Technik

Automatisierter Haarschneider

Automatisierter Haarschneider

Die Corona-Pandemie stellt die Gesellschaft vor große und kleine Herausforderungen. So sind zum Beispiel zeitweise Friseursalons geschlossen, man muss die Haare wachsen lassen oder selbst zu Kamm und Schere greifen. In ihrem Forschungsprojekt entwickelten Sebastian Hilscher und Mohamed Alyousef eine Alternative – das Konzept eines Roboterfriseurs. Kern ist eine raffinierte Halterung, die über Elektromotoren eine Haarschneidemaschine gezielt und präzise bewegen kann. Sensoren erfassen, wo sich Kopf und Haare befinden. Dort, wo geschnitten werden soll, zieht ein Staubsaugerschlauch die Haare senkrecht zur Kopfhaut nach oben, sodass der Schnitt auf die gewünschte Länge erfolgen kann. Ziel des Projekts ist zudem, die Speicherung von Frisuren der Anwender zu ermöglichen, die dann maschinell exakt reproduziert werden können.

Autonome Fahrradschaltung – das sichere Fahrrad-Upgrade

Autonome Fahrradschaltung – das sichere Fahrrad-Upgrade

Fahrradschaltungen sind praktisch, insbesondere bei bergigem Gelände. In der Regel jedoch muss man selbst schalten, was auf die Dauer lästig sein kann. Aus diesem Grund konstruierten Iona Kuhn und Jannis Keller eine Automatikschaltung für Fahrräder. Dazu brachten sie diverse Sensoren an einem Fahrrad an. Diese messen Geschwindigkeit, Trittfrequenz sowie die Steigung der Straße und funken ihre Daten per Bluetooth an einen Kleinstcomputer. Dieser errechnet dann den optimalen Gang und betätigt über einen Motor eine stufenlose Schaltung. Per Smartphone-App lässt sich aus mehreren Optionen eine eigene Grundeinstellung wählen. So kann man je nach individueller Vorliebe festlegen, wie im Detail die Automatikschaltung ansprechen soll.

Bau einer vollautomatischen Maschine zur Untersuchung von Pflanzen

Bau einer vollautomatischen Maschine zur Untersuchung von Pflanzen

Kaffeesatz gilt gemeinhin als passabler Pflanzendünger. Doch wie groß ist seine wachstumsfördernde Wirkung tatsächlich? Um das herauszufinden, entwickelte Ray Klauck eine Art intelligentes Mini-Treibhaus. Zum einen kann es die für die Pflanze wichtigen Umgebungsfaktoren einstellen: Heizelemente regeln die Temperatur, Wasserpumpen die Feuchtigkeit und Lampen das Licht. Zum anderen misst die Apparatur, wie gut die Pflanze gedeiht: Sensoren überwachen automatisch Farbe und Größe wie auch ihre Stoffwechselaktivität. Die Experimente mit dem Kaffeesatz lieferten ein unerwartetes Resultat, denn der vermeintliche Dünger förderte das Wachstum nicht etwa, sondern hemmte es. Nützlich sein könnte die Technik künftig für die Forschung, aber auch für das Kultivieren besonders anspruchsvoller Pflanzen.

Bionic Hand

Bionic Hand

Die menschliche Hand ist ein kleines Wunderwerk und kann selbst feinmotorische Herausforderungen souverän meistern, etwa das Einführen eines Fadens in ein Nadelloch. Mithilfe eines 3-D-Druckers und mehrerer Elektromotoren konstruierten Leon Hausmann und Lina Tebourski eine mechanische Version – die bionische Hand. Besonderes Augenmerk richteten die beiden auf deren Ansteuerung: Zum einen entwickelten sie ein System, das per EEG die Hirnströme des Bedieners erfasst und in Steuerbefehle umsetzt. Zum anderen programmierten sie anhand von KI-Algorithmen eine Bilderkennung, die die Bewegung einer echten Hand aufzeichnet und analysiert. Das Ergebnis: Macht die richtige Hand eine bestimmte Greifbewegung, ahmt die bionische Hand diese präzise nach, wie ein digitaler Zwilling.

