, um Produkte praktisch ab deren Herstellung lückenlos nachverfolgen und validieren zu können. Die Blockchain-Technologie wird beispielweise immer häufiger eingesetzt, um die Lieferkette nahtlos überwachen zu können.

Da die Informationen in einer Blockchain nicht nachträglich verändert werden können, würden mögliche Manipulationen, etwa das Fehlen von Informationen oder deren falscher „Beginn“ innerhalb der Kette auffallen. Gepaart mit der Nanopartikel-Technologie wären Hersteller und Kunden in der Lage, die Echtheit von Produkten zweifelsfrei nachweise zu können – oder eben auch nicht.

Unternehmen sollten parallel die Vorteile solcher Systeme nutzen, um konsequent gegen Fälscher vorzugehen. Eine umfassende Marktbeobachtung, ein Beschwerdemanagement sowie strikte Kontrolle der Lieferketten machen Fälschern das Leben schwer, wobei die Politik sich ebenso für den Schutz geistigen Eigentums einsetzen muss. Und schließlich liegt es auch am Verbraucher und Kunden, etwaige Fälschungen zu melden und diese nicht auch noch bewusst zu kaufen – denn nach wie vor gelten Plagiate bei uns eher als Kavaliersdelikt.