Maus und Tastatur sind nicht die einzige Möglichkeit, einen Computer zu steuern. Es geht auch anders, etwa per Datenhandschuh. Dabei schlüpfen die Finger in einen sensorgespickten Handschuh. Dieser kann die Bewegungen von Hand und Fingern erfassen, um virtuelle Umgebungen zu steuern oder mit digitalen Objekten zu interagieren. Das ist hilfreich etwa bei Montagearbeiten in der Industrie. Leander Mikat nahm sich vor, eine besonders kostengünstige Variante zu konstruieren. Das Kernstück bilden selbst gebaute Dehnungssensoren, die auf einen normalen Handschuh aufgeklebt werden können. Um die Daten auszuwerten, entwickelte Leander Mikat eine Elektronikplatine und schrieb die passende Software dazu. Ihr Prototyp ist bereits dazu in der Lage, eine virtuelle Hand auf einem Bildschirm anzusteuern.

Ferngesteuerte Drohnen können nützlich sein, beispielsweise ermöglichen sie kostengünstige Luftaufnahmen. Benjamin Meixner nahm sich vor, eine solche Drohne selbst zu bauen. Einige der wesentlichen Komponenten entwarf er am Laptop, um sie anschließend per 3-D-Drucker herzustellen. Als Bordrechner verwendete er einen Minicomputer, die Elektronikplatinen entwickelte und verlötete er selbst. Auch die Steuerungssoftware programmierte er eigenhändig. Als besonders knifflig erwies es sich, die optimalen Einstellungen für die Regelung der Fluglage herauszufinden. Dazu nahm der Jungforscher die Startversuche seiner Drohne auf Video auf, um sie anschließend in Zeitlupe zu analysieren. Dadurch konnte er sich Schritt für Schritt an die besten Einstellungen herantasten.

Muskeln werden durch elektrische Nervenimpulse gesteuert, die vom Gehirn ausgehen. Das zugrunde liegende Prinzip lässt sich unter anderem für eine bestimmte Trainingsart nutzen, bei der künstliche elektrische Reize die Muskulatur stimulieren. Anna Katharina Pook und Leon Maximilian Koehler nutzten die elektrische Muskelstimulation (EMS), um den Prototyp einer Prothese zu entwickeln. Dazu befestigten sie mehrere Elektroden am Unterarm, wobei die Elektroden die Finger der Hand durch elektrische Impulse präzise steuern. Das Verfahren funktionierte so gut, dass die „ferngesteuerte“ Hand sogar ein kleines Klavierstück spielen konnte. Perspektivisch könnte es Menschen mit bestimmten Nervenschädigungen ermöglichen, ihren Hobbys weiter nachzugehen und damit an Lebensqualität zu gewinnen.

Experimente unter Schwerelosigkeit sind für die Wissenschaft interessant, etwa für Materialforschung oder Biologie. Eine kostengünstige Möglichkeit der Umsetzung bieten Höhenraketen: In ihnen herrscht während des Flugs minutenlang Mikrogravitation, also nahezu Schwerelosigkeit. Allerdings lassen sich nicht alle Raketenmodelle aktiv lenken, was das Einsatzfeld begrenzt. Daher entwickelte Dominik Sadtler ein einfaches, aber effektives Lenksystem. Dazu brachte er am Raketenkopf zusätzliche Finnen an, die sich mit Elektromotoren verstellen lassen. Sensoren erfassen das Flugverhalten und die jeweilige Höhe. Ein kleiner Bordrechner wertet die Daten aus und korrigiert mithilfe der elektrischen Finnen aktiv den Kurs. Um die Technik zu testen, baute sie der Jungforscher in eine Modellrakete ein.

Wetterballons sind ein wichtiges Hilfsmittel für die Meteorologie. Sie steigen hoch in die Atmosphäre auf und messen dort Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchte. Die Sonden sind bis zu einem Kilogramm schwer – entsprechend groß müssen die dazugehörigen Heliumballons sein, um die Last tragen zu können. Problematisch ist, dass das gesamte Material nach erfolgter Mission auf die Erde herabfällt und so die Umwelt belastet. Daher beschloss Marvin Rzok, eine umweltschonende Variante zu entwickeln. Seine Sonde ist nur briefmarkengroß, wiegt weniger als zehn Gramm und kann dennoch die Temperatur messen. Betrieben wird sie durch kleine Solarzellen. Der Jungforscher erprobte das Konzept bereits in Testflügen. Dank der ultraleichten Sonde, so hofft er, lässt sich Wetterballonmüll künftig deutlich reduzieren.

