Projekte 2020-2022
Lawinendrohne
Mit unserer Selbstentwickelten Lawinendrohne wollten wir die Suche nach Verschütteten verbessern, d.h. die Suche soll schneller werden und mit weniger Risiko für Helfer.
Ein handelsübliches Lawinenverschütteten-Suchgerät (LVS) ist auf der Drohne mit der Flugsteuerung verbunden. Außerdem wurden ein GPS-Gerät zur Navigation und Ultraschallsensoren zur Kollisionsverhinderung in die Steuerung eingebunden.
Der Ablauf einer Suche hat zwei Phasen: Absuchen des Zielgebietes bis zum ersten Finden eines LVS-Signals (+/- 40m) anschließend wird das LSV-Signal genau geortet (<1m). In unserer Bodenstation werden die Flug- und LVS-Daten der Drohne empfangen, ausgewertet und in eine Karte eingezeichnet. Unsere Herausforderung lag darin all dies zu kombinieren.
Unsere Drohne fliegt autonom, die Abstandsmessung und die LVS-Suche funktionieren zu 100% unabhängig voneinander. Aktuell haben wir noch Schwierigkeiten beim Auslesen der LVS- und GPS-Daten.
Schoolbag-Management-System (S-M-S)
Für uns Schüler sind schwere und/oder falsch gepackte Schultaschen ein regelmäßiges Ärgernis. Teilweise resultieren daraus auch Rücken- und Nackenschmerzen. Um auf dieses Thema verstärkt hinzuweisen, möchten wir einen Schulrucksack entwickeln, der den Inhalt und das Gewicht automatisch bestimmt. Der Inhalt wird mit dem Stundenplan und den am aktuellen Tag notwendigen Büchern/Schulmaterialien abgeglichen. Das Gewicht wird mit dem aus persönlichen Daten berechneten zulässigen individuellen Maximalgewicht verglichen und bei einer Überschreitung gewarnt.
Die wesentlichen technischen Komponenten sind zum einen der Mikrocontroller „Infineon XMC1100“, eine DMS-Wägezelle für das Messen des Gewichtes und der RFID (Radio-Frequency Identification) zum Erfassen des Rucksackinhaltes.
Mit unserem Projekt wollen wir bewusst machen, dass viele Schulrucksäcke zu schwer sind und eine Erleichterung für das Packen der Schultasche schaffen.
Selbststimmende Gitarre (Wirbelzwirbler 3000)
Für einen Gitarristen geht viel Zeit an das Stimmen verloren aber mit Hilfe unseres Wirbelzwirblers kann selbst ein ungeübter Gitarrist eine Gitarre schnell und oft auf beliebige Stimmlagen stimmen. Der Stimmprozess beginnt mit der Eingabe der gewünschten Stimmlage an einem Touch-Interface.
Nach Eingabe wird eine Saite angeschlagen und ein Ton über ein Mikrophone ausgelesen und an einen Raspberry-Pi weiter gegeben dessen Software prüft darauf den Ton, ist dieser nicht nah genug dem gewünschten Frequenzbereich, wird der entsprechende Motor angesteuert dieser ist mit dem Wirbel über Zahnräder verbunden und dreht dann den Wirbel, in die nötige Richtung, bis die Saite die richtige Spannung hat. Die Halterung für die Motoren lässt sich einfach mit Klemmen befestigen.
Projekte 2019-2021
Automatisches Bewässerungssystem
Nicht jeder hat freundliche Nachbarn, die sich während eines Sommerurlaubs um fremde Balkon- und Zimmerpflanzen kümmern wollen. Zwei Wochen oder länger in der prallen Sonne und ohne Bewässerung überlebt jedoch auch die robusteste Pflanze nicht. Und wenn die Pflanze stirbt, muss man sich die Mühe zum Entsorgen und Neupflanzen machen. Hier kommt das automatische Bewässerungssystem ins Spiel. Ein kapazitiver Bodenfeuchtigkeitssensor misst den Wassergehalt im Boden und ein Temperatursensor misst Temperatur und Luftfeuchtigkeit, welche von einen Mikrocontroller verarbeitet werden. Diese Messdaten werden durch Bluetooth Module an das Hauptsteuerelement gesendet, welches die peristaltischen Pumpen steuert und die Pflanzen bewässert. Das Hauptsteuerelement speichert diese Messdaten und wertet diese aus. Mit einen Display oder dem Webserver kann das System gesteuert und überwacht werden. Der Webserver erstellt eine Webseite, welche durch jedes Gerät im Netzwerk benutzt werden kann.
