Intel ISEF: Die Hoffnungsträger der Wissenschaft
Zwölf Nobelpreisträger und zahlreiche weitere hochdotierte Wissenschaftler hat die amerikanische Society of Science and the Public bereits hervorgebracht, der hessische Schüler Ivo Zell könnte einer der nächsten sein. Der Hobby-Modellflieger hat einen Nurflügler(öffnet im neuen Fenster) konstruiert, der besonders stabil in der Luft liegt - genau sechs Monate und einen Tag hat er dafür gebraucht.
Das Projekt hat auf der Intel International Science and Engineering Fair (kurz ISEF) die Jury aus Spezialisten der Luftfahrt so beeindruckt, dass sie Ivo den wichtigsten und mit 75.000 US-Dollar am höchsten dotierten Preis des Wettbewerbs verlieh: den Gorden E. Moore Award. Auch andere deutsche Teams waren mit spannenden Projekten bei dem Wettbewerb in Los Angeles vertreten. Mit dabei: eine leuchtende Gurke, schwebende Objekte und Drohnen, die wie Vögel kreisen.
Auf die ISEF werden nur die Besten eingeladen. 1.778 Teilnehmer sind aus der ganzen Welt angereist, um beim größten Wissenschaftswettbewerb für Schüler ihre Erkenntnisse und Forschungen zu präsentieren, davon 14 Teilnehmer aus Deutschland. Und mit Forschungen sind wirklich neue Erkenntnisse gemeint - mit einfachem Schulwissen kommt man bei dem Wettbewerb nicht weiter.
Viele der Jugendlichen können bereits besser wissenschaftlich korrekt arbeiten als der ein oder andere Student. Für ihr Projekt müssen sie nämlich ein wissenschaftliches Paper schreiben, das detailliert ihre Ideen, Vorgehensweisen, Messungen und Erkenntnisse beschreibt. Die Projekte sind daher deutlich anspruchsvoller als Modelle des Planetensystems oder Vulkanaufbaus, wie man sie von lokalen Science Fairs kennt.
Wenn Objekte einfach so im Raum schweben
Viel Aufmerksamkeit erregte etwa der Augmented-Reality-Beamer von Tobias Gerbracht(öffnet im neuen Fenster) . Er lässt virtuelle Objekte in der Luft schweben, ohne dass Zuschauer eine spezielle Brille brauchen. Die Konstruktion ist verblüffend simpel: Ein sehr heller Beamer strahlt eine weiße Fläche an, die sich auf einer im Raum befindlichen Glasscheibe spiegelt. So lassen sich verschiedenste Dinge visualisieren und bereits vor der Herstellung eines Prototyps immersiv darstellen.
"Anfangs hatte ich kleine Probleme mit grünem Streulicht, das man teils gesehen hat" , sagte Tobias im Gespräch mit Golem.de. "Nach einigen Wochen bin ich dann auf die Idee gekommen, lineare Polarisationsfilter zu verwenden, um dem Streulicht entgegenzuwirken." Die Konstruktion selbst war für ihn kein Problem. Tobias hat bereits zahlreiche Praktika im Maschinenbau gemacht und weiß genau mit CNC-Fräsen oder Wasserstrahlschneidern umzugehen.
Schüler forschen für den Praxiseinsatz
Seine Konstruktion, die einen der 400 Awards des Wettbewerbs gewonnen hat, hat Tobias bereits patentieren lassen. Erste Kunden hat er für seinen Projektor schon: Zahlreiche Unternehmen haben sich bei ihm gemeldet, sie würden einen solchen Projektor gerne auf Messen für die Produktdemonstration einsetzen. Irgendwann einmal wird der 19-Jährige den Projektor vielleicht selbst im Berufsleben einsetzen - er möchte nämlich Produktdesigner werden. Auch für diese ist das Gerät interessant.
Der preisgekrönte Nurflügler(öffnet im neuen Fenster) von Ivo Zell hat ebenfalls ganz praktischen Nutzen. Er behebt eines der größten bisherigen Probleme der Flugzeuge, die weitgehend ohne Rumpf und Leitwerk auskommen: mangelnde Flugstabilität. Ohne spezielle Computersysteme, die ständig die Fluglage nachregeln, würden Nurflügler schnell abstürzen. Auf Basis von 90 Jahre alten Entwürfen hat Ivo erforscht, wie das besser geht.
Forschung geht in die Luft
"Für meinen Nurflügler habe ich auf ein Konzept gesetzt, das die Horten-Brüder(öffnet im neuen Fenster) bereits in den 20er- und 30er-Jahren entwickelt haben. Nur wurde es bisher nie umgesetzt" , sagte Ivo im Gespräch. Auf Basis der Entwürfe konzipierte er den unkonventionellen Flieger. "Ich habe alles bis ins kleinste Detail durchgeplant, so dass ich beim Bau und den ersten Probeflügen vor keine größeren Herausforderungen gestellt wurde" , erklärte er.