Senkrechtstarter – das sind Menschen, die aus dem Nichts eine steile Karriere hinlegen. In der Technik dagegen versteht man darunter Flugzeuge, die wie ein Helikopter senkrecht abheben, um dann in der Luft in den Horizontalflug überzugehen. Bislang finden sie vor allem im militärischen Bereich Verwendung. Ediz Osman entwickelte ein Senkrechtstarterkonzept für zivile Zwecke. Basis sind drei Triebwerke. Durch eine trickreiche Kombination erzeugen sie sowohl einen Aufwärts- als auch einen Vorwärtsschub. Während Batterien den Startvorgang antreiben, übernimmt für den Horizontalflug ein Wasserstoffantrieb – das ermöglicht hohe Geschwindigkeiten und Reichweiten. Einige Komponenten des Konzepts konnte der Jungforscher bereits erfolgreich an einem Modell erproben.

Die Düse zählt zu den wichtigsten Komponenten einer Rakete. Aus ihr treten die heißen Verbrennungsgase aus, die für den Schub des Flugkörpers sorgen. Xuancheng Zhao und Maria Maternik entwickelten mit einfachsten Mitteln ihre eigene Raketendüse – zunächst als digitale Konstruktionszeichnung im Computer, dann als reales Bauteil, hergestellt per 3-D-Drucker. Um die Düse zu testen, entwickelten die beiden Jungforschenden einen kleinen Teststand für Triebwerke. Als Treibstoff dienten Sauerstoff sowie mit Stickstoff vermischtes klimafreundliches Bioethanol. Um das Schmelzen der Düse zu verhindern, wurde sie mit Wasser gekühlt. Bei den Versuchen variierten sie den Druck, mit dem Stickstoff und Sauerstoff zugeführt werden. So konnten sie Kriterien für eine möglichst hohe Effizienz der Düse bestimmen.

Dana Karatkevich und Oliver Fritz Oberender beschäftigte die Frage, wie sich bei Kleinwindanlagen für den Hausgebrauch der Wirkungsgrad so steigern lässt, dass sich deren Anschaffung lohnt. Entscheidend für die Effizienz von Rotoren ist, wie und auf welcher Fläche die Rotorblätter vom Wind angeströmt werden. Die Jungforschenden bauten eine Blende mit verschiebbarer Luv- und Lee-Öffnung um den Rotor und einen Vorbau an der windzugewandten Öffnung. Ihre Experimente mit einem selbst konstruierten Prototyp zeigten, dass die entstehende elektrische Spannung infolge der Blende um 20 Prozent stieg. Der trichterförmige Vorbau fängt den Wind deutlich besser ein. Dadurch lag die Drehfrequenz um ein Drittel höher und der Rotor lief schon bei geringeren Windgeschwindigkeiten an.

Haifischschuppen sind winzige Wunder der Natur. Durch ihre spezielle Form, Oberfläche und Beweglichkeit minimieren sie den Reibungswiderstand in Wasser. Daher dienen die schuppenartigen Hautzähnchen der Knorpelfische als Vorbild etwa für besonders energiesparende Oberflächenbeschichtungen von Schiffen oder Flugzeugen. Clara Bläser entwickelte Algorithmen, mit denen sich die komplexen Haischuppen exakter als bislang simulieren lassen. Sie variierte bei ihren Berechnungen insgesamt sieben Parameter, darunter Größe, Rillen, Krümmung, Rundungen und Einkerbungen. Auf diese Weise konnte die Jungforscherin ganz unterschiedliche Schuppenformen und Strukturen nachbilden. Ihre Algorithmen erlauben die Entwicklung von künstlichen Haifischschuppen nach Maß – je nachdem, wofür sie eingesetzt werden sollen.

