Technik

„Lazybar" – die intelligente Cocktailmaschine

„Lazybar" – die intelligente Cocktailmaschine

Gerührt oder geschüttelt? Die "Lazybar" von Nikolai Braun und Jonas Autenrieth kann beides. Auf Knopfdruck mixt die intelligente Cocktailmaschine der Generation „Gastronomie 3.0“ unterschiedliche Cocktails schnell und präzise. Via LCD-Display und Menüstruktur kann der Nutzer aus einem stets aktualisierten Angebot Getränke wählen, die aus bis zu zehn möglichen Zutaten gemixt werden. Die Jungforscher recherchierten in Bars und entwarfen ein benutzerfreundliches Gehäuse. Sie suchten die passenden Bauteile aus – inklusive spezieller Dosierpumpen und Verwirbelungstechnik –, entwarfen Schaltpläne und Platinen und programmierten die automatischen Abläufe: von der Erkennung von Gläsergrößen und Füllständen über ein stets konstantes Mischungsverhältnis und 150 Rezepturen bis zu Wartungsprozedur und Abrechnungssystem.

Akustische Richtungsbestimmung

Akustische Richtungsbestimmung

Das menschliche Ohr hört nicht nur viele Töne unterschiedlicher Frequenz, es erkennt auch aus welcher Richtung ein Geräusch kommt. Das sogenannte Richtungshören erleichtert es uns, Sprache zu verstehen oder uns sicher im Raum zu bewegen. Robin Heinemann und Jaro Habiger wollten diese besondere Fähigkeit des Ohrs technisch nutzen. Dazu haben sie ein Verfahren entwickelt, das mittels der Signale mehrerer Mikrofone berechnet, aus welcher Richtung eine Schallwelle kommt. Ihr Modell arbeitet sogar genauer als das Gehör des Menschen. Eine mögliche Anwendung ihrer Entwicklung sehen die beiden Jungforscher im Rettungsdienst: Ein Roboter, der mit dieser Technik ausgestattet wäre, könnte beispielsweise Menschen finden, die um Hilfe rufen.

Alternative Fortbewegungsmittel auf Grundlage eines bionischen Hais

Alternative Fortbewegungsmittel auf Grundlage eines bionischen Hais

Haie sind Meister der effizienten Fortbewegung. Mit ihren speziellen Flossen und der fein gerippten Haut gleiten sie in einer sinusförmigen Wellenbewegung durch die Meere. Wie man das im Sinne der Bionik für die Konstruktion eines technisches Fortbewegungsmittels nutzen kann, untersuchten Maximilian Petrat und Davids Stepanovs. Sie analysierten die Kräfte und Strömungen beim tauchenden Hai. Dabei interessierte sie vor allem der optimale Winkel bei der Tauchbewegung. Ihre Erkenntnisse übertrugen die Jungforscher auf ein künstliches Haimodell: In einem Holzkorpus verbirgt sich ein verschiebbarer Ballasttank, mit dem Auf- und Abtauchbewegungen durch eine Verlagerung des Schwerpunkts gesteuert werden können. Unterstützt wird dies durch eine ausgeklügelte Regelungstechnik mit Pumpen und Antrieb für die Flossen.

Bionischer Elefantenrüssel – Zusammenführung von Natur und Technik

Bionischer Elefantenrüssel – Zusammenführung von Natur und Technik

Seine Präzision und Kraft machen den Elefantenrüssel zum Vorbild für Roboterarme. In der Natur agiert er so sanft, dass im Zusammenspiel mit Menschen kaum Gefahr besteht. Das ist auch beim Roboter wichtig, wenn er etwa Hilfebedürftigen assistieren soll. Mauritz Fethke konstruierte einen Rüssel, der im Kern aus übereinander gestapelten Segmenten besteht. Sie können pneumatisch in beliebige Richtungen gekippt werden. Dazu montierte er je drei Lenkmanschetten luftdicht auf eine dünne Alu-Platte. Sie funktionieren wie eine Ziehharmonika, wobei die Luftzufuhr per Kompressor, Vakuumpumpe und Magnetventilen individuell geregelt wird. Bei seinen ersten Entwürfen eines Greifers, der mit dem Rüssel verknüpft wird, ließ sich der Jungforscher von der Strebenkonstruktion einer Fischflosse inspirieren.

