Arbeitswelt
TheHänger
Viele kennen das Problem: Ein Kleidungsstück auf einen Kleiderbügel aufzuhängen, kann umständlich und zeitraubend sein. Lucas Li konstruierte daher einen faltbaren Kleiderbügel, der das Aufhängen und Abnehmen der Kleidung erleichtert. Dabei testete er einen Ring- und einen Klammermechanismus. Die Bewertung erfolgte durch Tragfähigkeits-, Langlebigkeits- und Zeitmessungsversuche sowie durch eine Nutzendenbefragung zur praktischen Handhabung, zu Ergonomie und Design. Beide Mechanismen erwiesen sich als robust und funktionierten verlässlich. Die Zeit für eine „Bügel-Interaktion“ liegt bei beiden Varianten unter einer Sekunde. Das ist schneller als mit konventionellen Kleiderbügeln, bei denen das Auf- oder Abhängen oftmals länger als zehn Sekunden dauert.
SmartWheel
Menschen mit Multipler Sklerose benötigen im fortgeschrittenen Krankheitsverlauf häufig einen Rollstuhl. Viele der Betroffenen haben jedoch zu wenig Kraft in den Armen, um den Rollstuhl sicher bremsen zu können. Lotte Luise Goldenstein und Finja Harms entwickelten daher ein neuartiges, KI-basiertes Bremssystem, das körperlich eingeschränkten Menschen die Nutzung sogenannter Adaptivrollstühle erleichtert und zu mehr Lebensqualität beiträgt. Ein Gyrosensor, ein spezielles Kreiselinstrument, erkennt, wenn die Räder zum Stehen kommen, und zieht über einen Motor die Bremsen fest. Mit einer bestimmten Körperbewegung lassen sich die Bremsen wieder lösen und die Person im Rollstuhl kann weiterfahren. Zum Erkennen der individuellen Bewegungsmuster setzen die Jungforscherinnen künstliche Intelligenz ein.
SmartStick – einer für alle!
Der „SmartStick“ könnte bald den Schulalltag von Lehrerinnen und Lehrern erleichtern, vor allem, wenn es um die Bedienung von Beamern während des Unterrichts geht. Denn oft ist die Fernbedienung nicht auffindbar oder es ist die falsche für das jeweilige Beamermodell vorhanden. Mikhail Soldatov entwickelte daher eine innovative, universell einsetzbare Fernbedienung für die Videoprojektoren an seiner Schule. Diese ermöglicht es der Lehrkraft, künftig mit nur einem Gerät alle Beamer zu steuern. Zudem kann die infrarotbasierte Fernbedienung als Anhänger an jedem Schlüsselbund getragen werden und geht so nicht verloren. Der SmartStick stellt eine einheitliche und einfache Steuerung für die vorher einprogrammierten Beamer sicher. Der Prototyp wurde von Lehrkräften bereits getestet und optimiert.
simpleTuner
Eine Geige oder eine Bratsche zu stimmen, ist alles andere als einfach und braucht eine gewisse Übung. Daher entwickelte Reinhard Köcher ein motorgesteuertes Stimmgerät, das die Violinsaiten automatisch auf die richtige Frequenz bringt. Der Apparat wird auf einen motorgetriebenen Feinstimmer aufgesetzt. Bringt man die Saite zum Klingen, nimmt ein Mikrofon den Ton auf und ein eigens entwickelter Algorithmus misst mit großer Genauigkeit die Frequenz der schwingenden Saite. Dann dreht der Motor den Feinstimmer in die richtige Position. Sobald der Ton stimmt, erscheint auf dem Display eine Meldung, und der Apparat kann auf die nächste Saite umgesetzt werden. Das erleichtert vor allem jenen Menschen den musikalischen Alltag, die das Instrument gerade erst erlernen.
Schultagsoptimierung: Vertretungsplan, Wetter und mehr auf einen Blick!
Für Schülerinnen und Schüler gibt es zahlreiche Apps und Internetseiten, die wichtige Informationen für den Tagesablauf bereitstellen. Diese reichen von Mitteilungen über Stundenausfälle und Vertretungsstunden bis zum Speiseplan der Schulmensa und dem lokalen Wetterbericht. Da es mühsam ist, sich die Hinweise jeden Morgen von verschiedenen Plattformen zusammenzusuchen, programmierte David Troizki eine App, die alle Daten zusammenfasst. Die Anwendung, die auf der Programmiersprache Python basiert, sucht sich die Infos selbstständig auf den verschiedenen Servern zusammen und bereitet sie dann übersichtlich auf. Das zu realisieren, war nicht leicht, weil die Rohdaten in jeweils unterschiedlichen Strukturen vorliegen. Doch mit einigen Kniffen schaffte es der Jungforscher.