Der 3-D-Druck von Kunststoffteilen geht schnell und ist preiswert, erzeugt häufig aber auch eine Menge nicht brauchbarer Fehldrucke. Jeppe Vogler, Hannes Albrecht und Johann Martin wollten wissen, ob sich dieser Ausschuss ohne Qualitätsverlust recyceln lässt. Sie zerkleinerten Fehldrucke aus den Kunststoffen PLA und PETG und schmolzen das Material ein. Anschließend verarbeiteten sie es mithilfe eines Extruders zu langen Fäden, den Filamenten. Aus diesen entstehen im 3-D-Druck die Bauteile. Um herauszufinden, ob die Recyclingfilamente die gleiche Qualität haben wie Neukunststoff, verglichen sie die technischen Eigenschaften. Dabei stellten sie fest, dass insbesondere die Zugfestigkeit durch das Recycling abnimmt. Dieses Manko könnte sich durch Zugabe von Frischmaterial ausgleichen lassen.

Spielt man Schach im Internet oder gegen einen Computer, muss man die Figuren in der Regel auf dem Bildschirm ziehen. Doch manch Schachbegeisterten fehlt dabei das haptische Erlebnis, ihnen ist das Spiel auf einem real existierenden Schachbrett lieber. Für sie dürfte die Erfindung von Kerem Çιkιkçι gerade richtig sein – denn er konstruierte einen raffinierten Schachroboter. Dieser kann per Kamera die eigenen Figuren erkennen, deren Züge erfassen und an einen Rechner weiterleiten. Vor allem aber ist der Roboter in der Lage, mit einem Greifarm die Züge des Gegenspielers auf dem Brett auszuführen. Die Bauteile dieses Arms stellte der Jungforscher per 3-D-Drucker her, als Antrieb baute er vier Elektromotoren ein und auch die Software für den Steuerungsrechner schrieb er selbst.

Oskar Behrmann, Johann Robert Kruse und Robin Petermann lieben Tischtennis. Um das Zurückspielen besonders anspruchsvoller Aufschläge trainieren zu können, bauten sie mehrere Prototypen einer computergesteuerten Ballmaschine. Bei den Prototypen nutzten die Jungforscher eine Vielzahl von Ansätzen für die Implementierung der gewünschten Funktionen. Die Ballmaschine sollte variierende Platzierungen der Bälle auf der gegenüberliegenden Seite der Tischtennisplatte ermöglichen wie auch einen unterschiedlichen Spin, also die Rotation, der Bälle. Zudem ging es darum, gespielte Bälle aufzufangen, um sie erneut zu verwenden. Dank der ständigen Weiterentwicklung gelang es, einen Prototyp zu konstruieren, der alle diese Ziele erreicht – dem erfolgreichen Training steht nun nichts mehr im Wege.

Die Buchstaben des Alphabets lassen sich in der Gebärdensprache mit nur einer Hand darstellen. Das brachte Tom Bernhardt auf die Idee, eine Roboterhand zu bauen, die gesprochene Worte blitzschnell in das Gebärdenalphabet übersetzt. Fingerglieder und Unterarm fertigte er aus stabilem Kunststoff in einem 3-D-Drucker. Die Bewegungen von Fingern und Hand steuern winzige Servomotoren und Nylonschnüre als künstliche Sehnen. Zeitaufwendig war der Bau des Unterarms, in dem Servoaufhängungen und alle Nylonschnüre untergebracht werden mussten. Damit Gehörlose mit anderen Menschen kommunizieren können, koppelte der Jungforscher die Roboterhand mit einer Spracherkennung. Eine Software übermittelt dann die jeweils erforderlichen Winkel für die Darstellung einzelner Buchstaben an die Steuerung der Finger.

Ein Roboter, der beim Einkauf hilft und schwere Taschen schleppt – das ist die Vision, die Paul Löffler für sein Forschungsprojekt formulierte. Voraussetzung dafür ist, dass die Maschine dem Menschen autonom und zuverlässig folgen kann. Um das zu gewährleisten, entwickelte der Jungforscher ein System auf Laserbasis. Das Prinzip dabei ähnelt dem Radar: Ein Laser an Bord des Roboters sendet kurze, unsichtbare Lichtpulse aus. Die zu verfolgende Person reflektiert diese Pulse. Ein Scanner im Roboter zeichnet die so erzeugten „Lichtechos“ auf und der Bordrechner ermittelt damit die Entfernungs- und Richtungsinformation. Tests des Systems mit einem kleinen Kettenfahrzeug erbrachten ein ermutigendes Resultat: Dank Laser konnte der Prototyp dem Menschen erstaunlich gut folgen.

