Hinter mancher KI steckt ein neuronales Netzwerk – eine Software, die der Funktionsweise des menschlichen Gehirns nachempfunden ist. Seit Kurzem experimentiert die Fachwelt jedoch auch mit lernfähigen Netzen, die mechanisch arbeiten, indem etwa viele kleine Massen durch Federn verbunden werden. Faszinierenderweise ist es möglich, diesem Netzwerk durch Anpassen der Federn verschiedene Verhaltensweisen anzutrainieren. Alexander Reimer und Matteo Friedrich wollten herausfinden, wie so ein Training aussehen kann. Dazu simulierten sie ein mechanisches neuronales Netzwerk im Computer, spielten verschiedene Szenarien durch und untersuchten die Details vielversprechender Trainingsansätze. Sie fanden heraus, dass lernfähige Materialien denkbar sind, die sich ihrer Umwelt ganz von selbst anpassen.

Treten Grillen im Schwarm auf, gleicht sich ihr Zirpen häufig an und sie erzeugen ein einheitliches Geräusch. Wenn Menschen applaudieren, geht ihr unregelmäßiges Klatschen nicht selten auf ähnliche Weise in einen Gleichtakt über. Die Wissenschaft bezeichnet dieses Phänomen als Synchronisation und versucht, es mit mathematischen Formeln zu beschreiben. Einen dieser Ansätze verfolgte Lucas Maximilian Braun: Er ging von einem Modell aus, das der Japaner Yoshiki Kuramoto bereits 1975 entwickelt hatte. Es fasst die Einzelsysteme als schwingende Oszillatoren auf, die sich alle gegenseitig beeinflussen. Der Jungforscher untersuchte eine komplexe, erweiterte Variante des Kuramoto-Modells und kam zum Schluss, dass sie sich erheblich von der ursprünglichen Form unterscheidet.

Setzt man bei einer bestimmten Art von Berechnungen das Ergebnis immer wieder in die Ausgangsformel ein, dann erhält man überaus komplexe, selbstähnliche Muster, bekannt als Fraktale. Ein Beispiel ist das berühmte Apfelmännchen, auch Mandelbrot-Menge genannt: Zoomt man hier tief in einen Ausschnitt hinein, finden sich dort im Kleinen dieselben Strukturen wie im Großen. Die detailliertere Beschäftigung mit der Mandelbrot-Menge lieferte bereits manche mathematische Überraschung. So taucht unter bestimmten Bedingungen bei den Berechnungen die Kreiszahl Pi auf. Seit Kurzem gibt es dafür einen relativ anschaulichen Beweis. Nedim Srkalovic, Oscar Scherz und Thies Brockmoeller entwickelten diesen Beweis weiter, sodass er nun auch für weitere mathematische Bedingungen gilt.

Oberleitungsbusse gibt es schon lange, in Deutschland aber sind sie mittlerweile eine Seltenheit. Da sie emissionsfrei fahren, werden sie aktuell wieder interessant. Allerdings weisen die Fahrzeuge Nachteile auf. So haben sie zumeist keinen Akku an Bord, sind also auf Strom aus der Oberleitung angewiesen. Um dieses Manko zu beheben, baute Florian Wentzel das Modell eines O-Busses. Es ist mit einem kamerabasierten System ausgerüstet, das die Oberleitung automatisch erkennt und den Stromabnehmer während der Fahrt in Kontakt zu ihr bringen kann. Der Leitungsstrom wird dann nicht nur zum Fahren genutzt, sondern lädt gleichzeitig eine bordeigene Batterie auf. Mit dieser Technik könnten die Busse auch dann weiterfahren, wenn keine Oberleitung mehr zur Verfügung steht, etwa bei einer Umleitung.

Das Einsetzen von Knie- und Hüftprothesen ist in der orthopädischen Chirurgie ein Standardverfahren. Doch zuweilen müssen die künstlichen Gelenke operativ entfernt und durch neue Implantate ersetzt werden. Allerdings werden solche Fälle in Deutschland nicht einheitlich erfasst – so arbeiten verschiedene Kliniken mit zum Teil unterschiedlichen Dateiformaten. Daher haben Ben Emanuel Wießner und Adham Soliman eine Datenbanksoftware geschrieben, die Schäden an aus dem Körper entfernten Prothesen übersichtlich und transparent erfassen kann. Darüber hinaus beschäftigten sich die Jungforscher mit einem weiteren wichtigen Punkt – dem Prothesen-Recycling. Denn künstliche Gelenke bestehen oft aus wertvollen Metallen wie Titan. Und das ließe sich noch konsequenter wiederverwerten als es derzeit geschieht.