Katzenklo 2.0
Fast jeder Katzenbesitzer kennt das Problem, ein Katzenklo sauber machen zu müssen. Diese Tätigkeit ist lästig und auch zeitaufwendig. Wir haben uns es zur Aufgabe gemacht, ein selbstreinigendes Katzenklo zu entwickeln. Es optimiert eine unbequeme Routineaufgabe und dient somit als Unterstützung im Alltag. Man spart Zeit und hat mehr Möglichkeiten, die angenehmeren Dinge des Lebens zu genießen. Zudem beugt es unangenehme Gerüche im Haus vor, indem die Hinterlassenschaften der Katze direkt entfernt und in einen verschlossenen Behälter befördert werden. Über ein bewegliches Förderband (welches zugleich als Rechen fungiert), werden alle Fäkalien in einen integrierten Mülleimer transportiert. Man muss also lediglich den Mülleimer alle 1-2 Tage entleeren. Das Einsatzgebiet unseres Katzenklos ist: - Jeder Katzenhaushalt.
PVA-Sensor
Der 3D-Druck schreitet immer weiter voran, dennoch können Überhänge nur mithilfe eines Stützmaterials gedruckt werden. Um das Entfernen des ungewünschten Stützmaterials zu erleichtern, kann beim Druckvorgang ein wasserlösliches Druckfilament, wie zum Beispiel PVA, verwendet werden, das nach dem Druck in Wasser aufgelöst wird. Hier gilt es das Optimum zwischen unnötig frühen und zu späten Wechseln des Auflösewassers zu finden. Zu häufige Wechsel sind Verschwendung und umweltschädlich, zu seltene Wechsel verzögern oder verhindern die vollständige Auflösung des Stützmaterials. Optimal kann das Wasser bis zu einer PVA-Konzentration von 10% genutzt werden. Daher war unser Ziel die Entwicklung eines Sensors, der die PVA-Konzentration bestimmt. Unser PVA-Sensor kann die PVA-Konzentration einer Flüssigkeit in einem Bereich von 0% bis 10% mit einer Genauigkeit von 1% automatisch messen. Die erreichte Messgenauigkeit hat unsere Erwartungen zu Beginn des Projektes übertroffen.
SolarPhoenix Mk3
Heutzutage werden die meisten Flugzeuge mit fossilen Energieträgern betrieben und tragen damit wesentlich zur Klimaerwärmung bei. Batteriegespeiste Elektroantriebe wären umweltfreundlicher, sind aber in ihrer Reichweite noch eingeschränkt. Deshalb haben wir ein mit Solarzellen bestücktes Modellflugzeug entwickelt und gebaut, dass lange Strecken zurücklegen kann. Wir haben dies mit dem SolarPhoenix umgesetzt. Die verbauten Akkus dienen als Puffer und werden im Flug durch unser Solarsystem nachgeladen. Die aerodynamische Auslegung des SolarPhoenix ist speziell für den ausdauernden Solarflug optimiert. Mit Hilfe eines Autopiloten kann das Flugzeug autonom fliegen und übermittelt in Echtzeit Flugdaten. Diese können von der energieautarken Bodenstation ausgewertet werden. Die Nutzlast des SolarPhoenix beträgt bis zu 2kg und ermöglicht den Einsatz in vielen verschiedenen Anwendungsgebieten. Mögliche Beispiele dafür wären der Medikamententransport in entlegene Gebiete.
Projekte 2018-2020
Hydroponic Home System
Viele Menschen in Städten träumen vom eigenen Garten, um Pflanzen anzubauen. Hierbei soll unser System helfen. Unsere Zielgruppe sind Privathaushalte, deshalb ist unser Kasten benutzerfreundlich gestaltet. Das hydroponische Prinzip wird hauptsächlich in der Lebensmittelindustrie und für Experimente auf der ISS verwendet. Bei diesem System wachsen die Pflanzen in Wasser, bzw. in Nährstofflösung und ohne Erde. Der Nutzer setzt die Pflanzen in spezielle Pflanzenkörbchen und startet das System. Um die perfekte Wachstumsumgebung zu erzeugen, simulieren Wachstums-LEDs einen Tag-Nacht-Zyklus und das Bewässerungssystem ist optimal auf die Pflanzen abgestimmt. Der Nutzer kann die Umgebungstemperatur, die Luftfeuchtigkeit und den Durchfluss des Wassers überwachen, jedoch läuft das System auch ohne ihn autonom weiter. Die dazugehörigen Daten werden in einer App angezeigt. Der Integrierte Lüfter wird bei zu hoher Temperatur angeschaltet und beim Fallen der Temperatur wieder ausgeschaltet.
