Technik

„Posturize" – einfach Haltungsschäden vorbeugen

„Posturize" – einfach Haltungsschäden vorbeugen

Fehlhaltungen können zu schweren körperlichen Beschwerden führen: Muskeln verhärten sich, die Schultern sind verspannt, sogar die Wirbelsäule kann sich verkrümmen. Meist bemerkt man es jedoch gar nicht, wenn man eine ungünstige Körperhaltung einnimmt. Um dem entgegenzuwirken, entwickelten Berkay Isik und Recep Polat ein T-Shirt mit einem integrierten Dehnungssensor. Nimmt dessen Träger eine Fehlhaltung ein, verspürt er einen Vibrationsalarm, der ihn veranlassen soll, die problematische Körperhaltung zu korrigieren. Bei einem Versuch mit einem Probanden stellten die Jungforscher fest: Bereits nach zehn Tagen nahm die Testperson auch ohne T-Shirt eine gesündere Haltung ein – diese hatte sie sich in der Trainingsphase zuvor eingeprägt.

4-D-Stuhl – Filme neu erleben

4-D-Stuhl – Filme neu erleben

Kinofilme in 3-D sind heute nichts Besonderes mehr. Manche Kinos oder Vergnügungsparks setzen allerdings noch einen drauf: Bei ihnen bewegen sich die Kinosessel simultan zum Geschehen auf der Leinwand mit, was die sinnliche Wahrnehmung noch einmal steigert. So einen „4-D-Stuhl“ hat sich Sebastian Lew im Rahmen seines Jugend forscht Projekts selbst gebaut. Dazu montierte er einen Bürosessel auf eine bewegliche Holzscheibe, die durch Elektromotoren in diverse Richtungen gedreht und gekippt werden kann. Mit der Software des Jungforschers lassen sich auch schnell und einfach eigene 4-D-Filme produzieren. Die Stuhlbewegungen, die die selbst gedrehten Aufnahmen begleiten sollen, können mithilfe eines Joysticks oder alternativ durch Sensortechnik hinzugefügt werden.

Adaptive Propellerenteisung für Multikopter

Adaptive Propellerenteisung für Multikopter

Eisbildung auf den Tragflächen kann bei allen Fluggeräten zu einer Gefahr werden. Auch Multikopter, umgangssprachlich als Drohnen bezeichnet, sind bei Kälte und feuchter Luft gefährdet, denn sehr schnell kann Eisansatz den Auftrieb verringern und zum Absturz des Flugobjekts führen. Fabian Albrecht und Felix Haag entwickelten daher einen beheizbaren Rotor für Multikopter. Sie brannten einen hauchdünnen Silberlack in die Oberfläche ein. Dieser ist leitfähig und erwärmt sich, wenn er von Strom durchflossen wird. Temperatursensoren an den Rotoren melden einem Mikrocontroller eine Vereisungsgefahr und steuern so bedarfsgerecht die Heizleistung. Damit können künftig auch bei kritischen Wetterverhältnissen Drohnen abheben und Menschen in Notsituationen versorgen.

Bionischer Elefantenrüssel – Zusammenführung von Natur und Technik

Bionischer Elefantenrüssel – Zusammenführung von Natur und Technik

Der Elefantenrüssel ist ein wahres Multitalent. Er besitzt 40 000 Muskeln, weshalb die Dickhäuter mit enormem Geschick verschiedenste Gegenstände greifen können. Mauritz Fethke hat in seinem Projekt einen künstlichen Rüssel konstruiert. Basis ist eine Art Wellschlauch, der auf einem Fahrwerk montiert ist und sich mithilfe von Druckluft bewegt. An der Spitze des bionischen Rüssels steckt ein Greifer, der per Luftkissen geöffnet und geschlossen wird. Die Steuerung des Ganzen übernimmt ein Minirechner, der sich über einen gewöhnlichen Tablet-Computer bedienen lässt. In einer weiteren Ausbaustufe soll eine Kombination aus Sensoren und Kameras ermöglichen, dass der Kunstrüssel vollkommen autonom agieren kann. Die Vision: ein „Elefantenroboter“, der dem Menschen manch lästige Arbeit abnimmt.