Das smarte Schachbrett – automatische Figurenlokalisation

Das smarte Schachbrett – automatische Figurenlokalisation

Manche Schachcomputer bieten eine besondere Servicefunktion: Sie sind mit einem Spielbrett ausgestattet, das die Figuren automatisch erkennt, sodass man die Züge nicht per Tastatur eingeben muss. Fabian Brenner und Henrik Fisch wollten in ihrem Projekt herausfinden, wie sich eine solche Automatik besonders einfach realisieren lässt. Nach einiger Überlegung entwickelten sie einen raffinierten Mechanismus: Per Bohrer frästen die Jungforscher Löcher und feine Kabelkanäle in die Unterseite eines Schachbretts. In den Löchern platzierten sie Magnetsensoren, die sie über Kabel mit einem Kleinstrechner verbanden. Schließlich bestückten sie Dame, König und Co. mit Magneten und schrieben eine Software für den Minicomputer. Das Ergebnis: Ihr System kann die Spielzüge zuverlässig erkennen und ist dabei kostengünstig.

Die digitalisierte Hand

Die digitalisierte Hand

Für manche Anwendungen ist ein Datenhandschuh praktisch, etwa um Computerspiele zu steuern. Kim Krüger, David Drabe und Kevin Hockel entwickelten in ihrem Forschungsprojekt eine Umsetzungsvariante, die ein realitätsnahes Greiferlebnis bieten soll, dabei aber vergleichsweise preiswert ist. Dazu bestückten sie die Finger eines Handschuhs mit Dehnungsmessstreifen, hinzu kam ein elektronisches Kreiselinstrument zur Richtungsmessung. Bei anschließenden Tests mit einer selbst programmierten Virtual-Reality-Software bewährte sich der Prototyp: Per Handschuh ließen sich virtuelle Gegenstände auf einer Spieloberfläche zielsicher greifen, verschieben und wieder ablegen. Ein mögliches künftiges Einsatzfeld sehen die drei Jungforscher in der präzisen Fernsteuerung von Robotern.

EasyVision

EasyVision

Feuerwehrleute haben mitunter einen gefährlichen Job. Löschen sie in einem Gebäude einen Brand, nimmt ihnen starker Rauch dabei oftmals die Sicht und sie müssen weitgehend blind agieren. Tobias Wanierke und Josias Neumüller entwickelten ein eigenes technisches Konzept, um bei diesem Problem Abhilfe zu schaffen. Ihre Warnschilder sind selbst in stark verrauchten Gebäuden mit Wärmebildkameras noch gut zu erkennen. Das Funktionsprinzip: Registriert ein integrierter Rauchmelder einen Brand, heizt sich das Schild über einen Heizdraht rasch auf, wodurch es sich im Wärmebild deutlich von seiner Umgebung abzeichnet. Mithilfe dieser Warnschilder könnten Feuerwehrleute künftig zum Beispiel erkennen, wo in einem Gebäude Gefahrgüter lagern, die bei einem Brand besondere Risiken bergen.

EEG – der Controller der Zukunft II

EEG – der Controller der Zukunft II

In der Medizin dient ein EEG dazu, die Hirnströme eines Menschen zu messen. Dagegen nutzte Bela Kaut die EEG-Signale in seinem Forschungsprojekt, um quasi per Gedankenkraft Computer anzusteuern. Zwar gibt es solche Geräte bereits, sie sind jedoch teuer und kompliziert. Um eine kostengünstige Version zu konstruieren, rüstete der Jungforscher den EEG-Chip aus einem Spielzeug um und kombinierte ihn mit einem Kleinstcomputer einschließlich selbst programmierter Software. Durch abwechselndes Entspannen und Konzentrieren lässt sich damit eine simple Tastatur und ein Mauszeiger ansteuern sowie ein Text schreiben. Das nur etwa 50 Euro teure Gerät bewährte sich in mehreren Testreihen und könnte künftig bewegungsunfähigen Menschen bei der Bedienung von Computern helfen.