Präzisierung von Berufsbezeichnungen – Wie können KIs die Arbeitswelt revolutionieren?
Wer heute einen Job sucht oder eine Stelle ausschreibt, nutzt in der Regel Online-Jobbörsen. Dabei entscheidet häufig die korrekte Berufsbezeichnung einer digitalen Stellenausschreibung darüber, ob eine offene Stelle gefunden wird. Um diesen Prozess zu optimieren, programmierte Joel Gerlach eine künstliche Intelligenz, mit der sich Stellenbeschreibungen passgenauer einem ISCO-Code, einer international gültigen Berufsgruppenklassifizierung, zuweisen lassen. Dieser Code erlaubt es Arbeitgebern, ihre Stellenausschreibungen mit hoher Genauigkeit mit der richtigen Berufsbezeichnung zu versehen, was ihre Sichtbarkeit für passende Bewerber deutlich erhöht. Zugleich erleichtert es Jobsuchenden, gezielt den Traumjob zu finden, der ihren Qualifikationen und Interessen entspricht.
Pneumonia Detection mithilfe von Convolutional Neural Networks
An Lungenentzündungen (Pneumonie) sterben jährlich weltweit mehrere Millionen Menschen. Ursache dafür ist häufig eine Fehldiagnose oder ein verspätetes Erkennen der Symptome. In der Regel wird die Krankheit mithilfe von Röntgenbildern diagnostiziert. Nico Richard Lentsch, Dustin Marggraff und Marvin Heyne entwarfen eine künstliche Intelligenz (KI), die eine Lungenentzündung auf Röntgenbildern schnell erkennen kann. Sie trainierten ein neuronales Netz mit Tausenden von Beispielbildern erkrankter und gesunder Menschen. Die KI identifiziert die Entzündung der Lunge anhand von Mustern und kann diese Fähigkeit auf neue Bilder anwenden. Das System der Jungforscher berücksichtigt individuelle Patientenmerkmale wie das Alter und erreichte bereits eine Diagnosegenauigkeit von mehr als 80 Prozent.
Mit Sonnenstrahlung kühlen – die ZAP-Kühlbox
Impulsgeber für dieses Forschungsprojekt war ein Zahnarzt, der eine transportable Kühlbox benötigte, in der Medikamente aufbewahrt werden können. Diese sollte robust sein, mit getrennten Räumen zum Kühlen und zur Energieversorgung. Janusz Kohnert, Frederik Tiede und Tessa Maleen Seyfert entwickelten eine umweltfreundliche Kühlbox für Zahnarztpraxen (ZAP), die diese Anforderungen erfüllt. In ihr können Medikamente unkompliziert und sicher nach medizinisch vorgegebenen Hygienevorschriften transportiert werden. Die benötigte Energie für die thermoelektrische Kühlung liefert ein Fotovoltaikmodul. Ein Solarladeregler kontrolliert den Ladezustand des Akkumulators kontinuierlich. Und sollte der Solarstrom zur Kühlung ausfallen, kann das Kühlsystem problemlos über ein Stromnetz betrieben werden.
MatheX – algorithmisch personalisiertes Training mathematischer Basiskompetenzen
Viele Menschen fremdeln mit der Mathematik. Dabei haben mathematische Basiskompetenzen große Relevanz in Schule, Beruf und Alltag. Da es noch immer zu wenig zeitgemäße Programme zum Trainieren mathematischer Fähigkeiten gibt, programmierte Stefan Neuber eine innovative Mathematiklernplattform. Sie ist algorithmisch personalisiert und ermöglicht Schülerinnen und Schülern speziell der ersten und zweiten Klasse, Basiskompetenzen vollständig sprachbasiert zu trainieren. Ein Individualisierungsalgorithmus analysiert vorherige Trainingsergebnisse und passt die Aufgaben optimal an das Leistungsniveau der Schülerin oder des Schülers an. Auf diese Weise soll ein motivierendes Lernerlebnis erzielt werden. Die Entwicklung der Lernplattform begann 2019. Sie wird inzwischen in mehr als 50 Ländern genutzt.
Kann man den Mahlgrad einer Kaffeebohne über die Dichte bestimmen?
Kaffee ist nicht gleich Kaffee. Wenn man den „perfekten“ Espresso zubereiten will, dann haben die Kaffeebohne und ihr Mahlgrad sowie die Kaffeemühle einen großen Einfluss. Valentin Schwer konnte zeigen, dass der optimale Mahlgrad einer Kaffeebohne von ihrer Dichte abhängt. Diese wird beeinflusst durch poröse Strukturen mit Gaseinschlüssen, die bei der Röstung entstehen und zu einer vergrößerten Oberfläche der Kaffeepartikel führen. Die Experimente des Jungforschers belegten, dass Kaffeebohnen mit einer niedrigen Dichte einen groben Mahlgrad benötigen, Bohnen mit einer hohen Dichte dagegen einen deutlich feineren. Die Forschungsergebnisse könnten ein Anstoß zur Entwicklung einer neuen Generation von Kaffeemühlen sein, die den Mahlgrad auf Basis der Dichte der Kaffeebohne automatisch einstellen.