Der BrailleDruRo – Brailleschrift für zu Hause

Der BrailleDruRo – Brailleschrift für zu Hause

Die Brailleschrift ermöglicht stark sehbehinderten Menschen das Lesen. Sie besteht aus Punktmustern, die in Papier gestanzt sind und sich mit den Fingerkuppen ertasten lassen. Herstellen lassen sich Texte in Brailleschrift mit sogenannten Punktschriftdruckern. Die jedoch sind teuer, weshalb Michael Behrens, Tillman Keller und Marc Fastenrath eine deutlich günstigere Alternative entwickelten. Ihr „BrailleDruRo“ sticht mit einer simplen Zirkelnadel Löcher in gewöhnliches Papier, auf dessen Rückseite sich das entstehende Punktmuster dann problemlos ertasten lässt. Dabei sorgen elektrische Schrittmotoren für den präzisen Weitertransport des Papiers. Die Steuerung des Motors erfolgt durch einen handelsüblichen, überaus preiswerten Kleinstcomputer.

Der roflCopter – ein Heli dreht durch

Der roflCopter – ein Heli dreht durch

Quadrokopter sind in Mode. Die kleinen Drohnen mit ihren vier Elektrorotoren sind für wenig Geld zu haben und lassen sich relativ einfach fernsteuern. Frederik Dunschen entwickelte eine höchst originelle Mini-Drohne. Sein „roflCopter“ ist ein sogenannter Monokopter. Dieser besteht aus einem einzigen, zweiflügeligen Rotor, der von zwei winzigen Propellern in Rotation versetzt wird. Diese Drehung lässt das Flugobjekt dann abheben – als würde ein Hubschrauber beim Flug um sich selbst rotieren. Als Herausforderung stellte sich die Steuerung des Winzlings heraus: Um für die nötige Flugstabilität zu sorgen, musste der Jungforscher einen speziellen Algorithmus für den in seinen Monokopter eingebauten Kleinstcomputer programmieren.

Die sensorische Erfassung von Kräften auf künstliche Hüftgelenke

Die sensorische Erfassung von Kräften auf künstliche Hüftgelenke

Jedes Jahr werden mehr als 200 000 künstliche Hüftgelenke in deutschen Kliniken eingesetzt. Leider halten die Prothesen nicht ewig, sondern verschleißen mit der Zeit. Um diesen Verschleiß verlässlich abzuschätzen, hat Hannes Wolna ein raffiniertes Sensorsystem entwickelt: Es basiert auf zwei Beschleunigungssensoren: Der eine wird am Oberkörper angebracht, der andere am Fußgelenk. Die Sensoren können unterschiedliche Bewegungsarten wie Gehen und Rennen erfassen und speichern die Daten in einem mobilen Computer. Die anschließende Auswertung soll darstellen, welche Kräfte auf die Hüftprothese gewirkt haben und wie groß der Verschleiß ist. Nach den ersten vielversprechenden Tests ist der Jungforscher zuversichtlich, dass sein Sensorsystem schon bald zur Anwendung kommen kann.

Echtzeitregelung eines 5-Achs-Bearbeitungszentrums

Echtzeitregelung eines 5-Achs-Bearbeitungszentrums

Programmierbare 5-Achs-Fräsmaschinen können Werkstücke in nahezu jeder beliebigen Form aus einem Materialblock fräsen. Allerdings muss man dabei die Dreh- und Vorschubgeschwindigkeit der Fräse vorab manuell einstellen. Marc Engelhardt, Jannik Münz und Lukas Bohnacker entwickelten eine Regelung, mit der diese Parameter automatisch sowohl an die jeweilige Bearbeitungssituation als auch an den Abnutzungsgrad des Werkzeugs angepasst werden können. So reduziert sich der Werkzeugverschleiß um bis zu 80 Prozent. Voraussetzung für diese Echtzeitregelung sind eine genaue Messung der aktuellen Kräfte am Werkzeug über Sensoren, eine parallele Simulation zur Auswertung der Messwerte und die Umsetzung in eine schnelle Regelelektronik sowie die Integration der Hardware in die Maschine.