Ein Modellaufbau zur Veranschaulichung eines AP-Sensors

Ein Modellaufbau zur Veranschaulichung eines AP-Sensors

Das Herzstück einer Smartphone-Kamera ist der Kamerachip. Er fängt das Licht auf und wandelt es in elektronische Signale um, die sich dann in digitaler Form auf eine Speicherkarte bannen lassen. Benedict May konstruierte in seinem Forschungsprojekt einen eigenen Kamerachip, einen sogenannten AP-Sensor. Als Pixel, also als einzelne Bildelemente, verwendete er Fotowiderstände. Das sind elektronische Bauteile, deren Widerstand sich ändert, wenn Licht auf sie fällt. Dieses sogenannte Array kombinierte der Jungforscher mit einem Kameraobjektiv. Das Ergebnis ist eine Apparatur, mit der sich einfache Schwarzweißbilder aufnehmen lassen. Einsetzen ließe sich diese zum Beispiel im Bereich der künstlichen Intelligenz (KI), wenn es darum geht, Muster zuverlässig zu erkennen.

Entwicklung eines Fahrzeugmodells auf der Grundlage des autonomen Fahrens

Entwicklung eines Fahrzeugmodells auf der Grundlage des autonomen Fahrens

Konventionelle Modellautos lassen sich per Fernsteuerung über Gehwege und Parkplätze lenken. Dagegen kann das Minigefährt, das Felix Reißmann, Niklas Geißler und Moritz Schaub konstruierten, ganz von selbst durch die Gegend kurven – denn es ist ein autonom fahrendes Auto. Die Karosserie stellten die Jungforscher mittels 3-D-Drucker her, um sie anschließend mit Elektromotor, Akku, Bordcomputer, Kamera und Ultraschallsensoren zu bestücken. Auch an Beleuchtung und Blinker wurde gedacht, für beides nutzten sie LEDs. Wie die großen Vorbilder auf der Straße verfügt das Kleingefährt über einen Notbrems- und einen Spurhalteassistenten sowie eine Einparkhilfe. Im Praxistest konnte das selbstfahrende Modellauto langsam, aber sicher einen vorgegebenen Parcours bewältigen.

GUIDE-Walk 2.0 – autonomes Blindenführersystem mit KI

GUIDE-Walk 2.0 – autonomes Blindenführersystem mit KI

Ampeln, die bei Grün laut piepen, unterstützen Menschen mit Sehbehinderung schon lange in ihrem Alltag. Doch die jüngsten Fortschritte der Technik erlauben deutlich raffiniertere Systeme: In seinem Forschungsprojekt entwickelte Tamas Nemes einen tragbaren Assistenten, der sich die Möglichkeiten der künstlichen Intelligenz (KI) zunutze macht. Mit einer Kamera und mehreren Sensoren erfasst das Gerät seine Umgebung. Auf dem eingebauten Kleinstcomputer läuft ein lernfähiger Algorithmus. Er analysiert die Sensordaten und erkennt automatisch, ob Hindernisse im Weg stehen. Identifiziert der Assistent zum Beispiel einen Fahrradfahrer oder eine Fußgängerin in der Nähe, lässt er akustische Alarmdurchsagen ertönen und warnt die Nutzerinnen und Nutzer des Systems so vor einem möglichen Zusammenstoß.

Herstellung mehrschichtiger hochverdichteter Faserverbundwerkstoffe aus Bambus und Fichte

Herstellung mehrschichtiger hochverdichteter Faserverbundwerkstoffe aus Bambus und Fichte

Nachwachsende Rohstoffe wie Holz oder Bambus sind umweltfreundlicher als Kunststoffe aus Erdöl. Bei allzu starken Belastungen aber können sie brechen und splittern. Vor einiger Zeit präsentierten US-amerikanische Forscher ein Verfahren, das die Materialeigenschaften von Holz verbessern kann: Zunächst löst eine Flüssigkeit das Lignin – den holzeigenen Stützstoff – heraus. Dann verdichtet eine Presse das Restmaterial, was zu einer stärkeren Verbindung zwischen den verbliebenen Zellulosefasern führt. Dieses Prozedere übertrug Kolja Diehl in seinem Projekt auf Bambus. Wie erhofft erwiesen sich die behandelten Proben im Vergleich zu den unbehandelten als fester. Der Grund: Bei natürlich gewachsenem Bambus variiert die Faserdichte im Halm recht stark. Die Behandlung per Druckpresse macht sie deutlich gleichmäßiger.