E-Modulbestimmung – mit Bindfaden und Headset zum E-Modul
Zum Entwässern von Klärschlamm werden Industriezentrifugen genutzt. Mit diesen Geräten lassen sich Stoffe trennen. Dabei sind die Zentrifugenbauteile großen Belastungen ausgesetzt. Ob sie dafür geeignet sind, wird durch Messung des sogenannten Elastizitätsmoduls geprüft. Es sagt aus, wie stark ein Werkstoff bei Krafteinwirkung nachgibt. Dominik Limmer entwickelte für einen Zentrifugenhersteller ein einfaches, kostengünstiges und präzises Verfahren zur Bestimmung des E-Moduls. Dabei setzte er die Resonanzfrequenzanalyse ein, bei der die Eigenfrequenz der Probenkörper gemessen wird. Für seine Messmethode nutzte er auch gewöhnliche Gegenstände wie Bindfaden und Mikrofon. Kombiniert mit einem Soundkartenoszilloskop und technischem Geschick konnte er so schnell und genau das E-Modul bestimmen.
Elektronischer Einkaufswagen
Mit dem „Shop-Cruiser“ wollen Saim Rana, Jimmy-Lee Cibis und Mia Kürschner das Einkaufen für körperlich beeinträchtigte und ältere Menschen sowie Eltern mit Kindern komfortabler machen. Die Jungforschenden entwickelten einen neuartigen Einkaufswagen mit zielgruppengerechten Funktionen. Der elektronische Wagen funktioniert mit einer App und lässt sich per Joystick oder über das Mobiltelefon steuern. Er verfügt über einen Elektromotor mit Akku und eine 3-D-gedruckte Box zum sicheren Verstauen des Einkaufs. Sogar Rückwärtsfahren ist möglich. Dafür wurden im Shop-Cruiser für den Antrieb Teile eines elektrisch angetriebenen sogenannten Hoverboards verbaut. In der nächsten Evolutionsstufe soll der Einkaufswagen künftig allein auf Bewegung reagieren und autonom der einkaufenden Person folgen.
Der Barcode – eine Goldgrube für Allergiker
Wer Allergien hat, dem bereitet es im Supermarkt oftmals große Mühe herauszufinden, ob in einem konkreten Lebensmittel Allergene enthalten sind. Gregor Aßmann und David Rascu programmierten daher eine App, die die Barcodes von Produkten lesen und die enthaltenen Allergene übersichtlich anzeigen kann. Dabei griffen sie auf eine frei verfügbare Datenbank zurück, in der die Inhaltsstoffe der verpackten Waren hinterlegt sind. Bei einem anschließenden Feldtest mit allergiegeplagten Probanden, die die App im Laden nutzten, stellte sich jedoch heraus, dass die von Verbrauchenden zusammengestellte Datenbank unvollständig ist. Nun schlagen die Jungforscher eine öffentliche Datenbank vor, die von den Herstellern angelegt wird. So könnte der Nutzen der App noch erheblich gesteigert werden.
data card
In vielen Unternehmen werden Mitarbeitenden in speziellen Kühlschränken kostengünstig Getränke oder Snacks angeboten. Die Abrechnung erfolgt in der Regel auf Vertrauensbasis. Dominik Engelen erfand dafür eine digitale Lösung. Mit seiner „data card“ entwickelte er ein kartenbasiertes Bezahlsystem, welches das Einkaufen und den damit verbundenen Zahlvorgang künftig bequemer, transparenter und effizienter macht. Er testete sein System bereits erfolgreich bei einem lokalen Unternehmen. Durch Rückmeldungen der Nutzenden konnte der Jungforscher viele Vorschläge zur weiteren Optimierung sammeln, etwa das Speichern der Guthaben nicht lokal abzuwickeln, sondern über einen Server laufen zu lassen. Das Programm basiert auf Raspberry Pi 4 und ist so geschrieben, dass es sich individuell erweitern lässt.
Die kompostierbare Einwegtüte aus Biokunststoff
Gibt es Biokunststoff, der wirklich kompostierbar ist? Diese Frage stellen sich Verbraucherinnen und Verbraucher immer wieder. Seyma Celik, Anja Armstrong und Jennifer Boronowska fanden darauf eine klare Antwort: Es gibt biologisch abbaubaren Kunststoff. Die drei entwickelten über mehrere Versuchsreihen eine kompostierbare Einwegtüte. Als Materialbasis nutzten sie ein durch Hanffasern verstärktes Biopolymer aus Glycerin, Essigsäure, Stärke und Wasser. Mit dem passenden Materialmix konnten die Jungforscherinnen reißfeste Folien herstellen und daraus ihre Bioeinwegtüten falten. Versuche zeigten, dass die Tragetaschen aus umweltfreundlichem Plastik gut kompostierbar sind. Schon nach drei Wochen war der größte Anteil des Stärkepolymers im Kompost von Mikroorganismen abgebaut, Hanffasern waren nur noch in Resten zu finden.