Bodenfeuchtemessung im Blumensteckschwamm

Bodenfeuchtemessung im Blumensteckschwamm

Drei Wochen Urlaub – aber wer kümmert sich um die Blumen? Die Lösung könnte eine automatische Bewässerung auf Basis eines Sensors sein, der die Bodenfeuchte misst. Lukas Kamm setzt dafür auf das Prinzip der Kapazitätsmessung: Wasser in der Umgebung von Elektroden beeinflusst dabei die Durchlässigkeit für das elektrische Feld. Um die Elektronik gegen störende Effekte abzuschirmen, brachte er das ganze System auf einer Platine auf, inklusive der Elektroden in Form kammartig ineinandergreifender Leiterbahnen. Zum Schutz gegen Feuchtigkeit schweißte er es zudem in Laminierfolie ein. Für den geplanten Einsatz bei einem EU-Forschungsprojekt, das in einem Weltraumsatelliten Tomatenwachstum erforschen will, hat er die Elektronik zudem erheblich verkleinert.

DynamicH – Automatisierung von Konferenzräumen

DynamicH – Automatisierung von Konferenzräumen

Ein Beamer, der bei Terminbeginn bereits läuft, ein Raumklima, das produktives Arbeiten fördert, oder Licht, das sich in ungenutzten Räumen abschaltet – das Konzept einer automatisierten Steuerung der Technik in Gebäuden kann nicht nur im „Smart Home“, sondern auch am Arbeitsplatz Energie sparen und den Komfort erhöhen. Das zeigte Wolfgang Böttcher am Beispiel eines Konferenzraums. Dazu definierte er für Heizung, Beleuchtung, Beamer und Raumklimatisierung spezifische Anforderungen, Eigenschaften und Funktionen. Er entwarf eine modulare Hardware- und Softwarestruktur, wählte Sensoren aus und programmierte die Steuerung. Diese orientiert sich via Kalenderserver an der jeweiligen Raumnutzung. Durch Messungen wies der Jungforscher nach, dass so signifikante Einsparungen thermischer und elektrischer Energie möglich sind.

Entwicklung eines elektronischen Kamerastabilisationssystems

Entwicklung eines elektronischen Kamerastabilisationssystems

Wer schon mal freihändig ein Video aufgenommen hat, kennt das Problem: Nicht selten sind die Bilder verwackelt. Besonders negativ wirken sich Drehbewegungen aus. Josua Janus und Max Frankenhauser bauten daher eine sogenannte kardanische Aufhängung, um ihre Kamera beim Filmen zu stabilisieren. Mit dieser ist die Kamera um die drei Raumachsen frei drehbar und kann sich so stets nach der Schwerkraft ausrichten. Weil dieser Prozess in der Praxis nicht immer schnell genug erfolgt, integrierten sie kleine Motoren und Lagesensoren in ihr System, die die Kamera nahezu in Echtzeit in die gewünschte Position bringen. Ähnliche, sehr teure, Systeme sind bereits auf dem Markt. Die Jungforscher entwickelten ihr System daher kostenoptimiert. Es wurde mittels 3-D-Druck aus PLA-Kunststoff und per Hand aus Aluminium gefertigt.

Entwicklung eines universell einsetzbaren Erkundungsroboters

Entwicklung eines universell einsetzbaren Erkundungsroboters

Mit sechs Beinen in unbekanntem Gelände unterwegs zu sein, ist für einen Laufroboter nicht so einfach. Damit er das alleine schafft, entwickelte Tim Grutzeck ein Verfahren zur Bewegungsplanung, das auf der Auswertung von zweierlei sensorischen Daten basiert. Diese werden von einem speziellen Sensor, der 3-D-Aufnahmen macht, sowie einer Art Tastsinn ermittelt. Für den Tastsinn erarbeitete der Jungforscher eine Formel, mit der sich aus den Drehmomenten an den Gelenkachsen des dreigliedrigen Beins die Kraft berechnen lässt, die es bei Berühren der Umgebung erfährt. Zudem ermittelte er, wie die Drehmomente aus den Steuerungsdaten der Gelenk-Motoren gewonnen werden können. Zusammen mit den Kinect-Daten ergibt sich daraus die Grundlage für die Berechnung des möglichst effizienten und sicheren Bewegungsmusters für die Beine.