Intelligenter Einkaufswagen
Jeder kennt es, man ist fertig von der Arbeit, doch der Einkauf steht noch an. Eigentlich hat man bereits Rückenschmerzen, aber der Einkauf hebt sich leider nicht selbst in den Einkaufswagen. Oft würde es schon helfen, wenn die Ladefläche nicht so tief wäre.
Mit unserem SmartCart wird das Einkaufen bequemer. Das SmartCart lässt sich über unsere App freischalten. Die integrierte Höhenverstellung ist automatisch, erleichtert das Ein- und Ausladen schwerer Gegenstände und ist somit schonender für die Gelenke.
Durch einen Motor fährt die Ladefläche nach oben und unten. Unser SmartCart regelt die Höhe über mehrere Sensoren automatisch, kann aber auch manuell vom Kunden eingestellt werden. In dem verschließbaren Fach, welches durch einen Code gesichert ist, kann zum Beispiel ein Geldbeutel, Schlüssel oder Smartphone zwischengelagert werden.
Alles ist bequem über ein Display, Joystick und Knopf steuerbar. Das Einsatzgebiet des SmartCarts wird sich auf Einkaufsmärkte beschränken.
PVA Löser
Der Einsatz von 3D-Druckern schreitet immer weiter fort. Mittlerweile erfreuen sich nicht mehr nur Hobbybastler dem Nutzen von 3D-Druckern, sondern auch Firmen nutzen diese. Komplexe Bauteile erfordern häufig Stützstrukturen, die während des Druckes benötigt werden, um zum Beispiel Überhänge zu drucken, und anschließend wieder entfernt werden müssen. Bei modernen 3D-Druckern werden diese Stützstrukturen aus Polyvinylalkohol, kurz PVA, gedruckt, einem wasserlöslichen Kunststoff, um Abbruchkanten zu vermeiden. Trotzdem muss eine möglichst schnelle Einsetzbarkeit der Bauteile gewährleistet sein, da anderenfalls ein Kernvorteil des 3D-Druckes verloren gehen würde.
Im Rahmen des Jugend-Forscht Projektes: „PVA-Löser“ haben wir die optimalen Bedingungen ermittelt, bei denen der Lösungsprozess des PVAs möglichst schnell vonstattengeht, ohne das eigentliche Bauteil zu beschädigen. Diese Kenntnisse haben wir genutzt, um ein Gerät zu entwickeln, welches die optimalen Bedingungen schafft, um eine schnelle und effiziente Reinigung zu gewährleisten. Die Reinigung erfolgt auf, das Wasser ausgenommen, rein mechanische Weise und ist deshalb sehr gut umweltverträglich und es bedarf keiner speziellen Entsorgung.
Einsatzmöglichkeiten für dieses Gerät sehen wir vor allem in der industriellen Anwendung, um Prozesse zu beschleunigen und Kosten zu sparen, aber auch für Privatpersonen, um Bauteile schnell reinigen zu können.
Schraubensortiergerät
Sie kennen sicherlich das Problem, in ihrer Garage oder Keller stapeln sich hunderte Schrauben komplett verschiedener Sorten und Größen. Wie wäre es, wenn sie damit einfach zu dem Baumarkt ihres Vertrauens fahren könnten und mit akkurat sortierten Schrauben zurückkehren würden? Genau das ist nun möglich, mit unserer Schraubensortieanlage werden Schrauben automatisch bestimmt und geordnet. Dabei muss man sie nur in eine Zulaufschiene legen, daraufhin kommen sie auf ein Vermessungskreuz, wo mit Hilfe von Bildverarbeitung die Länge und Breite bestimmt wird. Während dessen wird der Drehteller schon in die richtige Position gefahren, damit die Schraube in die richtige Schachtel fällt. Aus diesen Schachteln kann man sich nun zum Schluss die fertig sortierten Schrauben holen.