EHT – eigenständiger Handtrainer
Tabea Lang entwickelte eine Bewegungsschiene für Handgelenke und Unterarme zum Einsatz in der Physiotherapie. Patientinnen oder Patienten, die beispielsweise Knochenbrüche erlitten haben, können damit eigenständig Übungen zur Wiederherstellung der Beweglichkeit durchführen. Die Schiene hilft, die Greiffunktion von Händen, die nach einer OP ruhig gestellt waren, wieder herzustellen. Das Beugen und Strecken der Finger wird dabei mithilfe einer selbst entwickelten Konstruktion aus Fingerschalen sowie Schub- und Zugstangen ermöglicht. Mit dem „eigenständigen Handtrainer“ füllt die Jungforscherin eine Lücke, denn eine entsprechende Bewegungsschiene zum Trainieren für zu Hause gab es bislang noch nicht. Ihre Innovation kann künftig auch Schlaganfallpatienten oder Menschen mit Lähmungen in der Hand unterstützen.
helper:Paper
Ben Mattes Krusekamp und Linda Gemeinhardt entwickelten eine digitale Informationsanwendung für Schulen, die den Schulalltag effizienter gestalten und gleichzeitig Papier sparen kann. Ihr helper:Paper ist eine ressourcenschonende Alternative etwa zu gedruckten Aushängen, Vertretungsplänen sowie Türschildern. Dazu wird der helper:Paper beispielsweise auf Augenhöhe an der Wand ähnlich wie ein Türschild angebracht. Zahlreiche für die Schülerinnen und Schüler relevante Informationen können darauf aktuell und flexibel angezeigt werden. Die Jungforschenden analysierten in ihrem Forschungsprojekt auch den Stromverbrauch und das Kosten-Nutzen-Verhältnis für die Schulen. Weitere denkbare Anwendungsbereiche sehen sie bei Behörden, öffentlichen Einrichtungen, Unternehmen sowie im häuslichen Umfeld.
Dynamischer Wecker
Bahnfahrende müssen sich bald nicht mehr über verspätete Züge ärgern. Benedikt Lennart Beste entwickelte einen softwarebasierten Wecker, der ÖPNV-Nutzende dynamisch und in Echtzeit über Verspätungen informiert beziehungsweise die Weckzeit jeweils automatisch an die Verspätung anpasst. Dadurch können beispielsweise Pendler morgens länger schlafen. Der Jungforscher kombinierte die digitalen Bestandteile seines dynamischen Weckers in Form einer speziellen Software geschickt mit den analogen Komponenten, indem er das Gerät kompakt und mit den passenden Bauteilen gestaltete. Der Clou: Sein Wecker reagiert nicht nur auf Verspätungen der Bahn, er füllt auch automatisch die Formulare zur möglichen Erstattung von Fahrtkosten aus. In Zukunft soll der Wecker auch als Handy-App verfügbar sein.
CodeUp – einfacher Einstieg in die Programmierung
Wer eine eigene Software entwickeln möchte, aber nicht weiß, wo er bei der Programmierung anfangen soll, dem steht nun eine einfache Lösung zur Verfügung. Ben Siebert entwickelte eine spezielle Plattform, mit der Einsteigerinnen und Einsteiger das Programmieren von Web-Applikationen interaktiv erlernen können. Mittels einer integrierten Entwicklungsumgebung lassen sich Projektideen direkt umsetzen. CodeUp verfolgt einen ganzheitlichen Ansatz, bei dem Anwendende neben dem Wissenserwerb das Erlernte auch direkt umsetzen und sich aktiv mit anderen Nutzenden austauschen können. Der Jungforscher setzt dabei auf eine Lernmethode, die Spaß machen und motivieren soll. Mit Videokursen und einem interaktiven Quiz am Ende jeder Lektion lässt sich eine eigene Web-Applikation auf diese Weise schnell entwickeln.