Entwicklung eines USB-Peripheriegerätes für Software Defined Radio

Entwicklung eines USB-Peripheriegerätes für Software Defined Radio

Wer Daten übertragen, Radio hören oder funken will, kann dazu ein sogenanntes Software Defined Radio (SDR) nutzen. Die Signalverarbeitung dieser Hochfrequenzsender und -empfänger, geschieht mittels Software. Vorteile sind eine reduzierte Geräteinfrastruktur und eine gute Anpassung an wechselnde Übertragungsstandards. Lukas Lao Beyer hat ein kostengünstiges SDR entwickelt. Prinzipiell besteht ein SDR aus einer Antenne zum Senden und Empfangen von Daten sowie einem Analog-Digital-Wandler. Die Eingangssignale werden in einem Prozessor verarbeitet und über eine USB-Schnittstelle an einen PC weitergeleitet. Der Jungforscher realisierte den SDR auf einer Leiterplatte. Dabei galt es, eine gute Signalqualität sicherzustellen und die Software so zu entwickeln, dass große Datenmengen in Echtzeit übertragen werden können.

Exoskelett für untere Extremitäten zur Verbesserung der Mobilität älterer und gehandicapter Personen

Exoskelett für untere Extremitäten zur Verbesserung der Mobilität älterer und gehandicapter Personen

Exoskelette bieten Menschen mit eingeschränkter Mobilität die Chance auf ein selbstbestimmteres Leben. Außen am Körper angebracht, stützen sie diesen oder einzelne Körperteile. Marie Anne Schweim, Anne Katrin Schweim und Sarah Grube entwickelten ein Exoskelett für Beine. Dieses verfügt über ein neuartiges Kniegelenk. Ein daran angebrachter Elektromotor hilft beim Aufstehen, Hinsetzen und Gehen. Grundlage ihres Ansatzes waren biomechanische Analysen der Bewegungen. Die natürliche Bewegung des Knies, die eine leichte individuelle Verschiebung der Drehachse aufweist, soll dabei nicht eingeschränkt werden. Ihr Demonstrationsmodell haben die Jungforscherinnen nach Auswahl von Konzept, Materialien, Motor und Controller mittels 3-D-Druck gefertigt und anschließend programmiert. Die Patentanmeldung läuft bereits.

Die intelligente Jalousie

Die intelligente Jalousie

Jalousien vor den Fenstern schotten die Innenräume von Licht und Wärme ab. Dass man so auch heizen kann, zeigte Lars Witte theoretisch und experimentell – und er entwickelte die Technik dafür. Seine intelligente Jalousie macht sich zunutze, dass die Lamellen zwei drehbare Seiten haben: Die zum Sonnenschutz ist hell, die zum Heizen wird schwarz lackiert – und auf diese Weise zum Sonnenkollektor. Sie heizt sich auf und verteilt die warme Luft über Konvektion in den Raum. Der Jungforscher entwickelte die Hardware mit Servomotor und Sensoren wie auch die Steuerung. Ein Mikrocontroller entscheidet durch Vergleich zwischen vorgegebener und gemessener Temperatur, wann die Lamellen kippen sollen. Exakte Temperaturen lassen sich so zwar nicht einstellen, Schwankungen der Raumtemperatur aber ausgleichen.

Kommerzielle Luftfahrt: adaptiver Flügel – Ersatzkonzept für mehr Energieeffizienz

Kommerzielle Luftfahrt: adaptiver Flügel – Ersatzkonzept für mehr Energieeffizienz

Flugzeuge sollen effizienter und umweltfreundlicher werden. Eine Idee, dies zu erreichen, sind adaptive Flügel, die ihre Form dezent ändern, um den Auftrieb zu optimieren. Weil die sonst dafür genutzten Klappen wegfallen, reduziert sich der Luftwiderstand. Leon Becker untersuchte, wie sich ein adaptiver Flügel verformen muss, um einen Effizienzgewinn zu ermöglichen. Dafür betrachtete er die Vergrößerung von Profildicke, -krümmung und -fläche der Flügel durch flexible Vorder- bzw. Hinterkanten. Sein Fazit: Es scheint, als würde ein höherer Auftrieb durch größeres Flügelvolumen und höheren Luftwiderstand erkauft. Für die technische Umsetzung sieht er erhebliche Herausforderungen, weil die Flexibilität der Form im Widerspruch zur Steifigkeit und Formstabilität steht, die der Flügel im Prinzip zum Fliegen braucht.