Flugdrohnen schwirren mittlerweile häufig durch die Luft, Unterwasser-Drohnen sind dagegen deutlich seltener. Jannek Zänker, Constantin Schultz und Leon Moser entwickelten einen solchen Tauchroboter. Er wird durch sechs Propeller angetrieben, ist mit Kamera und Sensoren ausgerüstet und wird per Kabel gesteuert und mit Strom versorgt. Das Besondere sind zwei Roboterarme, die mit verschiedenen Werkzeugen bestückt werden können. Dadurch wird das Gerät zum Wartungsroboter, der Schiffe in Häfen oder vor Schleusen inspizieren, schädlichen Algenbewuchs entfernen und sogar kleinere Reparaturen auf offener See ausführen kann. Nach erfolgreichen Tests bei der Hamburgischen Schiffbau-Versuchsanstalt planen die drei Jungforscher die Gründung eines Start-ups, das ihre Erfindung auf den Markt bringen soll.

Treppensteigen ist für Maschinen normalerweise Schwerstarbeit. Benedikt Eberle gelang der Bau eines flachen Saugroboters, der autonom Treppen steigen kann und dabei die Stufen mithilfe einer eingebauten Bürste saugend reinigt. Dank spezieller Räder erreicht er auch Ecken und Kanten. Als knifflig erwies sich vor allem der Steigmechanismus. Diesen realisierte der Jungforscher mit Scherenwagenheber, Zahnstangengetriebe und acht Infrarotsensoren. Wichtig war auch ein möglichst niedriges Gewicht. Daher ersetzte er Metallteile in Motor und Hebegestell durch Aluminium oder 3-D-gedruckte Kunststoffteile. Im Vergleich mit einem handelsüblichen Gerät konnte der Roboter durchaus mithalten: Sowohl Kaffeepulver als auch Haferflocken, auf glattem Boden ausgestreut, beseitigte er nahezu gleich gut.

Jasper Mau ist fasziniert von Drohnen. Ihn stört allerdings, dass die mittlerweile weit verbreiteten Quadrocopter mit ihren vier Propellern viel Strom verbrauchen und nicht sehr lange in der Luft bleiben. Der Jungforscher fand eine Lösung. Er konstruierte einen Prototyp mit vier langen, kreuzweise angeordneten Flügeln, an denen jeweils ein kleiner Propeller befestigt ist. Da größere Flügel weniger Energie verbrauchen, um Schub zu erzeugen, liegt die Flügeldrohne stabiler in der Luft und fliegt länger. Bei kontinuierlicher Drehbewegung um die senkrechte Achse wirkt sie wie ein großer Rotor und ihr Auftrieb ähnelt dem eines Hubschraubers. Im drehenden Flugmodus verbraucht die Flügeldrohne etwa 40 Prozent weniger Strom als ein herkömmlicher Flug des Quadrocopters.

Raffstores sind Außenjalousien, die auf Führungsschienen laufen. Im Sommer verhindern sie, dass sich ein Gebäude zu stark aufheizt – ein Problem insbesondere bei Niedrigenergiehäusern mit großen Fenstern. Finja Alpert und Chris Julian Erdmann verwandelten die Raffstores in kleine Kraftwerke, indem sie die Lamellen durch streifenförmige Solarzellen ersetzten. Dadurch erzeugt die Jalousie in ausgefahrenem Zustand Strom. Eine spezielle Steuerung passt die Stellung der Solarlamellen automatisch an den jeweiligen Sonnenstand an, was den Stromertrag um mehr als 50 Prozent erhöhen dürfte. Darüber hinaus schätzten die Jungforschenden die Produktionskosten für ihre Spezialjalousie. Dabei kamen sie zu dem Schluss, dass sich die Anschaffung der Minikraftwerke durchaus rentiert.