BrainMed
Bei Hirntumoren ist eine schnelle und präzise Diagnose entscheidend. AbdulRahman Arafat entwickelte ein KI-gestütztes Programm, das Diagnosen ohne Biopsie möglich macht. Als Grundlage dienten ihm frei zugängliche MRT-Aufnahmen von 120 Hirntumoren. Für deren Auswertung nutzte der Jungforscher ein neuronales Netz, das auf Bilderkennung spezialisiert ist. Darüber hinaus vervielfachte er die Datenmenge durch eine spezielle Technik aus der Datenanalyse. Mit einem Verfahren zur Mustererkennung schärfte er den Blick des Programms. Sein Tool konnte bei rund 90 Prozent der Tumoren korrekt zwischen gut- und bösartig unterscheiden. Die Zuverlässigkeit der Aussagen ist allerdings eingeschränkt, denn die Datenmenge, die ihm zur Verfügung stand, war gering und die Rechenkapazität des verwendeten Laptops limitiert.
Besenreiniger
In Produktionsbetrieben muss täglich gekehrt werden. Dabei verfangen sich grobe Teile wie Späne in den Borsten der Besen. Häufig sind diese dann so verschmutzt, dass sie ausgetauscht werden müssen, da bei einer Reinigung von Hand das Verletzungsrisiko hoch ist. Lukas Zeihsel, Marvin Schmauder und Jacob Herdtweck konstruierten daher ein neuartiges Gerät zur Besenreinigung. Mithilfe einer komplexen Mechanik lassen sich damit sogar Metallspäne aus den Borsten entfernen. Der Besenreiniger funktioniert energiesparend rein mechanisch und ist einfach zu bedienen. Die Reinigungsmethode bietet für Betriebe viele Vorteile. Die Besen lassen sich länger und nachhaltiger nutzen, die Bodenbeläge werden geschont und die Verletzungsgefahr etwa durch Metall- oder Holzspäne in den Borsten wird minimiert.
EKG-Kanalrekonstruktion mit Convolutional Neural Networks
Um in der Notfallmedizin bei Betroffenen Herzrhythmusstörungen zu diagnostizieren, wird in der Regel ein komplexes Diagnostik-EKG benötigt, das aus zehn EKG-Elektroden besteht. In einer akuten Notfallsituation kann das Anlegen der Elektroden für Patientinnen und Patienten jedoch sehr zeitaufwendig und belastend sein. Bastian Auer entwickelte daher ein patientenschonendes EKG-Konzept. Dabei müssen nur noch vier von zehn Elektroden angelegt werden. Neuronale Netzwerke rekonstruieren die fehlenden Signale der sechs schwerer anzubringenden Elektroden für ein vollständiges und störungsfreies Diagnostik-EKG. Der Jungforscher kombinierte bei seinem Ansatz maschinelles Lernen mit künstlicher Intelligenz für medizinische Anwendungen wie der klinischen Diagnostik von Herzkrankheiten.
Unser Pflegebett kann mehr!
Kranke und Pflegebedürftige können sich oftmals nicht selbst zudecken. Aus diesem Grund statteten Janusz Kohnert, Tessa Maleen Seyfert und Frederik Tiede ein Krankenhausbett mit einer automatischen Bettabdeckung aus. Herzstück ihrer Vorrichtung sind zwei Linearmotoren auf separaten Holzelementen, die sich beweglich an den beiden Seitengittern des Betts befinden. Die Motoren sind über Gardinengleiter und rostfreie Stahlklammern mit der Bettdecke verbunden. Per Fernbedienung lässt sich die Decke um etwa 70 Zentimeter nach oben oder unten bewegen, wodurch Patientinnen und Patienten wieder mehr Eigenständigkeit zurückerhalten. Zusätzlich kann das Personal die Decke durch ein Schienensystem um weitere 50 Zentimeter nach unten bewegen. Das erleichtert die Pflege und Wäsche des ganzen Körpers.
Bau einer Nutzererkennung für Tastaturen
Aufzeichnungen des Tippens auf Computertastaturen enthalten auch Hinweise auf die Identität des jeweiligen Gerätenutzers. Diese Hinweise filterten Lukas Miron Heinrich und Christoph Sevecke mit selbst geschriebenen Computeralgorithmen heraus und konnten auf diese Weise ein Computerprogramm zur Personenerkennung durch Tastaturen entwickeln. Die beiden programmierten ein Analysetool, das die Nutzerinnen und Nutzer eines Computers anhand spezifischer Merkmale ihrer Tastaturanschläge erkennt. Sie führten hierzu mit Testpersonen mehrere Analysen auf verschiedenen Tastaturbelegungen durch. Auf Basis dieser gesammelten Daten entwickelten die Jungforscher eine kostengünstige Lösung zur sicheren Identifikation und Nutzerverifizierung: ein Analysewerkzeug zur Nutzererkennung für Tastaturen.