Ein energieeffizienteres Flugzeugtriebwerk

Ein energieeffizienteres Flugzeugtriebwerk

Der Flugverkehr gilt als klimaschädlich, denn die Maschinen stoßen beträchtliche Mengen an CO2 aus. Philipp Sinnewe untersuchte, ob es eine effizientere und damit klimafreundlichere Alternative zu gängigen Flugzeugtriebwerken gibt. Er baute ein kleines Modell eines Strahltriebwerks und erprobte damit eine neue Art von Treibstoff: Zusätzlich zu Kerosin verwendete der Jungforscher ein Wasser-Alkohol-Gemisch. Das Wasser hat dabei die Funktion, sich beim Verdampfen im Triebwerk auszudehnen und dadurch den Schub zu erhöhen. Die Versuche auf seinem selbst gebauten Triebwerk-Teststand verliefen vielversprechend: Sie legen nahe, dass sich im Vergleich zur ausschließlichen Verwendung von Kerosin gut ein Drittel an CO2-Emissionen einsparen lässt.

Frühwarnsystem gegen Schimmel

Frühwarnsystem gegen Schimmel

Schimmel an Wänden und Möbeln hat schon so manchen Hausbesitzer zur Verzweiflung getrieben – denn häufig ist es nicht einfach, den unerwünschten Pilzbefall wieder loszuwerden. Daher entwickelten Jacob Linnemann, Daniel Gellert und Niklas Sander ein System, das die Hausbewohner bereits warnt, bevor sich der Schimmel überhaupt angesiedelt hat. Dazu bringen die Jungforscher mehrere preiswerte, kleine Sensoren an den Wänden an, die Temperatur und Luftfeuchtigkeit messen und ihre Daten per WLAN an einen Mini-Computer mitsamt Touchscreen senden. Werden dann bestimmte Messwerte überschritten, fordert das System die Bewohner per SMS auf, möglichst schnell zu lüften, zu heizen oder einen Ventilator einzuschalten, um dem Schimmel so von vornherein die Lebensgrundlage zu entziehen.

KFCW statt FCKW – der Klimaschrank für clevere Wachstumsbedingungen

KFCW statt FCKW – der Klimaschrank für clevere Wachstumsbedingungen

Klimaschränke, deren Temperaturen und Luftfeuchten im Inneren sich präzise regeln lassen, werden vor allem an Universitäten und Forschungslabors genutzt. Mit ihnen können Agrarwissenschaftler kontrollierte Bedingungen für das Wachstum von Pflanzen herstellen. Die Anschaffungskosten liegen in der Regel bei mehreren Tausend Euro. Aron Klimenta und Silas Ko?men entwickelten eine günstigere Alternative auf Basis eines ausgedienten Kühlschranks: Ein Ventilator sorgt für die Belüftung, ein Heizelement führt Wärme zu, LEDs imitieren das Tageslicht, und ein Ultraschall-Vernebler erhöht die Luftfeuchtigkeit. Gesteuert wird die Konstruktion über zwei simple Mikrocomputer. Alles in allem kostet der Klimaschrank der Jungforscher nur rund 500 Euro und dürfte damit auch für manche Schule bezahlbar sein.

Nach dem Vorbild der Natur – der Salvinia-Effekt unter dem Rasterelektronenmikroskop

Nach dem Vorbild der Natur – der Salvinia-Effekt unter dem Rasterelektronenmikroskop

Der gewöhnliche Schwimmfarn zeigt eine besondere Struktur: Sogenannte Schneebesenhaare sorgen dafür, dass sich stabile Luftkammern über dem Blatt ausbilden können, was die Pflanze unter Wasser überleben lässt. Mithilfe eines Licht- und eines Rasterelektronenmikroskops belegten Saskia Floderer und Maria Matveev wie dieser „Salvinia-Effekt“ funktioniert: In unmittelbarer Nähe des Blattes stoßen die Schneebesenhaare Wasser ab, hier kann sich Luft sammeln. Die Spitze der Härchen hingegen zieht Wasser an, das quasi als Deckel fungiert und die Luft daran hindert zu entweichen. Nutzen ließe sich der Effekt beispielsweise für Schiffsrümpfe: Eine dem Schwimmfarn nachempfundene Oberfläche könnte den Reibungswiderstand deutlich senken und dadurch Treibstoffverbrauch und CO2-Emissionen reduzieren.