Kommerzielle Modellraketen kommen bei starkem Wind leicht vom Kurs ab, weil sie keine aktive Steuerung haben. Tom Kuttler änderte das. Er konstruierte eine 1,65 Meter hohe Minirakete, die sich dank Schubvektorsteuerung wie die große Falcon 9 von SpaceX autonom beim Flug in die Senkrechte zurücklenkt. Halterungen für Motor, Landeschirm und Steuerplatine fertigte der Jungforscher mit dem 3-D-Drucker. Als Startrampe diente eine Holzkonstruktion mit Halteklemmen, die die Rakete beim Zünden der fünf Schwarzpulvermotoren freigeben. Im Test erreichte das Modell nach vier Sekunden eine Höhe von 40 Metern und landete sicher nach insgesamt 17 Sekunden Flugzeit. Die erreichte Höhe war deutlich geringer als bei der Simulation des Flugs, was den hohen Einfluss des Luftwiderstands beim Raketenbetrieb belegt.

Der Klimawandel schreitet voran, denn die Menschheit bläst nach wie vor Unmengen an CO₂ in die Luft. Eine Treibhausgasquelle sind Autos mit Verbrennungsmotor. Hier setzte das Forschungsprojekt von Tom Gutowski an: Er entwickelte eine Anlage, die CO₂ aus dem Autoabgas filtert. Das abgeschiedene Gas ließe sich dann beispielsweise von der Industrie als Rohstoff nutzen, würde also nicht in die Atmosphäre gelangen. Basis des Filters sind sogenannte Amine, gemischt mit Wasser. In dieses Gemisch wird CO₂ geleitet, das sich dort zu Kohlensäure umsetzt. Diese kann dann mit den Aminen reagieren und wird chemisch gebunden. Das Prinzip erprobte der Jungforscher bereits mit Erfolg im Labor. Nun sollen Tests mit einer Modellanlage folgen, die sich an den Auspuff eines Autos anschließen lässt.

Bienenwaben sind leicht und doch sehr stabil. Das brachte Johannes Gall, David Grautrein und Moritz Hellbrück auf die Idee, hoch belastbare Wabenstrukturen im 3-D-Drucker herzustellen. Aus drei verschiedenen Kunststoffen druckten sie kleine Würfel und verglichen deren Stabilität mit einer hydraulischen Prüfmaschine. Sie fanden heraus, dass vor allem die Temperatur des Materials beim Druckprozess darüber entscheidet, wie stark und zäh die Waben des Würfels werden. Bei allen Kunststoffen erzielte die höchste Temperatur auch die höchste Belastbarkeit, wobei schon kleine Temperaturunterschiede erhebliche Wirkung zeigten. Das Resümee der Jungforscher: Wird Kunststoff so heiß wie möglich gedruckt, erhöht sich die Belastbarkeit des Bauteils. Zudem kann man schneller drucken, was Kosten und Zeit reduziert.

Morgens vom Wecker aus dem Schlaf gerissen zu werden, ist für die wenigsten Menschen ein Vergnügen. Um das notwendige Übel so angenehm wie möglich zu gestalten, ließen sich Kjell Eggers und Arian Ayubdjonov einen Wecker der besonderen Art einfallen – ein Gerät, das sich individuell anpassen lässt und einen möglichst sanft und stressfrei aufweckt. Dafür analysierten die Jungforscher zunächst Stressfaktoren beim Wecken wie Lautstärke des Weckrufs, Art des Tons, Helligkeit und Lichtfarbe der Uhrzeitanzeige. Per Pulsmesser konnten sie beispielsweise herausfinden, welche Lautstärke den geringsten Stress auslöst. Anhand ihrer Ergebnisse programmierten sie einen speziellen Lichtwecker, den sie per 3-D-Drucker bauten. Er ist unter anderem mit einem angenehmen orangenen Licht und Vogelgezwitscher ausgestattet.

Ein Feuermelder, der einen Brand nicht nur aufspürt, sondern auch löscht – daran tüftelt Lauri Wilps bereits seit einiger Zeit. Jetzt konnte er seine Erfindung deutlich verbessern: Statt eines simplen Flammensensors registriert nun eine Wärmebildkamera den Brandherd. Das funktioniert erheblich genauer und vermindert die Zahl von Fehlalarmen. Die Düse, die anschließend ein Löschmittel versprüht, kann durch einen ausgefeilten Mechanismus in beliebige Richtungen gedreht werden. Dadurch lassen sich auch Brände direkt unter dem Melder bekämpfen. Zudem gelang es dem Jungforscher, das Gerät kompakter zu bauen und die Elektronik kleiner und sparsamer zu realisieren – wichtige Schritte in Richtung Praxistauglichkeit. Als mögliches Einsatzfeld sieht er vor allem Privathaushalte.