Der MiPlaFi 2.0 – Mit gutem Gewissen Wäsche waschen
Textilien aus Kunstfasern geben beim Waschen Mikroplastik an das Wasser ab. Luise Florentine Mast konnte die Teilchen im Abwasser nachweisen und machte sich an die Entwicklung eines entsprechenden Filters. Die Wahl des Filtermaterials fiel auf das Gewebe eines speziellen Wäschesacks, das Gehäuse des Filters entwarf die Jungforscherin per CAD am Computer. Auf dieser Basis konnte sie einen ersten Prototyp am 3-D-Drucker fertigen und einen zweiten aus Metall von einer Firma herstellen lassen. Nachdem die Filter zunächst noch extern an den Waschmaschinenablauf angeschlossen wurden, folgte im zweiten Schritt ein Filter, der in das Gerät integriert wird. Auch dieses Modell wurde mittels CAD entwickelt. Wasseranalysen bestätigten seine Wirksamkeit. Aktuell läuft bereits ein Patentverfahren.
Entwicklung eines Notbrems-Assistenzsystems für Fahrräder (Bike Emergency Braking System)
Rad fahren ist gesund und umweltschonend, jedoch auch nicht ganz ungefährlich. Um die Sicherheit von Radfahrenden im Straßenverkehr zu erhöhen, entwickelte Vincent Nack ein Notbrems-Assistenzsystem für Fahrräder, das Frontalzusammenstöße sowie Unfälle beim Abbiegen durch eine sensorbasierte Bremsvorrichtung verhindert. Sein Bike Emergency Braking System, kurz BEBS, besteht aus einem Sensorsystem mit Ultraschallsensoren und einem Kreiselstabilisator, ein sogenanntes Gyroskop. Das BEBS lässt sich auf der Lenkstange von Fahrrädern nachrüsten. Bei einer Gefahrensituation greift das autonome Bremssystem in die Fahrradbremse ein. Dabei löst ein Elektromotor über einen Seilzug die Notbremsung aus und bringt das Rad kontrolliert zum Stehen.
Entwicklung eines Virtual-Reality-basierten Fitnesstrainings
Virtual Reality, kurz VR, schafft durch computergenerierte, interaktive Wirklichkeiten neue Erlebniswelten – auch im Sport. Statt monotoner Fitnessübungen können Sporttreibende in der virtuellen Realität spannende Simulationen absolvieren, die Spaß und Training spielerisch kombinieren. Basierend auf der VR-Technologie entwickelte Stefan Neuber eine neuartige Verknüpfung von echtem Trainingsequipment und einem intuitiv verständlichen Spielkonzept. Dafür verwendete er ein System, das zur Steuerung von Aktionen in einer virtuellen Welt die spezifischen Bewegungen an einer Klimmzugstange erfasst. Durch Hängen und Bewegen an dem Sportgerät kann mit einer VR-Brille ein Avatar interaktiv durch eine Landschaft navigiert werden. Gleichzeitig werden dabei Muskulatur und Fitness effektiv gestärkt.
revolutionAIR – Entwicklung eines effizienten Luftreinigungssystems auf Basis von UV-LEDs
Kurzwelliges UVC-Licht ist sehr energiereich und zerstört somit Viren und Bakterien. Bislang wurde es zumeist mit Quecksilberdampflampen erzeugt, inzwischen gibt es dafür aber auch entsprechende Leuchtdioden (LEDs). Angeregt durch die Coronapandemie entwickelten Maximilian Pfannkuch, Jaro Filip und Dominik Hein ein Gerät, das die Raumluft mit dem Licht von LEDs desinfiziert. Mittels mikrobiologischer Untersuchungen konnten sie die erforderliche Bestrahlungsdosis und die nötige Verweilzeit der Luft im Gerät ermitteln. Die Jungforscher programmierten zudem eine App, die anhand der Handys im Raum die Zahl der anwesenden Personen ermittelt und auf dieser Basis die Luftreinigungsanlage steuert. Nun soll die Wirksamkeit des Geräts durch noch spezifischere LEDs oder auch Laserdioden weiter gesteigert werden.
"Sei mal ganz, Ohr!" – Bioprinting einer Ohrmuschel
Die additive Fertigung, also der 3-D-Druck, findet auch in der Medizin immer häufiger Anwendung, etwa bei der Herstellung individuell auf den Patienten angepasster Implantate. Im Fokus steht dabei das Bioprinting, denn durch die Verwendung von organischen Substanzen für den Druck kann sich implantiertes Gewebe regenerieren. Theresa Weber, Donata Henkel und Celina Stitz zeigten in ihrem Forschungsprojekt, dass der 3-D-Biodruck für die Züchtung von Knorpelgewebe der menschlichen Ohrmuschel nutzbar ist. Mithilfe eines Smartphones konnten sie eine Ohrmuschel anatomisch genau scannen und anschließend mit zellhaltigen Biotinten dreidimensional modellieren. Der Einsatz des Verfahrens im klinischen Alltag könnte künftig mit geringem Zeitaufwand die Fertigung von patientenspezifischem Gewebe ermöglichen.