Neuartige Finger-Bewegungsschiene

Neuartige Finger-Bewegungsschiene

Wenn Finger nicht bewegt werden, verkleben innerhalb weniger Tage oder Wochen die Sehnen mit den Sehnenscheiden und die Hand versteift für immer – ein Problem, das nach Handoperationen oder einem Schlaganfall auftreten kann. Pascal Lindemann, Dominic Libanio und Christian Schorr wollten hierfür Abhilfe schaffen und entwickelten eine neuartige Fingerschiene, mit der die Finger nach einem individuellen Programm automatisch bewegt werden können. Der besondere Vorteil gegenüber bestehenden Systemen: Dank dreier Schwenkhebel und 3-D-Druck kann die neue Fingerschiene an die individuelle Anatomie und Bewegungskinematik angepasst werden. Via Bluetooth-Modul und selbst programmierter Patienten-App ist sie mit dem Smartphone des Trägers verbunden. So ist auch eine telemedizinische Betreuung durch den Arzt möglich.

Piezoelektrische Wandler als Energiequelle für medizinische Implantate

Piezoelektrische Wandler als Energiequelle für medizinische Implantate

Hörprothesen und Herzschrittmacher funktionieren mit elektrischer Energie. Es gibt einen Trend in der Forschung, diese Energie direkt aus der Körperregion zu gewinnen, in der sich die Implantate befinden. Alexey Antsipkin untersuchte, ob sich sogenannte piezoelektrische Wandler, die mit mechanischer Verformung eine elektrische Spannung erzeugen, dafür eignen. Er konstruierte eine Biegemaschine, mit der er ermittelte, wie die gewonnene Energie von Materialstärke, Auslenkung, Frequenzen und Temperatur abhängt. Mit selbst gebauten Schaltungen für Energiemanagement und Zwischenspeicherung untersuchte der Jungforscher, ob sich Piezoelemente für das Laden von Akkus nutzen lassen. Sein Fazit: Prinzipiell kann man Piezowandler in medizinischen Implantaten einsetzen, sie müssten aber weiterentwickelt werden.

Projektstudie: elektrotechnische Ressourcenminimierung künstlicher Intelligenz

Projektstudie: elektrotechnische Ressourcenminimierung künstlicher Intelligenz

Technische Systeme wie elektronische Steuerungen werden immer größer und komplexer. Alpay Yildiray und Moritz Rocker wagen dagegen einen Blick in die andere Richtung: Wie einfach darf eine Hardware eigentlich aufgebaut sein, damit sie bestimmte Programme noch ausführen kann? Als Aufgabe wählten sie eine Mustererkennung mithilfe selbstlernender künstlicher Intelligenz. Der Prozess läuft dabei so ab: Einlesen der Muster-Signale – Verarbeiten – Ausgeben des erkannten Musters. Die Eingabe erfolgt über ein Netzwerk aus fünf mal fünf Schaltern. Welche davon eingeschaltet sind, wird von einem Mikrocontroller erkannt und durch Leuchten der entsprechenden LEDs im 5x5-LED-Ausgabe-Gitter gezeigt. Für die Programmierung ihres minimal dimensionierten Mikrocontrollers nutzten sie Verfahren der Daten-Komprimierung und neuronaler Netzwerke.

Sperrzone oder absturzsichere Drohne? Das Auslösen eines Fallschirms mithilfe eines künstlichen neuronalen Netzwerks

Sperrzone oder absturzsichere Drohne? Das Auslösen eines Fallschirms mithilfe eines künstlichen neuronalen Netzwerks

Drohnen übernehmen immer öfter Transport- oder Beobachtungsaufgaben – häufig auch autonom. Da ist eine Absturzsicherung unerlässlich, finden Falk-Vincent von Appen und Nick und Lasse Michaelis. Ihre Entwicklung besteht aus einem künstlichen neuronalen Netz mit 16 einzelnen Neuronen auf drei Ebenen. Diese sind so programmiert, dass sie lernen, Entscheidungen selbstständig zu treffen. Die Jungforscher bauten einen Quadrokopter inklusive Steuerung. Ein integrierter Beschleunigungssensor und ein Gyroskop ermitteln Flugdaten wie Beschleunigung, Geschwindigkeit und Rotation. In einer Serie von Trainingsflügen lernt das System die Parameter für einen stabilen Flug kennen und diese von einer Absturzsituation zu unterscheiden. Droht ein Absturz, schaltet sich der Motor sofort ab und ein Fallschirm öffnet sich.

