Jugend forscht bei BASF
Von diebstahlsicheren Bienenkästen und autonomen Segelbooten
Zum 54. Landeswettbewerb von Jugend forscht haben wieder Dutzende Forscherinnen und Forscher ihre Ideen bei der BASF in Ludwigshafen präsentiert. Mitgebracht haben sie eine Menge toller Ideen und viel Begeisterung.
Dichtes Gedränge im Foyer des BASF-Gebäudes: Dutzende Menschen scharen sich um die 39 Stände der Forscherinnen und Forscher. Kein Wunder: Denn in den Themenbereichen Arbeitswelt, Biologie, Chemie, Geo- und Raumwissenschaften, Mathematik/Informatik, Physik und Technik präsentieren sich die besten 50 Nachwuchsforscher aus Rheinland-Pfalz. Von den 1.430 Teilnehmerinnen und Teilnehmern am Wettbewerb haben sie sich in Rheinland-Pfalz durchgesetzt und kämpfen nun um den Einzug in den Bundeswettbewerb.
Autonomes Segelboot aus Mainz
Schon beim Hereingehen stolpern die Besucher über eines der Forschungsprojekte. Denn draußen vor dem Gebäude steht ein kleines Segelboot. Die Tüftler hinter diesem Projekt heißen Michael Behrens und Tillman Kellner und kommen vom Otto-Schott-Gymnasium in Mainz. Sie wollen ein autonomes Segelboot konstruieren. „Wir segeln beide gerne und sind technikfasziniert. Da lag das Projekt quasi auf der Hand“, sagt Michael Behrens. Ihre autonome Fahrtechnik könnte vielleicht später in großen Frachtschiffen landen, um den Spritverbrauch zu minimieren. Aber auch in einem automatisierten Forschungsschiff, das eigenständig Wasserproben entnimmt, könnten sich die beiden Forscher ihre Technologie vorstellen.
Und diese Technik führen sie gleich einmal praktisch vor. Mit einem kleinen Joystick in der Hand bestimmt Michael Behrens die Richtung des Schiffes. Das Segel richtet sich dabei automatisch nach dem Wind aus. Ein kleiner Sensor an der Spitze misst dafür Windrichtung -und geschwindigkeit. Ein Motor und mehrere Seilwinden im Innenraum des Segelbootes sorgen dann dafür, dass sich das Segel in die gewünschte Richtung dreht. Weiter vorne im Boot befindet sich dann die Steuerung des autonomen Gefährts, das „Gehirn des Segelbootes“.
Die Technik im Boot und das Wasser drumherum hätten ihnen am Anfang Kopfzerbrechen bereitet, erzählen die beiden Forscher. Das haben sie mit wasserdichten Kisten gelöst, die die empfindliche Technik vor eindringendem Wasser schützt. Die meiste Arbeit an dem Boot sei ohne Fremdhilfe von den beiden erledigt worden. Die Seilwinden für das Boot zum Beispiel seien Spezialkonstruktionen, die mit einem 3-D-Drucker erstellt wurden. Bei vielen Problemen hätten ihre Lehrer ohnehin genauso wenig Ahnung gehabt, wie die Forscher selbst. Da habe nur Ausprobieren geholfen. An manchen Stellen war ein wenig Fremdhilfe dann aber doch willkommen: Die Mathematiklehrerin hätte zum Beispiel dabei geholfen, einen Algorithmus für die Bootsteuerung zu schreiben.
Bis das autonome Boot dann allerdings fertig gestellt war, sind mehr als zwei Jahre vergangen. Dutzende Wochenenden wurden dem Projekt geopfert, sogar die Teilnahme am letzten Jugend forscht-Wettbewerb wurde zu Gunsten einiger Optimierungen gestrichen. „Fertig ist das Projekt allerdings nie“, sagen die beiden Tüftler. In Zukunft wollen Sie das aktuelle Boot als Prototyp nutzen und es weiterentwickeln.
Diebstahlschutz für Bienenkästen
Ein paar Stände weiter steht auf dem Tisch vor Tim Schlindwein ein Kasten voller Technik und ein Kabel, das zu mehreren Bienenkästen führt. Was es damit auf sich hat? Der 15-Jährige aus der Nähe von Landau hat eine Diebstahlsicherung für Bienenvölker entwickelt. Die Idee kam ihm, als dem Leiter der Imker-AG an seiner Schule ein Bienenvolk gestohlen wurde. Da ein solcher Bienendiebstahl kein Einzelfall ist, wollte er einen Schutz dagegen entwickeln.
Wenn nun ein Dieb den Bienenkasten an seinem Vorführungsstand öffnet, löst ein Druckmechanismus aus, der über ein Kabel an einen Computerchip übertragen wird. Dort wird dann ein Alarm ausgelöst, der kurze Zeit später über ein Sim-Modul auch an sein Handy geschickt wird. Zum Beweis klingelt Tims Smartphone kurze Zeit später. Der Alarm funktioniert. Auch wenn der Dieb das Verbindungskabel durschneidet löst der Alarm aus. Und falls er auf die Idee kommen würde, die Kästen abzutransportieren, verfolgt ein GPS-System die Bewegungen des Bienenvolkes.
Beim GPS gibt es allerdings Probleme. Denn im Moment zeigt es einfach nichts an. Dieses Problem müsse er noch beheben, sagt Tim Schlindwein. Für die Zukunft hat er noch einige Verbesserungen geplant: So soll noch eine Waage angeschlossen werden, die bemerkt, wenn man dem Bienenkasten einzelne Völker entnimmt. Und auf einer Website sollen die Messdaten dann ordentlich dargestellt werden.
Konkurrenz für Amazon
Etwas beobachtet fühlen sich die Besucher am Stand von Ferdinand und Klara Krämer. Und das völlig zu Recht: Denn mehrere Kameras filmen die Vorbeigehenden. Die zwei Forscher wollen eine Alternative zu Amazons Sprachassistent Alexa entwickeln. Ihre Variante heißt TIANE und soll einiges mehr können, als die Konkurrenten aus dem Silicon Valley. Neben den üblichen Funktionen wie einer Wetteransage oder einem Wecker kann ihr Assistent auch Gesichter erkennen. Dafür scannen Kameras die Gesichts-Konturen der Person, die vor ihr sitzt und merken sie sich. Wenn Klara dann über die Software Ferdinand aufträgt, das Zimmer zu säubern, erkennt der Sprachassistent Ferdinands Gesicht im Nebenzimmer und gibt die Aufgabe wieder.
Die ausgefeilte Technik zu programmieren, war dabei ein großer Aufwand. Über 11.000 Zeilen Code mussten die beiden über mehrere Monate hinweg schreiben, bis das Programm fertig gestellt war. Ein besonderes Augenmerk haben sie dabei daraufgelegt, dass die Software vollständig transparent bleibt und für die Benutzer offengelegt wird. So kann jeder über die Plattform GitHub den Code frei einsehen und nachvollziehen. Eine Installationsanleitung der beiden Forscher hilft dabei selbst unerfahrenen Benutzern, die Funktionsweise hinter dem Sprachassistenten zu verstehen. In der Zukunft soll der Sprachassistent noch weiterentwickelt werden – damit er vielleicht eines Tages tatsächlich eine Konkurrenz zu den großen Vorbildern aus Amerika sein kann.