In 80 Tagen um die Welt – kleine Sonden auf großer Mission

In 80 Tagen um die Welt – kleine Sonden auf großer Mission

Tag für Tag steigen auf der Welt Tausende Wetterballone in eine Höhe von 30 bis 40 Kilometern auf. An Bord haben sie kleine Sonden, die Temperatur, Feuchtigkeit und Luftdruck erfassen und die Messdaten laufend an die Wetterdienste auf der Erde funken. Amon Schumann entwickelte in seinem Forschungsprojekt zwei Ansätze, um die traditionellen Verfahren zur Wetterdatenmessung zu optimieren. Zum einen fing er die Funksignale von gelandeten Wetterballons auf und konnte sie so bergen und wiederverwenden – wodurch sich Kosten sowie Umweltbelastung verringern lassen. Zum anderen entwickelte er eine eigene Sonde, die sich unter anderem durch ein extrem geringes Gewicht, die Stromversorgung über Solarzellen sowie die Nutzung eines offenen Amateurfunknetzwerkes auszeichnet.

Roboter als Helfer in der Not – Schützen sie zukünftig bei Gefahren vor dem Tod?

Roboter als Helfer in der Not – Schützen sie zukünftig bei Gefahren vor dem Tod?

Der Gang auf zwei Beinen ist für Roboter nach wie vor eine Herausforderung: Es gilt, zuverlässig die Balance zu halten und zugleich möglichst flott voranzukommen. In seinem Forschungsprojekt entwarf Loukas Kordos das Konzept für einen solchen mechanischen Zweibeiner. Er fand heraus, welche Art von Elektromotoren sich besonders dafür eignen. Um seine Entwürfe zu testen und zu optimieren, entwickelte der Jungforscher eine aufwendige Computersimulation. Mit ihr lässt sich kostengünstig überprüfen, wie eine leistungsfähige Steuerungssoftware für die Roboterbeine aussehen sollte. Zum Einsatz kommen könnten solche Roboter eines Tages in Situationen, die für den Menschen gefährlich sind – zum Beispiel bei Großbränden oder in Katastrophengebieten.

Smart Helmet Display (SHD)

Smart Helmet Display (SHD)

Bei Autos werden Head-up-Displays immer beliebter: Sie projizieren wichtige Fahrinformationen auf die Windschutzscheibe, sodass man nicht mehr laufend auf das Armaturenbrett blicken muss. In seinem Forschungsprojekt konstruierte Johannes Lodahl ein solches Unterstützungssystem für Motorradhelme. Dazu brachte er an der Stirnleiste eines handelsüblichen Helms einen kleinen biegsamen Bildschirm an. Ein in den Kinnbereich eingesetzter Spiegel projiziert das Bild in das Sichtfeld des Fahrenden. Das System kann per Bluetooth mit einem Smartphone verbunden werden, auf diese Weise lassen sich die Inhalte bestimmter Apps auf dem Helmdisplay anzeigen. Zum Einsatz kommen könnte die Technik zum Beispiel bei Motorradrennen, um die Pilotinnen und Piloten in Echtzeit mit Renninfos zu versorgen.

SpeedX – optimierter Kunstharz-3-D-Drucker

SpeedX – optimierter Kunstharz-3-D-Drucker

Es gibt sie noch nicht lange, aber in der Welt der Technik sind 3-D-Drucker nicht mehr wegzudenken. Prototypen lassen sich mit ihnen schnell und unkompliziert herstellen. Ein Manko ist allerdings die Geschwindigkeit der Geräte: Der Druckprozess dauert zumeist recht lang. Diesem Problem widmete sich Tobias Neidhart in seinem Projekt: Er beschleunigte einen speziellen Druckertyp, bei dem ein zähflüssiges Harz mit UV-Licht belichtet wird, um so Schicht für Schicht auszuhärten. Zusätzlich zu einer flächigen UV-Lampe bestückte er das Gerät mit einem Ultraschallsender. Dieser erwärmt das Kunstharz und bewirkt so eine schnellere Aushärtung. Dadurch nimmt die Geschwindigkeit des 3-D-Druckvorgangs um das Fünffache zu. Der Jungforscher hat den Einsatz von Ultraschall zum Patent angemeldet.