Physik statt Chemie: Hygiene 2.0
In Krankenhäusern lauern lebensgefährliche Keime, die gegen Antibiotika immer häufiger resistent sind. Zu ihnen gehören Stäbchenbakterien wie Legionellen oder E. coli. Miriam Warken, Fabio Briem und Lukas Bohnacker gehen mit ihrem zum Patent angemeldeten Ultraschall-Verfahren gegen diese Bakterien vor. Sie töten die Krankheitskeime in Rohrleitungen mittels einer selbst entwickelten Ultraschall-Sonotrode ab und entfernen den hartnäckigen Biofilm von Rohrwänden – rein physikalisch und umweltschonend ganz ohne Chemie. Nach dem erfolgreichen Abschluss der Laborphase testen die Jungforscher inzwischen in Kooperation mit dem Alb-Donau-Klinikum Ehingen die leicht zu bedienende Ultraschall-Innovation unter realen Bedingungen. Ziel ist es, die Bakterienzahl um mehr als 90 Prozent zu senken.
Algen-Wachstumslogger: Apparatur zur Darstellung von Wachstumsprozessen im Unterricht
Jeder kennt das: Komplexe Sachverhalte verstehen wir besser, wenn wir sie praktisch anwenden. Das gilt vor allem für den Schulunterricht. Saramaria Schreib konstruierte eine mikrocontrollergesteuerte Experimentier-Apparatur, die fachübergreifend in Biologie, Informatik und Physik genutzt werden kann. Mit dem Algen-Wachstumslogger lassen sich Wachstumsprozesse ganz praktisch und anschaulich darstellen. Er ermöglicht die Beobachtung und Aufzeichnung des Wachstumsverhaltens einer Grünalgen-Kultur unter variablen Faktoren wie Temperatur, Salzgehalt oder Beleuchtungsdauer und macht die Untersuchung der Auswirkungen so praxisnah erfahrbar. Die Apparatur ist für universitäre und schulische Praktika geeignet und kann einfach und ohne großen Kostenaufwand nachgebaut werden.
Optimierung einer Schließanlage für das betreute Wohnen in Wohnheimen
In Wohnheimen für körperlich und geistig benachteiligte Menschen besteht oftmals das Problem, dass manche Bewohner aufgrund der Behinderung ihre Zimmertüren nicht selbstständig verschließen können, um ihre Privatsphäre zu schützen. Nils und Niklas Kronig entwickelten ein Schließsystem, das es betreuten Menschen mit einer Behinderung ermöglicht, ihre privaten Räume bei Bedarf zu verriegeln. Durch Abgleich von Zutrittsberechtigungen über eine Datenbank werden bei Annäherung an die Türmodule Bewohner und Betreuungspersonen anhand von Armbändern über Bluetooth identifiziert und das Türschloss öffnet sich automatisch. Die Tür wird verriegelt, sobald der Bewohner im Zimmer ist. So kann niemand von außen unkontrolliert hineingelangen. Die Schließanlage könnte auch in Seniorenheimen Anwendung finden.
CO2-Ampel
In Corona-Zeiten ist regelmäßiges Lüften eine Möglichkeit, die Viruslast in Klassenräumen zu senken. Henrik Fisch, Fabian Brenner und Maximilian Schumacher entwickelten eine CO2-Ampel, um das Lüften so effizient wie möglich zu gestalten. So werden Lehrkräfte und Schulkinder vor Erkältungskrankheiten durch unnötig langes Öffnen der Fenster geschützt. Die Jungforscher bauten einen Sensor, der kontinuierlich den CO2-Gehalt der Raumluft misst und durch ein akustisches Signal vor einem zu hohen Wert warnt. Liegt der 8-Sekunden-Wert über 700 ppm CO2, springt die Ampel auf Gelb. Bei über 1 100 ppm ertönt ein Signal in Form von kurzen Pieptönen: Zeit, den Klassenraum zu lüften. Tests zeigten, dass bei kleineren Schulklassen ein größeres Lüftungsintervall ausreicht, damit die Ampel wieder Grün zeigt.
MYTRO – Fahrzeitenoptimierung im Schienennahverkehr
Wie kann die Fahrzeit von Nahverkehrszügen verkürzt und der ÖPNV damit attraktiver werden? Expresszüge halten im Berufsverkehr zwar bereits so kurz wie möglich, das Aus- und Einsteigen erfolgt dabei aber häufig unter Zeitdruck. Jannik Bartsch entwickelte ein Konzept zur Fahrzeitenoptimierung im Schienennahverkehr, das er in 3-D visualisierte. Bei seiner Lösung fährt ein Zug mit konstanter Geschwindigkeit bis zum Endbahnhof durch. Alle Fahrgäste, die aussteigen möchten, begeben sich in den „Aussteigerwaggon“. Dieser kuppelt sich während der Fahrt vom Hauptzug ab und hält an der nächsten Station. Von dort fährt gleichzeitig ein „Einsteigerwaggon“ ab, der sich an den Hauptzug ankuppelt. So kann der Hauptzug durchfahren und es entsteht kein Zeitverlust für die weiterfahrenden Fahrgäste.