Chirale Moleküle sind nahezu identisch, verhalten sich aber wie Bild und Spiegelbild. Ein bekanntes Beispiel dafür sind links- und rechtsdrehende Milchsäure. Untersuchen lassen sie sich mit sogenannten Polarimetern: Mithilfe spezieller Filter misst das Gerät, wie das Licht von den Molekülen gedreht wird. Allerdings sind solche Geräte ziemlich teuer. Mit dem Ziel, sie auch im Schulunterricht einsetzen zu können, entwickelte Alexander Ilyin eine deutlich günstigere Variante. Dabei setzte er auf den 3-D-Druck. Um die Tauglichkeit des Messapparats zu prüfen, analysierte der Jungforscher damit diverse Moleküle, zum Beispiel Glucose und Fructose. Die Ergebnisse waren so genau, dass sich sein Polarimeter aus dem 3-D-Drucker durchaus für die Verwendung im Schulunterricht eignen dürfte.

Algen könnten für die Ernährung der Menschheit künftig eine wichtigere Rolle spielen als dies bislang der Fall ist. Denn sie benötigen für ihr Wachstum keinerlei Landflächen und gelten zudem als nährstoffreich und gesund. So gibt es in Kolumbien ein Projekt, das die Zucht von Spirulina-Algen systematisch erprobt. Hilfreich dafür könnte das Messgerät von Juliane Pätz, Jakob Seifert und Anna-Lena Munzert sein. Es analysiert die Algenkultur und erfasst maßgebliche Größen wie pH-Wert, Temperatur sowie den Gehalt an Nährlösung. Ein Display zeigt die Ergebnisse an und eine Software errechnet aus den Daten, ob die Algen zum Verzehr geeignet sind oder nicht. Erst wenn die Lebensmittelsicherheit gewährleistet ist, gibt das Gerät buchstäblich grünes Licht – eine LED leuchtet dann grün auf.

Um mit einem 3-D-Drucker ein Metallteil herzustellen, gibt es verschiedene Verfahren. Eines ist der sogenannte Metal Fused Filament Fabrication-Prozess, bei dem ein wachsartiges Bindemittel als Ausgangstoff dient, in dem Metallpartikel eingelagert sind. Nach dem Drucken wird das Bindemittel entfernt, anschließend werden die Metallteilchen durch Hitze miteinander verbunden. Franka Bauer nahm dieses Verfahren genauer unter die Lupe. Sie rüstete einen 3-D-Drucker um und versah ihn mit einem anderen Druckkopf sowie einer neuen Düse. Dann überprüfte die Jungforscherin eine Vielzahl von Parametern, darunter Druckgeschwindigkeit und -temperatur. Die Tests ihrer Druckerzeugnisse ergaben, dass es durchaus möglich ist, mit dieser Technik hochwertige Metallkomponenten zu drucken.

Solaranlagen werden immer effizienter, dennoch gibt es manches Problem. Mit einem befassten sich Stefanie Eski, Florian Brütsch und Babett Ludwig: Ein Solarmodul besteht aus Dutzenden von Zellen. Wenn eine davon verschmutzt oder abgeschattet ist, sinkt die Leistung des gesamten Moduls. Denn dieses richtet sich nach dem schwächsten Glied in der Kette – gegebenenfalls der verschmutzten Zelle. Die drei Jungforschenden lösten das Problem durch einen raffinierten Trick: Ein Minirechner erfasst die Spannungen und Ströme in den Solarzellen. Sinkt die Leistung einer Zelle, etwa weil sie von Laub bedeckt ist, registriert die Software dies und gleicht die Verluste aus. Dadurch verhindert sie, dass die Leistung der übrigen Zellen sinkt – das Modul kann auch in diesem Fall annähernd seine Maximalpower entfalten.