Denkbar ist der Einsatz des Nurflügler-Konzepts für unbemannte Drohnen, die Lasten tragen. Selbst kleine Airliner könnten mit dem Entwurf möglich sein. "Beim ersten Flug hatte ich schon ein wenig Bange, dass der Flieger vielleicht doch abstürzt, doch letztendlich lag er stabiler in der Luft, als ich mir erhofft hatte" , sagte Ivo.
Energie sparen wie Vögel
Während bei Ivo die Konstruktion des Fliegers im Vordergrund steht, ist es bei Florian Vahl, Etienne Neumann und Maximilian Schuller die Software. Sie haben herausgefunden, dass kleine unbemannte Drohnen thermische Aufwinde nutzen können(öffnet im neuen Fenster) , um Energie zu sparen. "Unsere Drohne kreist wie Vögel über warmen Gebieten, um aufsteigen zu können, ohne viel Energie zu benötigen" , erklärte Maximilian. "Das Ganze natürlich komplett autonom."
Mit verschiedenen Sensoren bestimmen die drei Schüler aus Rellingen die genaue Position und Flughöhe der Drohne. Ein kleiner Raspberry Pi in der Drohne, auf dem ein selbst programmierter Algorithmus läuft, verarbeitet die Daten und leitet den Kreiselvorgang ein, wenn die Drohne um mehr als zwei Meter in der Sekunde steigt. "Wir erkennen so sehr zuverlässig, ob es sich tatsächlich um einen thermischen Aufwind handelt oder ob nur eine kräftige Böe die Drohne hat steigen lassen" , sagte Maximilian.
"Wir waren überrascht, wie gut wir die thermischen Aufwinde erkennen und fast keine Oszillation haben" , sagte Etienne. Die Drohne selbst muss durch die viele Technik etwas größer ausfallen als der typische Modellsegler, der erste Flieger war etwas zu klein. Eine Spannweite von vier Metern hat das aktuell verwendete Modell - die drei haben den Flieger für ihr Projekt gesponsert bekommen.
Ein vergurktes Projekt
Weniger praxisorientiert, aber dafür umso interessanter ist die leuchtende Gurke(öffnet im neuen Fenster) , ein relativ einfacher Versuch aus der Oberschule. Sonja Gabriel und Hannes Hipp haben herausgefunden, warum die Gurke bei anliegendem Strom nur auf einer Seite leuchtet. Unter Gleichstrom ist die Antwort darauf simpel: Die Gurke leuchtet immer auf der Seite des negativen Pols. Unter Wechselstrom müsste das Licht mit den Polen hin und her wechseln - doch das passiert nicht.
"Die Zeitlupe hat gezeigt, dass die Gurke unter Wechselstrom nicht dauerhaft leuchtet, sondern immer wieder an und aus geht. Auch in der Zeitlupe hat immer nur eine Seite geleuchtet" , erklärte Sonja. "Für das Phänomen musste es also physikalische Gründe geben, die wir finden wollten," erläuterte Hannes. Die beiden stellten fest, dass die verschiedenen Seiten der Gurke verschiedene Widerstände hatten. Und bei einem höheren Widerstand wird beim Anliegen von Strom mehr Wärme abgegeben.
"Wir haben schnell festgestellt, dass für das Leuchten eine gewisse Temperatur erreicht werden muss. Das sind 100 Grad, die auf der Seite mit dem höheren Widerstand schneller erreicht werden" , sagte Sonja. Erreiche eine Seite die 100 Grad Celsius, so finde ein Prozess statt, der den Strom abfallen lasse. Dadurch werde die zum Leuchten nötige Temperatur nicht mehr erreicht.
Nachwuchsforscher vernetzen sich
Die beiden sind mit ihrer Forschung schon viel herumgekommen. Mit ihrem Projekt haben sie bereits im vergangenen Jahr beim Nachwuchswettbewerb Jugend forscht teilgenommen und ein Stipendium für den Adolescents Science & Technology Innovation Contest in China gewonnen - und sich für die ISEF qualifiziert. Auch die Society of Science and the Public hat sich es zum Ziel gesetzt, jugendliche Forscher zu vernetzen und so den kulturellen und wissenschaftlichen Austausch zu fördern. Daher werden auch auf der ISEF zahlreiche Stipendien für Reisen zu Wettbewerben oder Forschungszentren in verschiedenen Ländern vergeben.
Zum Abschluss des Wettbewerbs vergaßen die Schüler dann eine Weile ihre Forschung. Einen Abend lang hatten sie den Universal City Theme Park mit seinen Achterbahnen, Live-Shows und Einblicken in die Welt Hollywoods nur für sich. Ein Highlight. Letztlich sind die Hoffnungsträger der Wissenschaft nämlich nicht anders als die meisten anderen Jugendlichen.