Trainingspartnerroboter für Kampfsport- und Selbstverteidigungstraining „MC RoBeK“

Trainingspartnerroboter für Kampfsport- und Selbstverteidigungstraining „MC RoBeK“

Kampfsportler üben immer wieder die gleichen Bewegungsabläufe. Für den Trainingspartner kann das langweilig und risikoreich sein. Manuel Rieger, Joseph Beerel und Karl Christian Lautenschläger entwickelten daher einen Trainingsroboter für Boxer, dessen Statur sie mithilfe eines 3-D-CAD-Programms aus Stahl-Profilen konstruierten. Der Roboter besteht aus Kopf, Schultern, Armen, Becken und Beinen und ist am Boden fixiert. Die Jungforscher mussten die Gelenke und die Ansteuerung über pneumatische Zylinder so entwickeln und programmieren, dass die Maschine die typischen Schlagbewegungen möglichst authentisch und mit unterschiedlicher Kraft ausführt. Dafür integrierten sie geeignete Sensorik und programmierten verschiedene Trainingseinheiten. Entstanden ist so „MC RoBeK” – gut gepolstert und leicht bedienbar.

Klappen kannst du knicken – Flügelverwindung statt Querruder für mehr Energieeffizienz

Klappen kannst du knicken – Flügelverwindung statt Querruder für mehr Energieeffizienz

Täglich verbrauchen Flugzeuge über eine Milliarde Liter Treibstoff. Deshalb sind bereits geringe Effizienzsteigerungen von großer Bedeutung, um Kosten zu sparen und Flugzeuge umweltfreundlicher zu betreiben. Niklas Wenner und Florian Grunow haben sich von den Anfängen der Luftfahrt inspirieren lassen und ein Segelflugzeugmodell gebaut, das sich durch Verdrehen der Flügel steuern lässt. Der Vorteil: Die Luftspalten herkömmlicher Steuerruder entfallen. Auf der Basis dieses Konzepts berechneten und konstruierten die Jungforscher die erforderliche Flügelform. In Simulationen zeigten sie, dass sich der Luftwiderstand so verringern lässt. Herzstück ist ein Holm aus Aluminium, der von einem Elektromotor gezielt verdrillt werden kann. Der Steuermechanismus bewährte sich in Versuchen mit dem Modellflieger.

Spektraqua – Vorrichtung und Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Metallionen im Wasser

Spektraqua – Vorrichtung und Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Metallionen im Wasser

Verschmutztes Trinkwasser ist weltweit die häufigste Ursache für Krankheiten und für den Tod von Millionen Kindern jährlich verantwortlich. Mit ihrem Emissionsspektrometer „Spektraqua“ können Luise Pevestorff und Edgar Zander gefährlichen Verunreinigungen im Wasser auf die Spur kommen, indem sie Gehalt und Art von aktuell vier verschiedenen Metallionen nachweisen. Wasser wird mit einem Wattebausch aufgenommen und im Gerät unter Spannung gesetzt. Dabei senden verschiedene Metallionen Licht charakteristischer Wellenlänge aus, das von Photosensoren analysiert wird. Im Vergleich zu aufwendigen Laborverfahren ist Spektraqua schnell, portabel und kostengünstig. Damit eignet es sich für den Einsatz bei einem Chemieunfall wie auch in Entwicklungsländern.

Arduino Hexapod – Zelos, ein sechsbeiniger Bergungsroboter

Arduino Hexapod – Zelos, ein sechsbeiniger Bergungsroboter

Zelos ist der griechische Gott des Eifers. Nach ihm hat Janning Meinert seinen Roboter benannt, damit er ein eifriger Begleiter von Bergungsteams sei, die in Katastrophengebieten Menschenleben retten. Der sechsbeinige Laufroboter, auch Hexapod genannt, eignet sich ausgezeichnet für die Erkundung von schwer zugänglichem Gelände. Für unterschiedliche Geländetypen hat der junge Forscher drei Gangarten programmiert, bei denen unterschiedlich viele Beine benötigt werden. Jedes Bein stattete er mit drei Motoren aus, damit Zelos aus dem Stand nicht nur vorwärts und rückwärts, sondern auch seitwärts gehen kann. Gestell und Beine sind aus Aluminium gefertigt, die Steuerung erfolgt mittels selbst gebauter und programmierter Fernbedienung.