Genanalysen erlauben es, Krankheiten wie Krebs besser zu verstehen und zu behandeln. Da das Erbgut hochkomplex ist, braucht es dafür spezielle Computerprogramme. Alois Bachmann und Elora Marx entwickelten eine solche Software. Sie hilft zu begreifen, welche Gene in einer Zelle aktiv sind und wie sie diese beeinflussen. Basis ist ein KI-Algorithmus, der das Transkriptom analysiert – die Gesamtheit der RNA-Moleküle, die in der Zelle von der DNA abgelesen und in Proteine übersetzt werden. Ausgehend von einer Datenbank kann die KI herausarbeiten, welche Gene für welche Aufgaben wichtig sind und wie sie mit anderen Genen interagieren. Zudem ist sie in der Lage, solche Wechselwirkungen nicht nur festzustellen, sondern sie sogar vorherzusagen. Perspektivisch könnten sich so neue Therapien entwickeln lassen.

Die Windkraft ist eine wichtige erneuerbare Energie, sie hat jedoch auch ihre Schattenseiten. So können die sich drehenden Rotorblätter störende Schattenmuster werfen, von manchen als „Discoeffekt“ bezeichnet. Doch wie ändert sich dieser Schattenwurf im Jahreszeitenverlauf? Um das herauszufinden, berechnete Richard Stoppok die Werte für einen Windpark in Bremen. Ausgehend von den Abmessungen der Windräder und den Daten des Sonnenverlaufs erstellte er mithilfe geometrischer Formeln eine Art Discoeffekt-Landkarte. Sie belegt, welche Bereiche der Rotorschatten zu welchen Jahreszeiten erreicht. Das Ergebnis zeigt, dass zwar Teile eines nahe gelegenen Wohngebiets betroffen sind. Doch im Jahresdurchschnitt ist die Belästigung nicht so groß, als dass die gesetzlichen Grenzwerte überschritten würden.

1975 erfand der britische Mathematiker John Pollard einen Algorithmus, der eine Zahl in ihre kleinsten Bausteine zerlegen kann – in Primzahlen, die nur durch sich selbst und eins teilbar sind. Anwendung findet Pollards Rho-Methode insbesondere bei der Verschlüsselung von digitalen Daten. In seinem Forschungsprojekt nahm Finn Rudolph das Verfahren genauer unter die Lupe. Konkret suchte er nach den optimalen Bedingungen, unter denen der Algorithmus besonders schnell und effektiv abläuft. Dabei fand er heraus, dass ein gut gewählter Wert für einen zentralen Parameter die Berechnungszeit erheblich verkürzen kann. Darüber hinaus beleuchtete der Jungforscher, inwieweit sich die Berechnung beschleunigen lässt, wenn man den Algorithmus auf zwei Prozessorkernen gleichzeitig laufen lässt.

Vor einiger Zeit wurden alle Schulen im Saarland mit Tabletcomputern ausgestattet. Johann Haslinger brachte das auf die Idee, eine App zu programmieren, die bei der Organisation des Schulalltags hilft und als zentrale Lernplattform den Unterricht unterstützt. Das Ergebnis heißt "Spina". Auf übersichtliche Weise präsentiert die App die wesentlichen Unterrichtsmaterialien, listet Hausaufgaben auf und hilft bei der Vorbereitung für anstehende Klassenarbeiten. Die Lerngruppenfunktion ermöglicht einen größtmöglichen Austausch zwischen den Lernenden. In einem Archiv können erledigte Aufgaben und Prüfungen abgelegt und bei Bedarf wieder aufgerufen werden. Digitale Karteikarten erlauben ein effektives Vokabellernen, auch mithilfe von Sprach- und Feedbackfunktionen.