Manche Lebewesen sind in der Lage, aktiv zu leuchten. Ein Beispiel ist der Anglerfisch: Mit einem Leuchtorgan lockt er seine Beute an, um sie dann augenblicklich zu verspeisen. Diesem Phänomen der Biolumineszenz ging Lukas Klein in seinem Forschungsprojekt auf den Grund. Er konstruierte einen tragbaren Detektor, mit dem sich das Leuchten bestimmter Biomoleküle nachweisen und analysieren lässt. Die Herausforderung dabei war, dass die Signale in der Regel ziemlich schwach sind, weshalb der Detektor sehr empfindlich sein muss. Der Jungforscher löste das Problem, indem er spezielle Lichtvervielfältiger aus Silizium verwendete. Mehrere Testreihen bestätigten die Empfindlichkeit seines Detektors. Das könnte ihn für neue Anwendungsgebiete interessant machen, etwa das Aufspüren von Mikroplastik in Gewässern.

Jedes Jahr landen mehr als eine Million Tonnen Plastikmüll in der Gelben Tonne. Doch nach wie vor ist es für die Recyclingunternehmen nicht einfach, verschiedene Kunststoffsorten voneinander zu trennen, um sie anschließend wiederzuverwerten. Aus diesem Grund nahm sich Alina Bachmann vor, die gängigen Trennungsmethoden zu verbessern. Ihrem Ansatz liegt das Prinzip zugrunde, dass Plastik durch Reibung elektrisch aufgeladen wird. Dabei werden manche Sorten stärker elektrisiert als andere, sodass sie sich durch starke elektrische Felder voneinander trennen lassen. Aus einem Magnetrührer, einem Trichter und einer stabförmigen Elektrode konstruierte die Jungforscherin eine Versuchsapparatur. Damit fand sie heraus, dass die Dauer der elektrischen Aufladung eine wichtige Rolle für die Trennung spielt.

Kameradrohnen lassen sich für unterschiedlichste Zwecke nutzen: In der Landwirtschaft spüren sie gefährdete Rehkitze auf, Rettungsdienste können sie zur Suche vermisster Personen einsetzen. Allerdings ist die Bedienung der kleinen Flieger häufig vergleichsweise umständlich. Hier setzten Tim Arnold und Felix von Ludowig an. Sie programmierten eine Smartphone-App, mit der sich Drohneneinsätze auf unkomplizierte Weise planen und ausführen lassen. Um eine Mission vorzubereiten, wird die Flugroute in das System der Jungforscher eingegeben. Während des Flugs prüft die Software, ob die ferngesteuerten Luftfahrzeuge ihren geplanten Strecken folgen, und wertet die Bilder der Drohnenkameras aus. Der Clou: Die App kann nicht nur die Miniflieger verwalten, sondern ermöglicht auch die Zusammenarbeit im Team.

Warum ein Klassenbuch aus Papier verwenden, wenn es auch digital geht? Florian-Stanley Zech schrieb mithilfe der Programmiersprache Python eine Software, die Schülerdaten verwaltet, die Anwesenheit in der Klasse dokumentiert und weitere Notizen festhält. Die Vorteile seines Ansatzes liegen auf der Hand: Ein digitales Klassenbuch ist übersichtlicher, alle Einträge sind lesbar, Korrekturen sind kinderleicht und es spart Zeit. Mithilfe der personalisierten Chipkarte, die der Jungforscher zusätzlich entwickelte, könnte sich jede Schülerin und jeder Schüler nicht nur zum Unterricht anmelden, sondern auch Schließfächer öffnen oder sich schneller im zentralen Schulcomputer einloggen. Damit die Karte den Bestimmungen des Datenschutzes genügt, müssten die Daten künftig allerdings noch verschlüsselt werden.

Es gibt einen wenig bekannten alternativen Schiffsantrieb: Der 100 Jahre alte Flettner-Rotor, der sich jedoch nie gegen den Dieselmotor durchsetzen konnte. Jonas Bunkowski und Per Garbrecht entwickelten einen Katamaran, der mit diesem klimafreundlichen Rotor angetrieben wird. Die Steuerung ihres voll funktionsfähigen Schiffsmodells übernimmt ein selbst programmierter Mikrocontroller. Ein Windmesser ermittelt die Windgeschwindigkeit, um auf dieser Basis die Drehgeschwindigkeit der Rotoren den jeweiligen Bedingungen anzupassen. Aus Sicht der Jungforscher eignet sich der effiziente Flettner-Rotor gut zur Antriebsunterstützung. Da fast jedes Schiffsdeck Platz für diesen Rotor bietet, kann er in Kombination mit anderen umweltfreundlichen Antrieben Schiffe klimaneutral machen.