Stabilisierung eines Instrumententrägers für Stratosphärenballons

Stabilisierung eines Instrumententrägers für Stratosphärenballons

Stratosphärenballons sind für Meteorologen ein wichtiges Hilfsmittel: Sie steigen hoch in die Atmosphäre auf, um dort Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit zu messen. Doch es gibt ein Problem, denn die Gondeln, auf denen die Sensoren angebracht sind, drehen sich während des Fluges und geraten ins Schwanken. Manche Messungen, insbesondere wenn sie richtungsabhängig sind, werden dadurch unpräzise. Um dieses Manko zu beheben, entwarfen Kalle Bracht und Leo Bechstein verschiedene Konzepte für ein Stabilisierungssystem. Bei einem hält ein motorbetriebenes Luftruder die Gondel auf Kurs, bei einem anderen sind die Sensoren in einer ausgefeilten Aufhängung befestigt. Tests im Windkanal und Abwurfversuche von einem Haus bewiesen, dass die Konzepte im Prinzip funktionieren.

TempWarn – ein dezentrales Temperatursensor-Messsystem

TempWarn – ein dezentrales Temperatursensor-Messsystem

Schwelbrände in Zügen und Flugzeugen können schlimme Folgen haben und sogar zu Unfällen führen. Daher ist es wichtig, sie möglichst früh zu erkennen. Bislang jedoch mangelt es dafür an zuverlässigen Methoden. Aus diesem Grund entwickelten Sören Bender und Konstantin Bachem in ihrem Projekt den Prototyp eines ausgeklügelten Warnsystems. Es basiert auf einem Netz aus Temperatursensoren, die beispielsweise in den Kabelkanälen eines Zugs installiert sein könnten. Mehrere Kleinstrechner dienen als Netzwerkknoten. Sie nehmen die Messwerte der Sensoren auf und senden sie per Funk an einen zentralen Computer. Der zeigt die Sensorwerte übersichtlich auf dem Bildschirm an. Sollte es irgendwo im Zug verdächtig heiß werden, löst das Gerät einen akustischen sowie auch einen optischen Alarm aus.

Vegetationsanalyse mit Multispektralkameras

Vegetationsanalyse mit Multispektralkameras

Gewöhnliche Kameras funktionieren mit Licht. Ebenso wie das menschliche Auge sind sie für andere Strahlungsarten quasi blind. Doch es gibt auch Geräte, die mehr können: Diese sogenannten Multispektralkameras erfassen zusätzlich zum Licht auch UV-Strahlung oder Infrarotlicht und sind in der Lage, diese Wellenlängen sichtbar zu machen. Für viele Anwendungen ist das praktisch, so etwa in der Landwirtschaft: Hier kann ein Infrarotbild verraten, ob Pflanzen gesund oder krank sind. Doch sind solche Spezialkameras ziemlich teuer. Daher entwickelte Laurenz Lemke eine deutlich günstigere Version, die aus mehreren Kameramodulen, Filtern und einem Mikrocomputer besteht. Damit gelangen dem Jungforscher eindrucksvolle Infrarotaufnahmen, auf denen sich die Vegetation besonders deutlich abzeichnet.

velo autonomus

velo autonomus

Sie gelten als die Zukunft des Automobilverkehrs – Pkw, die sich fahrerlos auf unseren Straßen bewegen. Julian Jochens und Moritz Ahrens übertrugen dieses Konzept auf ein anderes Vehikel, das Fahrrad. Ihre Vision: Selbstfahrende Räder können eines Tages Lasten transportieren und autonom einen Bike-Sharing-Standort ansteuern. Um einen Prototyp zu bauen, rüsteten die beiden Jungforscher ein altes Damenrad mit Stützrädern, Motoren, Kamera und mehreren kleinen Bordrechnern aus. Ein Elektromotor übernimmt mithilfe von Zahnrädern die Lenkung. Die Kamera erfasst unter anderem Verkehrsschilder und Ampeln, die anschließend ein lernfähiger Algorithmus erkennen soll. Um sich gegenüber anderen Verkehrsteilnehmenden bemerkbar zu machen, ist das autonome Gefährt mit Blinker und Klingel bestückt.