Firmen arbeiten heute mit Computerprogrammen, die den Büroablauf organisieren helfen: Unter anderem unterstützen sie bei Terminplanung, Aufgabenverteilung und Projektabwicklung. Da auch der Schulalltag immer komplexer wird, beschlossen Alina Just und Arne Trees, eine Managementsoftware für ihre Schule zu entwickeln. Ihr Programm „scoogo“ überträgt zahlreiche Aktionen, die bislang auf dem Papier erledigt wurden, in die digitale Welt. So kann das System Stunden- und Raumpläne verwalten, ein digitales Klassenbuch erstellen und dabei helfen, Vertretungsstunden zu planen. Darüber hinaus dokumentiert die Software Fehlzeiten, ermöglicht es, Entschuldigungen für Fehlstunden einzutragen, und macht über einen digitalen Schnellhefter Unterrichtsmaterialien zugänglich.

Eine Liste nach dem Alphabet zu sortieren, ist eine einfache Übung. Als Leo Blume die Bücher in einem Regal neu ordnete, erwies sich die Sortierung nach Farben allerdings als schwieriger als zunächst angenommen. Doch die Mathematik konnte hier helfen. Leo Blume entwickelte die Grundlagen einer neuen mehrdimensionalen Sortierung, die ermöglicht, Problemstellungen in mathematischen Graphen und Tabellen darzustellen. Ausgehend davon wurden mehrere Algorithmen entwickelt und in eine interaktive Web-Software sowie in eine App umgesetzt. Auf diese Weise gelang es schließlich, die Bücher so anzuordnen, dass die Farbkontraste benachbarter Buchrücken möglichst gering ausfallen. Darüber hinaus kann die App auch Wörter nach ihrer Bedeutung sortieren und den kürzesten Weg zwischen mehreren Orten berechnen.

Der Inkreis ist der größtmögliche Kreis, der in einem Dreieck eingezeichnet werden kann. Seine Berechnung ist gerade in vielen technischen Bereichen hilfreich, etwa um die Bahnen von Satelliten zu planen oder um im Bauwesen die optimale Lastverteilung für Trägerstrukturen herauszufinden. Doch wo genau in einem Dreieck liegt der Mittelpunkt des Inkreises? Um die Koordinaten zu ermitteln, untersuchte Janina Leistritz drei verschiedene mathematische Methoden. Der erste Ansatz führte über Winkelberechnungen, der zweite über die sogenannten Strahlensätze, beim dritten dienten Rauten als Hilfsmittel. Dabei fand die Jungforscherin heraus, dass die Koordinatenberechnung je nach Ausgangslage entweder mit Verfahren zwei oder Methode drei am einfachsten zu realisieren ist.

Quantencomputer gelten als Wundermaschinen der Zukunft. Sie sollen Routenberechnungen, Materialsimulationen oder Datenbanksuchen viel schneller erledigen als bisher. Allerdings sind die derzeitigen Prototypen noch nicht leistungsfähig genug, es hapert an der Hardware. Daher wird Quantensoftware häufig auf gewöhnlichen Computern entwickelt. Der konventionelle PC gibt dann vor, eine Quantenmaschine zu sein. Jonas Müller konnte diesen Ansatz optimieren: Statt die Quantenschaltkreise allein per Software zu simulieren, nutzte er eine spezielle Art von Mikrochips. Deren Komponenten lassen sich wie Legosteine flexibel miteinander kombinieren, wodurch sich das Bauteil gut an eine spezielle Aufgabe anpassen lässt. Damit gelang es dem Jungforscher, Quantenalgorithmen effizient und schnell zu simulieren.

Wer sich die Busnetze verschiedener Städte einmal genauer ansieht, stößt auf deutliche Unterschiede: Während in manchen Orten die Linien sternförmig vom Zentrum nach außen führen, folgen sie in anderen einer Hauptverkehrsachse, oder aber der Plan ähnelt einem Spinnennetz. Doch welches dieser Konzepte bringt die Fahrgäste am schnellsten zum Ziel und welches ist für den Betreiber das kostengünstigste? Um das zu untersuchen, entwickelte Raphael Gaedtke eine Software, mit der sich unterschiedliche Netztypen vergleichen lassen. Zunächst programmierte der Jungforscher mehrere Modellstädte. Dann nutzte er Algorithmen, um die fiktiven Liniennetze auf ihre Effektivität hin zu testen. Das Resultat: Auf spinnennetzähnlichen Linienplänen kommt man tendenziell am schnellsten voran.