Nutzung von Wasserwellen zur Energiegewinnung

Nutzung von Wasserwellen zur Energiegewinnung

Wellen und Gezeiten enthalten so viel Energie, dass sie im Prinzip den gesamten Stromverbrauch der Menschheit decken könnten. Doch in der Praxis ist es schwierig, diese klimafreundliche, weil emissionsfreie Energie zu nutzen. Der Grund: Die erforderliche Technik ist kompliziert und unzuverlässig – weshalb viele Versuche bislang scheiterten. Daniel van der Meer hat mit Lego-Bausteinen eine trickreiche Konstruktion gebaut, die das Auf und Ab der Wellen in eine Drehbewegung übersetzt – eine Rotation, die einen Stromgenerator antreibt. Dann testete der Nachwuchsforscher seine Erfindung in einem Wellentank. Die Resultate waren ermutigend: Das Minikraftwerk aus Lego erzeugte im Labor Strom – wenn auch nur eine geringe Menge. Sein Ziel ist es nun, die Anlage noch effizienter zu machen.

PiDry

PiDry

Ist die Luft im Haus zu feucht, droht Ungemach – es kann sich Schimmel bilden. Meist hilft regelmäßiges Lüften, damit die feuchte Raumluft entweichen kann. Doch manchmal ist die Luftfeuchtigkeit im Außenbereich höher als im Innern. Dann sollte man die Fenster lieber geschlossen halten. Um die Außen- und Innenwerte zuverlässig messen und vergleichen zu können, hat Konstantin Langfritz eine Software für einen Kleinstcomputer geschrieben. Sie wertet die Daten aus, die über innen und außen angebrachte Messfühler ermittelt werden. Daraus wird der Wert für die absolute Luftfeuchtigkeit errechnet. Abhängig vom Resultat gibt der Computer dann den Impuls, ein motorgesteuertes Fenster zum Lüften zu öffnen – oder zu schließen, wenn es draußen feuchter ist als drinnen.

Self-balancing Unicycle

Self-balancing Unicycle

Sie heißen Segway oder Hoverboard – jene selbstbalancierenden Elektrogefährte, auf denen man stehend durch die Gegend rollen kann. Basis ist eine ausgefeilte Steuerungselektronik, die das Gerät stets im Gleichgewicht hält. Luca Fäth aber waren die Vehikel schlicht zu teuer. Also konstruierte er sich sein eigenes Gefährt – ein Einrad, das sich von selbst im Gleichgewicht hält. Ein Holzgehäuse mitsamt Sitz und Griffen beherbergt sowohl den Akku als auch den Elektromotor. Dieser treibt über einen Riemen das Rad eines Motorrollers an. Ein kombinierter Beschleunigungs- und Lagesensor sorgt zusammen mit einem Minicomputer für die Balance. Zwar braucht es ein wenig Übung, bis man mit dem motorisierten Einrad fahren kann. Das Gleichgewicht halten kann man damit jedoch sehr zuverlässig.

SmartTurtleCooling – Winterschlaf optimiert

SmartTurtleCooling – Winterschlaf optimiert

Viele Schildkrötenarten benötigen Winterschlaf, sonst leidet ihre Gesundheit. Für manche Schildkrötenhalter ist das ein Problem: Zwar sind Kühlschränke als Ort für den Winterschlaf im Prinzip geeignet, doch ist darin häufig nicht genug Platz. In ihrem Forschungsprojekt schaffen Benedikt Fassian und Fabian Schmidtchen hier auf clevere Weise Abhilfe. Sie konstruierten eine Box, die mithilfe von Kühlelementen, Temperaturmessfühlern und Feuchtigkeitssensoren den künstlichen Schildkröten-Winter optimal simulieren kann. Dabei lässt sich das Tier mit einer kleinen Kamera stets im Blick behalten, mittels einer Smartphone-App sogar von unterwegs. Ein eingebauter Akku erlaubt es zudem, die Box bei Bedarf einfach unter den Arm zu klemmen und mitzunehmen.