Stairfighter 2.0

Stairfighter 2.0

Treppensteigen ist für Roboter eine große Herausforderung. Aber wäre es nicht klasse, wenn Staubsaugerroboter genau das könnten? Das fragten sich Jan-Niklas Schmelzle, Janis Schneider und Stefan Meyer und bauten den Stairfighter 2.0. Zusätzlich zu normalen Rädern für ebene Flächen besitzt das Fahrzeug sogenannte Whegs, flügelähnliche Konstruktionen, deren Name sich aus wheels und legs zusammensetzt. Ein Wheg ist an jeder Ecke des Stairfighters befestigt. Um eine Treppenstufe zu erklimmen, werden diese gedreht, sodass sich das Fahrzeug nach oben drückt. Die Jungforscher haben nicht nur den Typ und die speziell gerundete Form der Whegs entwickelt, sondern auch die Art der Motoren und Sensoren sowie die Steuerung für das autonome Fahren.

Konstruktion und Programmierung eines selbstständigen Kanalerkundungsroboters

Konstruktion und Programmierung eines selbstständigen Kanalerkundungsroboters

Manche Kanäle sind so schmal, dass Menschen sie nicht inspizieren können. Tim Grutzeck baute und programmierte einen Roboter, um einen 231 Meter langen, nicht spülbaren Regenwasserkanal in seiner Heimatregion zu erkunden. Der junge Forscher wählte eine Konstruktion mit sechs Beinen, damit der Roboter auch sicher über Hindernisse klettern kann. Der Orientierung in unbekannten Gefilden dient ein Kinect-Sensor an einem dreigliedrigen Arm. Diese Kombination aus Laser und Kamera kann Objekte erkennen, abbilden und Entfernungen messen. Die Daten werden zu einer 3-D-Karte der Umgebung verarbeitet. Sie erleichtert auch die Berechnung der Bewegungsbahnen für die Beine.

Automatisches Erkennen, Verarbeiten und Lösen von Sudokus

Automatisches Erkennen, Verarbeiten und Lösen von Sudokus

Sudokus machen süchtig – und das gilt nun wohl auch für Roboter, wie für den von Paul Kutzer. Sein Roboter wird mit den Zahlenrätseln in ausgedruckter Form gefüttert, und schon löst er sie wie am Fließband – egal wie schwierig sie sind. Dabei erfasst eine Kamera die vorgegebenen Zahlen und identifiziert sie über Mustererkennung. Anschließend wird die selbst geschriebene Lösesoftware aktiv. Sie umfasst zwei Algorithmen, wobei der zweite dann zum Zuge kommt, wenn der erste scheitert. Scan und Berechnung dauern nur einen Sekundenbruchteil. Dann trägt der Roboter die Lösungszahlen in die freien Felder des Sudoku-Zettels ein. Hierfür realisierte der Jungforscher eine Konstruktion, die an einen Plotter erinnert und einen integrierten Stift besitzt.

Obelix recycled

Obelix recycled

Wo genau befindet sich unser Roboter? Diesem Grundproblem der Lokalisierung autonomer Fahrzeuge stellten sich Johannes Bier, David Lippner und Julian Mock. Sie wollten ihren selbst gebauten Roboter so ausstatten, dass er seine Position automatisch ermitteln kann. Hierfür setzten sie auf das Zusammenspiel von Messdaten eines Laserscanners mit odometrisch gewonnenen Daten. Das ist eine Methode zur Schätzung der Position anhand des Drehgebers für den Radantrieb. Basis ihrer Programmierung ist die Open Source Software ROS, die Navigationstools bereitstellt. Ihr Roboter ist in der Lage, mithilfe des Laserscanners eine Karte seiner Umgebung zu erstellen und ausgewählte Ziele anzufahren.

Ein Energiemanager für jedermann – so wird's was mit der Energiewende

Ein Energiemanager für jedermann – so wird's was mit der Energiewende

Mit einem modernen Energiemanagementsystem kann ein durchschnittlicher Haushalt mehrere Hundert Euro pro Jahr an Energiekosten sparen. Doch noch lässt die Nutzerfreundlichkeit kommerzieller Systeme zu wünschen übrig. Birk Magnussen hat ein kostengünstiges und flexibles Energiemanagementsystem für den privaten Haushalt entwickelt, das von Laien ohne die Unterstützung eines Elektrikers bedient werden kann. Anhand einer einfachen Abfrage in gesprochener Sprache prüft das Gerät, ob günstiger Strom zur Verfügung steht, und schaltet anhand dieser Informationen Geräte ein und aus. So entlastet das System nicht nur den privaten Geldbeutel, sondern optimiert auch die Auslastung des öffentlichen Stromnetzes.