Mehr als eine Million Menschen leiden in Deutschland an Alzheimer-Demenz, Tendenz steigend. Heilen kann man die Erkrankung bislang nicht, doch wird sie frühzeitig erkannt, lässt sich ihr Fortschreiten verlangsamen. Hier setzt das Forschungsprojekt von Niklas Bennewiz an. Er entwickelte eine KI-App, die die Diagnose von Alzheimer erleichtern soll. Im Gehirn zeigt sich die Erkrankung unter anderem durch die Ablagerung sogenannter Plaques. Mithilfe lernfähiger Algorithmen kann die Software diese Plaques in MRT-Aufnahmen zuverlässig erkennen. Besonderes Augenmerk richtete der Jungforscher darauf, die Entscheidungsprozesse der KI verständlich zu machen. Dadurch muss man dem Ergebnis des Algorithmus nicht einfach Glauben schenken, sondern kann es plausibel nachvollziehen.

Zugverspätungen sind ärgerlich, vor allem wenn man eine Anschlussverbindung verpasst und die Reise umdisponieren muss. Da wäre es praktisch, sich zumindest rechtzeitig über eine drohende Verspätung informieren zu können. Genau das leistet die KI-Software von Theo Döllmann. Der Jungforscher sammelte großen Mengen von Verspätungsdaten vergangener Zugfahrten und an Bahnhöfen erhobene Informationen. Diese Daten bereitete er auf und trainierte damit einen lernfähigen Algorithmus. Das Ergebnis lässt sich auf einer Website nutzen. Gibt man dort eine konkrete Zugverbindung ein, berechnet die Software in kurzer Zeit, wie hoch das Risiko einer Verspätung bei einer künftigen Verbindung ist und ob man womöglich seinen Anschlusszug verpasst – und zwar auch für Zugfahrten, die erst in einigen Tagen starten.

Bienen spielen in der Natur eine wichtige Rolle, denn sie helfen bei der Bestäubung von Pflanzen. Doch mancherorts schwinden die Bestände, mit negativen Folgen für die Landwirtschaft. Daher überlegen Fachleute, künftig Drohnen für die Bestäubung einzusetzen. Bei diesem Szenario scannt eine von kleineren Roboterbienen umschwirrte „Mutterdrohne“ ihre Umgebung mit Kameras. Erkennt sie per KI-Algorithmus eine Blüte, schickt sie den künstlichen Schwarm zum Bestäuben los. Vor diesem Hintergrund entwickelten Nicolai Schlüter, Moritz Trapp und Lewin Raetzell in ihrem Forschungsprojekt unter anderem eine Software zur Blütenerkennung sowie ein Programm, das die Kollision von Roboterbienen verhindern kann. Zusätzlich bauten sie einen Prototyp – einen aus zwei Quadrokoptern bestehenden Minischwarm.

Bei einem Bluttest werden zahlreiche Werte erfasst, darunter die Anzahl der Blutzellen. In Ländern wie Deutschland erledigen das teure Laborautomaten. In ärmeren Weltregionen hingegen werden die Blutzellen häufig von Menschen mithilfe von Mikroskopen gezählt – eine aufwendige und fehleranfällige Prozedur. David Rutkevich entwickelte daher eine Alternative: Dafür nutzte er ein per 3-D-Druck konstruiertes, preisgünstiges, aber leistungsfähiges Spezialmikroskop. Um dessen Bilder automatisch auszuwerten, programmierte der Jungforscher zwei KI-Algorithmen. Diese sind nicht nur in der Lage, Blutzellen verlässlich zu zählen, sondern können verschiedene Zelltypen voneinander unterscheiden. Über eine Website, auf der man Bilder von Blutproben hochladen kann, lassen sich die KIs bereits nutzen.