Verbesserung der Witterungsbeständigkeit von Lehmbauwerken im Außenbereich

Verbesserung der Witterungsbeständigkeit von Lehmbauwerken im Außenbereich

Lehm ist ein nachhaltiger und weltweit verfügbarer Baustoff. Leider jedoch ist er nicht besonders witterungsbeständig. Inwiefern können daher Anstriche und Putze einen Schutz insbesondere gegen Regen bieten? Um diese Frage zu beantworten, entwickelte Alexandra Helbig in ihrer Forschungsarbeit einen Prüfstand aus Holz. Mit ihm konnte sie testen, wie fest eine Beschichtung auf einem Lehmziegel haftet. Darüber hinaus untersuchte die Jungforscherin per Mikroskop, wie tief unterschiedliche Farbanstriche ins Material eindringen konnten, und schließlich setzte sie die beschichteten Lehmproben künstlichem Regen aus. Im Ergebnis erweisen sich Putze als besonders geeignet, die einen bestimmten Anteil an Wasserglas enthalten, darunter versteht man eine bestimmte Gattung von glasartigen Mineralien.

3-D-Druck für Hochvakuumanwendungen

3-D-Druck für Hochvakuumanwendungen

In Industrie und Forschung ist die Nutzung von Vakuumkammern äußerst nützlich. Da sie weitgehend luftleer gepumpt werden können, lassen sich in ihrem Innern verschiedenste Materialien ohne den störenden Einfluss von Sauerstoff herstellen und untersuchen. In der Regel sind solche Kammern jedoch recht teuer. Daher suchten Leopold Franz, Fabian Beck und Viktor Neumaier nach einer Methode, wie man sie kostengünstiger herstellen kann. Die Jungforscher entschieden sich für ein spezielles 3-D-Druckverfahren, bei dem ein Laser feines Metallpulver Schicht für Schicht verschmilzt. Auf diese Weise stellten sie den Rumpf einer kleinen Edelstahl-Vakuumkammer her, die noch fehlenden Teile schweißten sie an. Tests im Anschluss zeigten: Wie geplant ließ sich das gedruckte Kämmerlein mit einer Pumpe evakuieren.

Anchar – Entwicklung eines zukunftsfähigen Ladenetzes für Elektroautos

Anchar – Entwicklung eines zukunftsfähigen Ladenetzes für Elektroautos

Elektroautos gelten als zentrale Säule der künftigen Mobilität. Sofern sie mit grünem Strom betrieben werden, verursachen sie weder Schadstoffe noch CO2. Eine Herausforderung ist derzeit allerdings der Bau weiterer Ladestationen – denn bislang existiert in Deutschland noch kein flächendeckendes Ladenetz. Wie man dieses clever gestalten könnte, untersuchten Leonard Sondermann, Felix Ulonska und Moritz Kunz. In ihrem Forschungsprojekt setzten sie auf die Blockchain-Technologie, die auch Kryptowährungen wie der Bitcoin nutzen. Ein Vorteil dieses Ansatzes: Er ist weniger anfällig gegenüber Störungen und Hackerangriffen als herkömmliche Lösungen. Um die Praxistauglichkeit ihres Systems zu prüfen, bauten die Jungforscher ein Modellnetz, das aus einer kleinen Ladesäule und einem Elektro-Kettcar besteht.

Automatisierte Quantifizierung der Fototaxis von Mikroalgen

Automatisierte Quantifizierung der Fototaxis von Mikroalgen

Die Verbrennung von Benzin und Diesel heizt den Treibhauseffekt an. Daher ist die Entwicklung alternativer Treibstoffe dringend erforderlich. Algen könnten dabei eine wichtige Rolle spielen, denn sie erzeugen klimaneutrale Öle, mit denen sich Autos und Flugzeuge antreiben lassen. Jonas Grajetzki und Theo Sonnenberg wollten in ihrem Projekt klären, ob sich über die Ölgewinnung hinaus noch eine andere Eigenschaft der Algen nutzen lässt, die sogenannte Fototaxis. Dieser Begriff beschreibt die Fähigkeit der Mikroorganismen, sich in Richtung einer Lichtquelle zu bewegen. Mit einem raffinierten Versuchsaufbau konnten die beiden einige interessante Details darüber herausfinden, wie und unter welchen Bedingungen sich Algen unter dem Einfluss von Licht bewegen. So scheinen bestimmte Algenstämme mobiler zu sein als andere.