Streik, Stau, Corona – fliegende Paketboten wären von all dem unbeeinflusst. Wie jedoch muss eine Versanddrohne aussehen, die sicher und schnell Pakete transportiert? Die Antwort ist schwieriger als gedacht, mussten Rupert Ihering und Jann Sander feststellen. Ihr „Tilt-Rotor-Quad-Plane“ besitzt zwei Tragflächen und schwenkbare Propellermotoren, kombiniert also den stabilen Auftrieb eines Flugzeugs mit dem platzsparenden Senkrechtstart einer Drohne. Entscheidend sind vor allem zahlreiche Details. Die Jungforscher optimierten das Flügelprofil, die Steuerung der zusätzlichen Stützmotoren, die ein Kippen des Fluggeräts verhindern, sowie die Sensoren der Landefüße. Ihre Testflüge zeigten, dass die Drohne noch nicht stabil genug fliegt und dass der Antrieb zu schwach für längere Strecken ist.

3-D-Drucker gewinnen weiter an Bedeutung: Die Geräte werden immer günstiger und können zum Beispiel maßgefertigte Gehäuseteile aus Kunststoff produzieren. Johann Elias Stoetzer und Steven Gurgel erweiterten das Fähigkeitsspektrum ihres 3-D-Druckers: Indem sie dem Kunststoff eine Prise Industrieruß beifügten, konnten sie elektrisch leitfähige Schaltkreise herstellen. Diese lassen sich als Sensoren nutzen, etwa um Kräfte, Berührungen oder Biegeprozesse zu messen. Die Jungforscher konnten ihre 3-D-Sensoren sogar auf Textil drucken, was eine Reihe interessanter Anwendungen ermöglicht: So könnte ein auf ein Hemd aufgedruckter Touchsensor die Musik-App in einem Smartphone steuern. Und Druck- und Biegesensoren, aufgebracht auf eine Schutzkleidung, wären in der Lage, vor allzu großen Beanspruchungen zu warnen.

Niedrigenergiehäuser haben meist große Fenster. Dadurch kann auch im Winter die Sonne das Gebäude wirkungsvoll erwärmen, sodass weniger geheizt werden muss. Im Sommer dagegen droht es im Haus zu heiß zu werden. Daher müssen die Fenster oft verdunkelt werden, etwa durch Raffstores. Das sind mit Führungsschienen versehene Außenjalousien. Chris Julian Erdmann und Finja Alpert entwickelten vor diesem Hintergrund eine originelle Idee: einen Raffstore, der in ausgefahrenem Zustand Solarstrom erzeugt. Sie konstruierten einen Prototyp, bei dem sie die Lamellen des Raffstores durch streifenförmige Solarzellen ersetzten. Eine Beispielkalkulation lieferte als Ergebnis, dass sich mit dieser Technik der Strombedarf bestimmter Niedrigenergiehäuser zu einem großen Teil decken lassen sollte.

Für mobile Roboter gibt es eine Vielzahl von Anwendungen, zum Beispiel den Transport von Waren in Lagerhallen oder die Vor-Ort-Erkundung erdnaher Planeten. Die meisten dieser Systeme fahren auf Rädern, sind damit aber beim Überwinden von Treppen oder Hindernissen eingeschränkt. Linus Preußer entwickelte daher einen mobilen vierbeinigen Roboter, der anhand des sogenannten Reinforcement Learning Laufen lernt. Eine programmierte Trainingssoftware befähigt den Roboter dabei zum selbstständigen Erlernen von Bewegungsmustern. Ein komplexer Vorgang, denn jedes seiner vier Beine hat drei Gelenke. Mithilfe von zwölf Servomotoren werden die Beine bewegt. Das simulierte Modell des Roboters ist bereits in der Lage, Laufmuster zur effektiven Fortbewegung auf geradem Untergrund zu erlernen.