Funky Light – das smarte Theaterlichtmanagement

Funky Light – das smarte Theaterlichtmanagement

Was wäre der Kuss von Romeo und Julia ohne die rechte Beleuchtung? Mit „Funky Light“ haben Frederic Jan Tausch und Adrian Muminovic ein smartes System zum Management von Bühnenbeleuchtungen erschaffen. Sie entwickelten die Hardware und die Software sowie auch die dazwischen liegende Kommunikationsebene. Funky Light ist besonders robust und bietet gleich zwei Vorteile gegenüber existierenden Lösungen beziehungsweise einfachen Lichtmischpulten: Zum einen können das System auch technische Laien, insbesondere Schülerinnen und Schüler, intuitiv und sehr flexibel bedienen, zum Beispiel per Laptop. Und zum anderen lassen sich damit Beleuchtungssequenzen programmieren und einspeichern.

Akustische Mikrofluidik am Beispiel kleiner Tropfen

Akustische Mikrofluidik am Beispiel kleiner Tropfen

Mithilfe der Mikrofluidik lassen sich „Labs-on-a-Chip“ realisieren, Labore im Miniaturformat. Das senkt die Kosten und das Gefahrenpotenzial. Bei dem Arbeiten auf dem äußert kleinen Chip sind allerdings spezielle technische Anforderungen zu berücksichtigen. So treten starke elektrische Kräfte auf und die Viskosität von Flüssigkeiten nimmt zu. Adrian Lenkeit und Jan Matthias Schäfers entwickelten Steuerelemente für die Nutzung im Mikrometerbereich, die auf piezoelektrisch erzeugten, akustischen Oberflächenwellen basieren. In Computersimulationen stellten sie dar, dass sich mit den richtigen Wellenmustern Tröpfchen transportieren und in den Tröpfchen Strömungen erzeugen lassen. So wird es möglich, Chemikalien zu mischen oder feste Bestandteile im Zentrum des Tropfens zu konzentrieren.

Optimierung des 3-D-Filamentdrucks von Zahnrädern

Optimierung des 3-D-Filamentdrucks von Zahnrädern

Clara Jung ist von 3-D-Druckern fasziniert, die für die Herstellung von Kunststoffteilen eingesetzt werden. In ihrer Forschungsarbeit untersuchte sie die Produktion von Kunststoffzahnrädern, die immer häufiger bislang gängige Metallzahnräder ablösen. Zunächst analysierte sie beim Produktionsprozess auftretende Probleme. Im Anschluss entwickelte sie eine Software für den 3-D-Druck von Zahnrädern. Mithilfe dieses Computerprogramms ist es beispielsweise möglich, Verformungen der Zahnräder zu verhindern, die bisher durch das Aufdrücken der ersten Plastikschicht auf den Untergrund auftraten. Für die Zukunft plant die Jungforscherin die weitere Optimierung ihrer Software, um beispielsweise noch stabilere Zahnräder drucken zu können.

Entwicklung einer gelenkigen, bionischen Laufmaschine für den Einsatz in unwegsamem Gelände

Entwicklung einer gelenkigen, bionischen Laufmaschine für den Einsatz in unwegsamem Gelände

Willi Zschiebsch entwickelte den Prototyp eines Roboters, der die Vorteile eines Wurmroboters und die einer Laufmaschine in sich vereint. Er besitzt einen Bewegungsmechanismus, der sich am biologischen Vorbild des Hundertfüßers orientiert. Der Nachwuchsingenieur konstruierte einen elektronischen Helfer, der Hindernisse wie steile Wandabschnitte, kleine Schluchten und enge Felsspalten durchqueren kann. Gerade in Katastrophengebieten stellt diese Umgebung extreme Anforderungen an Mensch und Maschine. Der Jungforscher widmete sich der Konstruktion ebenso wie der Programmierung. Das Ergebnis stellt seine Vorgängerversionen deutlich in den Schatten.