Das chinesische Brettspiel Xiangqi ist eine faszinierende Schach-Version. Die Figuren und Züge sind ähnlich, aber eine erfolgreiche Gewinnstrategie ist mindestens ebenso komplex wie beim Spiel mit König und Dame. Doch während es für Schach mittlerweile viele Computerprogramme gibt, wurde für die chinesische Variante bislang nur wenig Software entwickelt. Simon Ma nahm die Herausforderung an und wagte sich an ein solches Programm. Um einen schlagkräftigen Xiangqi-Computer zu realisieren, kombinierte der Jungforscher verschiedene Verfahren miteinander, darunter auch Algorithmen der künstlichen Intelligenz. Der Methodenmix funktioniert: Trotz der hochkomplexen Spielzüge ist das System in der Lage, in acht Sekunden bis zu fünf Züge in die Zukunft zu schauen.

Primzahlen zählen zu den Grundelementen der Mathematik – sie lassen sich nur durch sich selbst und durch Eins teilen. Das Faszinierende ist, dass es unendlich viele davon gibt. Während sich kleine Primzahlen recht einfach errechnen lassen, versagt selbst ein Supercomputer, wenn er sehr große Primzahlen ermitteln soll. Ole Völzer versuchte in seinem Forschungsprojekt, mehr Ordnung in die Welt der Primzahlen zu bringen. Er nutzte eine bestimmte Funktion, Metafunktion genannt, um herauszufinden, wie Primzahlen verteilt sind: Wo zum Beispiel könnten sie gehäuft auftreten? Seine Erkenntnisse könnten helfen, ein prominentes Rätsel der Mathematik näher zu beleuchten – die legendäre Goldbach-Vermutung. Sie besagt, dass sich jede gerade Zahl als Summe zweier Primzahlen darstellen lässt.

Ob im Smartphone, Laptop oder Auto: In den meisten technischen Geräten stecken heute leistungsfähige Mikrochips, sie bilden die Grundlage der Digitalisierung. Wie aber funktionieren diese kleinen Wunderwerke im Detail? Um das herauszufinden, schlug Alexander Bach einen originellen Weg ein. Er entwarf einen eigenen Prozessor, und zwar von Grund auf. Zunächst entwickelte er den Chip per Software und versah ihn mit den nötigen Basisfunktionen, etwa für das Zusammenspiel mit dem Speicher. Dann folgte eine Computersimulation, mit der sich der Chip virtuell testen ließ. Als der Entwurf diese Prüfung bestanden hatte, kam die praktische Umsetzung. Per Lötkolben fügte der Jungforscher zahlreiche Elektronikbauteile auf einer Platine zusammen. Das Resultat: „Dragon-4“, ein kleiner, aber funktionsfähiger Prozessor.

Die menschliche Nase ist ein Wunderwerk der Natur. Fachleute schätzen, dass sie Abermilliarden Düfte auseinanderhalten kann. Nicht alle Gerüche und Gase jedoch vermag sie zu riechen. Hier setzte das Forschungsprojekt von Jakob Zöphel an. Er entwickelte eine Art elektronische Nase, indem er 17 verschiedene Gassensoren zusammenschaltete und in ein Gehäuse integrierte. Dabei schicken die Messfühler ihre Signale an einen Rechner, in dem eine selbst geschriebene Software die Daten auswertet, auch mithilfe von KI-Algorithmen. Im Ergebnis kann die „E-Nase“ verschiedenste Gerüche zuverlässig erkennen, darunter Essig, Nagellackentferner oder Whiskey. Im Prinzip könnte man die innovative Geruchserkennung in der Industrie einsetzen, etwa zur Qualitätskontrolle in der Lebensmittelproduktion.

In manchen Kliniken und Sanitätshäusern gibt es ein sogenanntes Ganglabor. Darin läuft man über eine spezielle Matte, während Sensoren und Kameras die individuelle Gehbewegung aufzeichnen. Anschließend analysiert eine Software den Gang und gibt Hinweise etwa für eine passende Schuheinlage. Allerdings sind solche Ganglabore teuer, weshalb sich Matthias Fuchs dazu entschloss, in seinem Forschungsprojekt ein deutlich günstigeres Konzept zu entwickeln. Die Basis bilden ein Mikrocomputer sowie zwei kleine Kameras zur Aufzeichnung der Gehbewegung. Den Rechner programmierte der Jungforscher so, dass er vor allem die Bewegungen der Gelenke beim Gehen analysiert. Der Vergleich mit einem professionellen Ganglabor ergab, dass auch der kostengünstige Eigenbau brauchbare Ergebnisse liefert.