Technische Orientierungshilfe für Blinde im öffentlichen Nahverkehr

Technische Orientierungshilfe für Blinde im öffentlichen Nahverkehr

Die S-Bahn ist an der Haltestelle eingefahren. Um einzusteigen, steuert der Fahrgast die nächstgelegene Tür an. Für Sehbehinderte ist das oft eine Herausforderung. Nele Tornow und Fabian Rimmele wollen sie daher beim Finden der Türen unterstützen. Zunächst analysierten sie die bestehenden Konzepte – und kamen dann auf einen eigenen Lösungsansatz: Ein in den Taststock integriertes Mikrofon erfasst das Geräusch des einfahrenden Zuges. Eine Software ermittelt daraus die genaue Position der Türen und gibt diese Information weiter an einen Vibrationsmotor, eingebaut in den Taststock-Griff. Das Vibrieren lotst den Sehbehinderten dann zur nächsten Tür. Probemessungen mit einem Mikrofon verliefen vielversprechend: Auf Basis der Zuggeräusche ließen sich die Türen zuverlässig orten.

Trägerplattform für verschiedene Sensorensysteme

Trägerplattform für verschiedene Sensorensysteme

Kleine, batteriebetriebene Drohnen sind mittlerweile für wenig Geld zu haben und daher ein beliebtes Spielzeug. Ihr Nachteil: Oftmals hält der Akku nicht länger als eine Viertelstunde, dann ist das Vergnügen bereits wieder beendet. Anders der Prototyp von Florian Pollakowsky und Falko Staps: Er besitzt zwar ebenfalls einen Elektroantrieb, basiert aber auf einem Segelflugzeugmodell mit einer Spannbreite von fünf Metern. Dadurch hat er das Potenzial, überaus energieeffizient zu gleiten und mehrere Stunden lang in der Luft zu bleiben. Darüber hinaus ist die Segeldrohne der Jungforscher mit einem kleinen Bordcomputer sowie mit diversen Sensoren ausgestattet, mit denen sich zum Beispiel Wetterdaten erfassen lassen.

„Lazybar" – die intelligente Cocktailmaschine

„Lazybar" – die intelligente Cocktailmaschine

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

Akustische Richtungsbestimmung

Akustische Richtungsbestimmung

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

Alternative Fortbewegungsmittel auf Grundlage eines bionischen Hais

Alternative Fortbewegungsmittel auf Grundlage eines bionischen Hais

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

Bionischer Elefantenrüssel – Zusammenführung von Natur und Technik I

Bionischer Elefantenrüssel – Zusammenführung von Natur und Technik I

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

Bodenfeuchtemessung im Blumensteckschwamm

Bodenfeuchtemessung im Blumensteckschwamm

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

DynamicH – Automatisierung von Konferenzräumen

DynamicH – Automatisierung von Konferenzräumen

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

Entwicklung eines elektronischen Kamerastabilisationssystems

Entwicklung eines elektronischen Kamerastabilisationssystems

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

Entwicklung eines universell einsetzbaren Erkundungsroboters

Entwicklung eines universell einsetzbaren Erkundungsroboters

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

Entwicklung eines USB-Peripheriegerätes für Software Defined Radio

Entwicklung eines USB-Peripheriegerätes für Software Defined Radio

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

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

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

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

Die intelligente Jalousie

Die intelligente Jalousie

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

Kommerzielle Luftfahrt: adaptiver Flügel – Ersatzkonzept für mehr Energieeffizienz

Kommerzielle Luftfahrt: adaptiver Flügel – Ersatzkonzept für mehr Energieeffizienz

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

Neuartige Finger-Bewegungsschiene

Neuartige Finger-Bewegungsschiene

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

Piezoelektrische Wandler als Energiequelle für medizinische Implantate

Piezoelektrische Wandler als Energiequelle für medizinische Implantate

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

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

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

Disziplinen im Fachgebiet Technik sind vor allem

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

Welche Projekte passen nicht ins Fachgebiet Technik?

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