Autonomes Segeln

Autonomes Segeln

Autonomos Fahren ist in aller Munde, erste selbstfahrende Autos sind bereits testweise auf den Straßen unterwegs. In ihrem Forschungsprojekt übertrugen Michael Behrens und Tillman Keller diesen technologischen Ansatz auf Segelboote. Das Prinzip: Sensoren messen Windstärke und Segelstellung, batteriebetriebene Winden steuern Ruder und Segel. Diese Funktionalitäten werden von einem Autopiloten verknüpft und gesteuert. Dabei handelt es sich um einen Kleinrechner, der auf der Basis von Sensor- und GPS-Daten den Kurs errechnet und das Boot automatisch lenkt. Erste Tests mit einer Jolle verliefen Erfolg versprechend. Als Einsatzmöglichkeit stellen sich die Jungforscher zum Beispiel einen Segelroboter für die Klimaforschung vor, der eigenständig auf den Weltmeeren kreuzt und Wind- und Wetterdaten sammelt.

AutoRain – Multibotsystem 2.0

AutoRain – Multibotsystem 2.0

70 Prozent des weltweiten Wasserverbrauchs entfallen auf die Landwirtschaft. Aufgrund der langen Trockenperiode im Jahr 2018 wurden auch in Deutschland die Wasservorräte knapp. Landwirte hatten mit Ernteausfällen und hohen Kosten zu kämpfen, denn der Einsatz herkömmlicher Bewässerungssysteme ist aufwendig und zeitintensiv. Um hier Abhilfe zu schaffen, entwickelten die drei Jungforscher ihr innovatives Multibotsystem. Diese solarbetriebene Roboterlösung verbraucht weniger Wasser und keinen Dieselkraftstoff. Das Leistungsspektrum der Version 2.0 ist sogar noch größer: Sie übernimmt Tätigkeiten vollautomatisch – von der Aussaat über das Ausbringen von Düngemitteln bis hin zur Ernte – und entlastet damit Landwirte bei ihrer täglichen Arbeit.

Dielektrischer Elastomer-Roboter

Dielektrischer Elastomer-Roboter

Unter einem Roboter stellen sich viele einen starren Blechkorpus mit robusten Metallarmen vor. Doch seit einiger Zeit arbeiten Fachleute an einem anderen Konzept, Soft Robots genannt. Diese sind an biologische Systeme angelehnt, haben weiche, nachgiebige Gliedmaßen und eignen sich daher für die direkte und gefahrlose Zusammenarbeit mit Menschen. In ihrem Forschungsprojekt konstruierten Julian Kobes und Yanick Prianon den Prototyp eines Soft Robots. Er basiert auf rußbeschichteten Silikonmembranen, die sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung verformen lassen. Die Jungforscher zeigten, dass sich diese Verformung gezielt steuern lässt: Ein von den Membranen bewegter Spiegel konnte einen Laserstrahl präzise in die gewünschte Richtung ablenken.

Effiziente Audiosysteme

Effiziente Audiosysteme

Gute Hi-Fi-Verstärker benötigen eine gewisse Mindestgröße. Dadurch sind sie nicht gut geeignet für mobile Anwendungen zum Beispiel in Bluetooth-Lautsprechern. Aus diesem Grund setzte sich Richard Gundermann in seinem Forschungsprojekt ein ehrgeiziges Ziel: Er wollte einen hochwertigen Verstärker bauen, der möglichst wenig Platz benötigt und zudem mit einem geringen Stromverbrauch überzeugt. Denn nur dann ist es sinnvoll, ihn mit einem Akku zu betreiben. Nach diversen Tüfteleien konnte der Jungforscher einen Prototyp präsentieren, der Sprache und Musik ohne auffallende Verzerrungen – also in guter Qualität – wiedergibt. Darüber hinaus kommt das Gerät im Gegensatz zu herkömmlichen Verstärkern komplett ohne Kühlkörper aus – was eine ganze Menge Raum und auch Energie spart.