Es ist eine beliebte Art von Mathematikrätseln: Genannt wird dabei der Beginn einer Zahlenfolge – zum Beispiel 1, 2, 4, 8. Dann gilt es herauszufinden, welche Gesetzmäßigkeit dahintersteckt und welche Zahl als nächste folgen müsste – in diesem Fall wäre es die 16. Mit solchen mathematischen Folgen befasste sich Emma Rüter. Konkret ging sie der Frage nach, wie sich solche Folgen integrieren lassen – so heißt es in der Fachsprache, wenn man die Fläche unter einer Kurve ausrechnen möchte. Insbesondere untersuchte die Jungforscherin, welche Folgen sich überhaupt integrieren lassen und welche nicht. Dabei stieß sie unter anderem auf eine Faustregel, wie sich die Bedingungen für das Integrieren von Folgen relativ einfach analysieren lassen.

Heutige Smartphones können Gesichter und Fingerabdrücke erkennen – zweifellos ein bequemes Sicherheitsfeature. Dahinter stecken lernfähige Algorithmen, die immer stärker auch in anderen Bereichen eingesetzt werden, so etwa in Kliniken bei der Auswertung von Röntgenaufnahmen. Doch wie eine solche KI-Software dabei im Detail vorgeht, ist oftmals kaum nachvollziehbar. In gewisser Weise ist sie eine Art Blackbox, was in manchen Fällen zu unzuverlässigen Ergebnissen führt. Diesem Problem widmete sich Bennet Meyer in seinem Projekt. Er entwickelte ein Programm, das – bildlich gesprochen – feststellen kann, welche „Vorstellungen“ sich ein Mustererkennungs-Algorithmus macht, wenn er ein Bild einer bestimmten Kategorie zuordnet. Auf diese Weise lässt sich der Algorithmus verbessern, sodass die Erkennungsrate steigt.

Jedes Jahr vor Weihnachten bietet der Mathe-Adventskalender ein tägliches Rätsel für interessierte Schülerinnen und Schüler. Eine der Aufgaben hatte es Chiara Cimino und Alisa Schmid besonders angetan – die Sache mit den Wichteln und den Mützen: Drei Wichtel bekommen verschiedenfarbige Mützen aufgesetzt, können jedoch nur die Mützenfarben der beiden anderen sehen. Nun sollen sie erraten, welche Farbe ihre eigene Mütze besitzt. Um das herauszufinden, gibt es unterschiedliche Ratestrategien. In ihrem Forschungsprojekt wollten die Jungforscherinnen herausfinden, welche dieser Strategien die höchsten Gewinnchancen bietet. Dazu entwickelten sie eine mathematische Formulierung des Problems und stießen letztlich auf eine Formel, die über die vielversprechendsten Gewinnaussichten Auskunft gibt.

Auch Zimmerpflanzen können krank werden, dann gehen sie oftmals ein. Praktisch wäre daher ein System, das Mangelerscheinungen und Krankheitssymptome frühzeitig erkennt. Dann ließe sich schnell genug gegensteuern. Elora Marx und Alois Bachmann widmeten sich dieser Herausforderung mithilfe künstlicher Intelligenz. Auf Grundlage zahlreicher Fotos trainierten sie einen lernfähigen Algorithmus und brachten ihm bei, kranke und verkümmerte Orchideen von gesunden zu unterscheiden. Dabei kann die Software auch die Ursachen eines kritischen Zustands analysieren: Ist die Pflanze von der Wolllaus befallen oder wurde sie schlicht zu wenig gegossen? Das System könnte im nächsten Schritt in eine App integriert werden und wäre dadurch dann selbst für solche Menschen leicht zu bedienen, die keinen grünen Daumen haben.