MatheX – sprachbasiertes und individualisiertes Training mathematischer Basiskompetenzen
Mathe war und ist für viele kein Lieblingsschulfach. Die mathematischen Basiskompetenzen sind in jedem Fall aber wichtig für die schulische und berufliche Laufbahn und sollten daher intensiv vermittelt werden. Doch das ist gar nicht einfach in Zeiten von Homeschooling und Social Distancing während der Corona-Pandemie. Mit der App MatheX von Stefan Neuber können Grundschulkinder nun individualisiert mathematische Grundkenntnisse effizient auf dem Smartphone trainieren. Eine Spracheingabe ermöglicht eine natürliche Interaktion. Auch an die Lehrkräfte wurde bei der Software gedacht, denn sie können durch eine Spezialfunktion den Lernfortschritt der Schülerinnen und Schüler einsehen und mit entsprechenden Angeboten reagieren. So wird ihre Arbeit erleichtert und der Lernerfolg der Schulkinder gesteigert.
Magnetschraubstock
Handwerker kennen das Problem: Beim Hantieren mit Werkstücken in einem Schraubstock sind entweder die Schraubstockbacken im Weg oder es gibt zu wenige Einspannmöglichkeiten, wodurch sich die Werkstücke weniger genau bearbeiten lassen. Um das Spannen sowie das Ausrichten zu vereinfachen, entwickelten Samuel Nachtmann, Joshua Zilliox und Nelson Machado Teixeira einen neuartigen Magnetschraubstock. Der benutzerfreundliche, elektromagnetische Schraubstock der Jungforscher erlaubt eine zeit- und platzsparende Bearbeitung durch müheloses Ausrichten von Werkstücken. Er ist auf zwei Achsen flexibel verstellbar und hat vier verschiedene Einspannmöglichkeiten. Eine erweiterte Version soll künftig zusätzlich mit einem Akku funktionieren, um den flexiblen Einsatz auf Montagen zu ermöglichen.
Im Fachgebiet Arbeitswelt steht der Mensch im Mittelpunkt. Vor allem für Auszubildende ist dieses Fach ein ideales Betätigungsfeld
Im Fachgebiet Arbeitswelt geht es darum, Arbeitsmittel, Arbeitsplätze und Arbeitsabläufe so zu verbessern, dass sie optimal an den Menschen angepasst sind. Arbeitsschutz und Sicherheit, Arbeitsmedizin und Ergonomie, Arbeitsrecht und Schutzvorschriften sind die entscheidenden Stichworte. Dies gilt auch für die häusliche Umgebung und den schulischen Bereich. Zu den Arbeitsmitteln zählen neben Werkzeug auch Sportgeräte, Spielzeug sowie Hilfsmittel für Menschen mit Behinderungen.
Disziplinen im Fachgebiet Arbeitswelt sind vor allem
- Arbeitsmedizin
- Arbeitsschutz
- Arbeitssicherheit
- Ergonomie
- Verbesserung von Arbeitsabläufen
Für alle Fachgebiete gilt, dass der Schwerpunkt der Forschungsarbeit in der Arbeitswelt liegen muss, also einen praktischen Bezug zu existierenden Arbeitsfeldern hat. Z.B. werden medizinische Themen, soweit sie den Arbeitsplatz des Arztes oder des medizinischen Personals betreffen der Arbeitswelt zugeordnet.
Welche Projekte passen nicht ins Fachgebiet Arbeitswelt?
Im Fachgebiet Arbeitswelt sollte ein direkter Bezug zur Arbeitswelt, also jeweils einem konkreten Arbeitsplatz, erkennbar sein. Liegt der Fokus auf den naturwissenschaftlichen Werkzeugen, gehören sie in das jeweilige Fachgebiet.
Projekte gehören, obwohl sie die Arbeitswelt betreffen in die Fachgebiete Technik, bzw. Mathematik/Informatik, wenn sie die Optimierung von Arbeitsabläufen unter wirtschaftlichen Aspekten zum Ziel haben. Im Fachgebiet Arbeitswelt werden Projekte, die den (Arbeits-)Alltag verbessern bewertet. So sind beispielsweise medizinische Therapieverfahren im Fachgebiet Biologie verankert.
Weiterführende Informationen
- 2 Klicks für mehr Datenschutz: Erst wenn Sie den Schalter aktivieren, wird der Button aktiv und Sie können Ihre Empfehlung an ShareNetwork senden. Schon beim Aktivieren werden Daten an Dritte übertragen.
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