Drohnen und Atomkraftwerke

Drohnen und Atomkraftwerke

Drohnen, die Atomkraftwerke überfliegen, sind Segen und Fluch zugleich. Segen, weil sie die Anlage überwachen und so Sicherheit gewährleisten. Fluch, weil sie für Terrorattacken missbraucht werden können. Für die Inspektion von Atomkraftwerken hat Matthias Riegler einen Oktokopter – eine Drohnenart mit acht Flügeln – mit 70 Zentimetern Spannweite entworfen und gebaut. Das Flugobjekt ist mit einer speziell aufgehängten Videokamera und zahlreichen Sensoren ausgestattet. Diese ermöglichen sowohl die sichere Steuerung als auch die Messung von Umgebungsdaten wie Temperatur, Druck oder Kohlenmonoxid. Den Schutz vor Drohnenangriffen hat der Jungforscher ebenfalls bedacht: Zu diesem Zweck schlägt er ein Netz von Bodenkameras vor, die Flugobjekte durch Stereoblick genau lokalisieren können.

Automatisierte Torerkennung beim Tischkicker

Automatisierte Torerkennung beim Tischkicker

Die Torlinientechnik ist seit der letzten Fußballweltmeisterschaft in aller Munde. Doch nicht nur auf dem Fußballplatz, sondern auch beim Tischfußballspiel könnte so eine Technologie helfen, manche Diskussion zu vermeiden, dachte sich Joshua Petry. Er entwickelte ein System, das einen Ball im Tor erkennt und zudem den Spielstand grafisch anzeigt. Dem jungen Erfinder war zudem wichtig, dass das Gerät möglichst günstig ist und der Einbau wenig aufwendig. Das Ergebnis überzeugt – und so steht zukünftig der Spaß am Spiel wieder mehr im Vordergrund. Aber auch Tischkicker-Profis sollen von seiner Erfindung profitieren: Der Jungforscher plant sein System für Meisterschaften fit zu machen.

Dezentralisierte mobile Biogasanlagen – eine Alternative zur Biotonne?

Dezentralisierte mobile Biogasanlagen – eine Alternative zur Biotonne?

In Reaktoren von Biogasanlagen verwandeln Bakterien Biomasse aus oft speziell angebauten Energiepflanzen in Biogas, das zum Beispiel ins Erdgasnetz eingespeist wird. Um die Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion zu vermeiden und gleichzeitig biologisch abbaubare Haushalts- oder Gartenabfälle zu verwerten, haben Moritz Leg und Patrick Schuster den „BioCube“ entwickelt – eine kleine, haushaltstaugliche Biogasanlage. Die Abfälle werden darin per Fleischwolf zerkleinert und im Reaktor mit Wasser in 30 Tagen vergoren. Eine Kalkwäsche befreit das Biogas von Kohlendioxid, Stahlwolle und Aktivkohle entschwefeln es. Nutzbar bleiben Methan sowie Dünger aus Gärresten. Der Prozess wird mit zahlreichen Sensoren überwacht und dabei von einer selbst entwickelten Elektronik gesteuert.

Für alle Jungforscher, die voller Ideen für neue Erfindungen stecken und Spaß an handwerklicher Arbeit haben, ist Technik das richtige Fachgebiet

In diesem Fachgebiet wird entwickelt, konstruiert und optimiert: mit Dioden und Elektroden, mit Holz und Metall, mit und ohne Computer, mit dem Technikbaukasten oder der Lötpistole. Wichtig ist: Auf dem Wettbewerb muss ein funktionsfähiges Modell des Projekts präsentiert werden. Eine Ideenskizze oder ein Konstruktionsplan allein reichen nicht aus.

Disziplinen im Fachgebiet Technik sind vor allem

  • Bauingenieurwesen
  • Elektronik
  • Elektrotechnik
  • Maschinenbau
  • Mechanik
  • Messtechnik
  • Nachrichtentechnik
  • Optik
  • Robotik
  • Thermodynamik
  • Verfahrens- und Energietechnik
  • Verkehr
  • Wasserbau
  • Werkstoffwissenschaften

Welche Projekte passen nicht ins Fachgebiet Technik?

Klassische Softwarelösungen bzw. Computerprogramme gehören nicht ins Fachgebiet Technik. Das betrifft auch die reine Anwendung von Geräten etwa für biologische, chemische oder physikalische Untersuchungen.


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