In den sozialen Netzwerken finden sich unzählige antisemitische Kommentare und Hassreden. Viele davon basieren auf bekannten Verschwörungsmythen. Derartige Tweets und Postings schnell und zielgerichtet zu identifizieren, ist aufgrund der schieren Datenmenge eine große Herausforderung. Daher entwickelten Simon Rulle und Arthur Achilles eine Software, die diesen Vorgang automatisch erledigt und antisemitische Inhalte so zuverlässig aus dem Internet herausfiltern kann. Die Jungforscher setzten dafür unter anderem aktuelle KI-Chatbots ein, die ähnlich wie ChatGPT funktionieren. Die Suchergebnisse zeigt das Programm als anschauliche Grafiken an. Mit dem Programm lässt sich auch rekonstruieren, wie die Zahl antisemitischer Tweets eines Accounts mit der Zeit zugenommen hat.

Im Juli 2021 brach eine Sturzflut über das Ahrtal herein. Mehr als 130 Menschen starben, Hunderte Gebäude wurden zerstört. Wie lassen sich solche Katastrophen in Zukunft verhindern oder zumindest abmildern? Hier könnte die Simulationssoftware helfen, die David Maul, Leon Bohnwagner und Ruben Otto entwickelten. Das Programm der Jungforscher basiert auf öffentlich zugänglichen digitalen Geländemodellen – das ist eine Art 3-D-Landkarte. Auf Grundlage dieser Daten kann die Software errechnen, welchen Weg sich das Wasser bei einem Starkregen im Gelände sucht. Auf diese Weise lassen sich Risikostellen ermitteln: Wo könnte sich Wasser stauen, wo droht eine Überschwemmung? Diese neuralgischen Punkte ließen sich dann gezielt entschärfen, etwas durch das Anlegen von Rückhaltebecken.

Seit einigen Jahren hält gendergerechte Sprache Einzug in den Alltag, etwa in den Medien. Allerdings gibt es mehrere Arten zu gendern, zum Beispiel per Sternchen, per Doppelpunkt oder durch die gleichzeitige Nennung von männlicher und weiblicher Form. Lorenz Thieroff wollte herausfinden, welche Genderformen am häufigsten genutzt werden und wie sich die Gesamtmenge in den letzten Jahren verändert hat. Dafür schrieb der Jungforscher eine Software, die Nachrichtentexte aus einem Newsfeed klassifiziert. Das Gendersternchen in einem Artikel aufzustöbern, ist für das Programm kein Problem. Mehr Schwierigkeiten bereitet das Erkennen jener Variante, die auf geschlechtsneutrale Begriffe setzt – zum Beispiel „niemand“ statt „keiner“. Dafür verwendet die Software eine Datenbank mit rund 2 000 gängigen neutralen Begriffen.

Dodgem ist ein wenig bekanntes Strategiespiel. Es geht darum, die Spielsteine möglichst rasch vom Brett zu entfernen, wobei nur bestimmte Züge erlaubt sind. Das Besondere ist, das sich Dodgem auf unterschiedlich großen Brettern spielen lässt. Als Standard gelten 3x3 Felder, doch genauso gut funktioniert es mit 4x4 oder 5x5 Feldern. Auch rechteckige Spielfelder sind möglich, etwa mit 2x3 Feldern. Gibt es eine perfekte Strategie, mit der man immer gewinnt? Um das zu beantworten, schrieb Jos Constantin Heinemann ein Computerprogramm, das alle möglichen Spielzüge systematisch durchgeht und den jeweils besten Zug findet. Er fand heraus, dass für das übliche 3x3-Brett tatsächlich eine optimale Zugfolge existiert. Bei rechteckigen Brettern ist fast immer der im Vorteil, der auf der längeren Seite spielt.

Bei der Kurvendiskussion geht es darum, die Eigenschaften einer mathematischen Funktion zu analysieren. Eine dieser Eigenschaften sind die Nullstellen, wenn also als Wert der Funktion die Zahl Null herauskommt. Für quadratische Gleichungen lassen sich die Nullstellen, falls vorhanden, relativ einfach finden. Für komplexere Funktionen, beispielsweise Polynomen, ist das dagegen deutlich schwieriger. Man kann sie häufig nicht mehr mit Bleistift und Papier berechnen, stattdessen braucht es eine ausgefeilte Software. Vor dem Hintergrund verglichen Nedim Srkalovic und Oscar Scherz unterschiedliche Computerverfahren zum Aufspüren von Nullstellen. Dabei fanden sie heraus, dass eine bislang unterschätzte Methode – das Newton-Verfahren – tendenziell am schnellsten zu einem Ergebnis kommt.