Entwicklung und Konstruktion einer multifunktionalen CNC-Maschine

Entwicklung und Konstruktion einer multifunktionalen CNC-Maschine

3-D-Drucker sind heute so preiswert, dass sie für viele Menschen erschwinglich sind. Doch die Geräte haben ein entscheidendes Manko: Zumeist können sie nur Kunststoffteile herstellen. Wer dagegen ein maßgeschneidertes Metallteil benötigt, muss es in der Regel für viel Geld bei einer Werkstatt in Auftrag geben. Hier schafft die Erfindung von Marten Gralla Abhilfe: Er konstruierte eine Werkzeugmaschine, die vom Computer gesteuert wird und mehrere Bearbeitungsmethoden für Metalle oder Holz beherrscht – darunter Fräsen, Bohren und Gravieren. Der Clou ist, dass sich das Gerät als Bausatz für einen Preis von deutlich unter 1.000 Euro vermarkten ließe. Damit wäre es für Heimwerker interessant, aber auch für Ingenieure in Entwicklungsländern, die damit schnell und preiswert Ersatzteile und Prototypen fertigen könnten.

Ersatzteile selbst produziert – Planung und Bau einer computergesteuerten 3-D-Fräsmaschine

Ersatzteile selbst produziert – Planung und Bau einer computergesteuerten 3-D-Fräsmaschine

Fräsmaschinen sind Standardwerkzeuge in der Metallbearbeitung. Mit ihnen lassen sich beispielsweise aus einem Stück Stahl verschiedenste Werkstücke herstellen. In der Regel sind solche Maschinen allerdings recht teuer, weshalb Ruben Rodermann ein eigenes Modell konstruierte. Unter Verwendung mehrerer Elektromotoren und Zahnriemen sowie eines Aluminiumgestells baute er eine Fräse, die per Computer gesteuert wird: Größe und Form des herzustellenden Bauteils lassen sich detailgenau am PC programmieren. Eine Besonderheit des Geräts ist das raffinierte und zugleich preisgünstige Schmiersystem, das auf einer handelsüblichen Druckerkartusche basiert: Es sprüht den Fräser automatisch mit einem Spezialöl ein, sodass dieser länger hält und nicht so schnell ausgetauscht werden muss.

Faltbarer Quadrokopter – ein aktives und autonomes Landesystem

Faltbarer Quadrokopter – ein aktives und autonomes Landesystem

Quadrokopter – kleine Drohnen mit vier Rotoren – werden mittlerweile in vielen Bereichen genutzt, etwa als fliegende Kameras für Profifotografen. Cedric Frauendorf, Deborah Hintzsche und Marius Glaeser haben etwas Spektakuläreres vor: Sie wollen einen Quadrokopter für Landungen auf fremden Monden und Planeten einsetzen. Zunächst soll ihr Fluggerät platzsparend zusammengefaltet in einer Trägerrakete starten. Beim Eintritt in die Atmosphäre wird es dann in einer Kapsel abgekoppelt und per Fallschirm abgebremst. Rechtzeitig vor dem Aufsetzen faltet sich der Quadrokopter auf und kann so sicher auf der Oberfläche landen. Um herauszufinden, inwieweit sich das Konzept umsetzen lässt, bauten die drei einen solchen Quadrokopter und testeten ihn in einer teilweise luftleer gepumpten Glasglocke zur Simulation großer Flughöhen.

Homebot –  Zuhause 4.0

Homebot – Zuhause 4.0

Ein kleiner Roboter, der einem die eine oder andere lästige Aufgabe abnimmt – das würde man sich zuweilen für den Alltag wünschen. Beflügelt von dieser Vision entwickelten Benedikt Fassian und Fabian Schmidtchen einen speziellen Roboterarm namens Homebot. Mithilfe diverser Sensoren und einer Kamera kann er seine Umwelt erfassen. Clevere Algorithmen sorgen für eine präzise Ansteuerung von sechs Motoren, die den Arm in Bewegung versetzen. Die jeweilige Programmierung erfolgt über eine selbstgeschriebene Smartphone-App. Derzeit ist Homebot in der Lage, Würfel zu erkennen, zu greifen und nach Farben zu sortieren – eine wichtige Grundlage für spätere Anwendungen wie das Einsortieren von Besteck aus einer Spülmaschine in das richtige Schubladenfach.

Für alle Jungforscherinnen und 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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