Projekte 2017-2019
Chemical Scanner
Haben Sie mal wieder komplett die Übersicht über ihr Chemielabor und die einzelnen Chemikalien verloren? Damit ist ab sofort Schluss. Mithilfe des Chemicals Scanner, der in großen Laboren, aber auch in Schulen Anwendung findet, unterläuft Ihnen dieses Missgeschick nicht mehr. Hierbei werden die Chemikalien mittels ihrer manuell versehenen Barcodes in einer Datenbank, welche von überall zugreifbar ist, abgespeichert. Durch die Benutzung einer Waage ist auch immer der Füllstand bekannt. Mit Ihrem mobilen Endgerät rufen Sie nun die Website auf, die auf die Datenbank zugreift und Ihnen den aktuellen Füllstand ihres Chemielabors anzeigt.
DASY
D.A.SY., hinter der Abkürzung für Drilling Assistance System (zu dt. Bohrassistenzsystem) steckt ein technischer Alltagshelfer, welcher dem Heimwerker bis hinzu professionellen Anwendern, anfallende Bohrtätigkeiten erleichtern soll. Das Messen, Markieren und Durchführen von Bohrungen kann dabei in einem Schritt erfolgen. D.A.SY. lässt sich dazu an jeder handelsüblichen Bohrmaschine anbringen und nimmt mithilfe von Lasersensoren die Entfernung, welche per Display dem Benutzer angezeigt wird, zu umliegenden Wänden war. Durch automatische Justierung der Laser und der händischen Bewegung der Bohrmaschine an der Wand entlang, lassen sich die gewünschten Bohrpunkte durch Rückmeldung der Laser ausfindig machen und die Bohrungen können gesetzt werden. Durch das 3D-gedruckte Gehäuse ist D.A.SY. leicht und dennoch stabil genug, um den beim bohren freiwerdenden Kräften Stand zu halten.
Follower
Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Trainer einer Handballmannschaft und Ihre Mannschaft verliert jedes Wochenende ein Spiel gegen eine andere Mannschaft, aber Sie wissen nicht genau woran es liegt. Unsere Idee ist es eine Kamerakonstruktion zu bauen, die ein Handball Spiel filmt, um somit anhand von Videomaterial dann im Training besser analysieren zu können, was falsch gelaufen ist und was man besser machen kann. Das Problem dabei ist, dass ein Handballfeld sehr groß ist und eine Kamera dies nicht ganz erfassen kann. Darum überlegten wir die Kamera mittels einer Stativkonstruktion und 2 Gleichstrommotoren solange zu drehen, bis der Spieler sich mittig im Bildausschnitt befindet. Dies wird realisiert, indem die Motoren die Kamerakonstruktion in X- und Y-Richtung drehen. Geortet wird der Spieler aufgrund des fehlendem GPS Signal in einer Turnhalle mittels Bildverarbeitung. Mithilfe jener soll die Kamera ein farblich hervorgehoben Spieler erfassen und diesen mittig im Bildausschnitt halten.
Smart Helmet
Stellen Sie sich ein brennendes Gebäude vor. Die Feuerwehr kommt, die Einsatzkräfte steigen aus dem Fahrzeug, rüsten sich aus und begeben sich zur Menschenrettung in das Gebäude. Nun ist in diesem Gebäude, bedingt durch das Feuer, jede Menge Rauch. So haben die Einsatzkräfte Probleme mit der Sicht. Die Erkennung und Einschätzung der Distanz von jeglichen Objekten ist daher sehr schwer. Diese Problemstellung wollen wir mit Hilfe eines speziellen Feuerwehrhelmes lösen. Dieser wird ausgestattet mit einem Ultraschallsensor, einer Wärmebildkamera, einem Display und einem LED-Band. Der Ultraschallsensor sendet kurze akustische Signale und misst die Dauer zwischen Reflektion und Aussendung. Die empfangenen Daten werden dann von einem Programm verarbeitet, welches sich auf einem Microcontroller befindet. Die Distanz wird über ein LED-Band ausgegeben. Zudem befindet sich eine Wärmebildkamera auf dem Helm, die auf einem Display die umliegenden Objekte auf einem Bildschirm visualisiert.
Projekte 2016-2018
Müslimaker
Viele Leute kennen das Problem, morgens nicht aus dem Bett zu kommen. Aber wenn das fertige Müsli schon in der Küche steht, fällt das Aufstehen gleich etwas leichter.
Mit dem Müslimaker wird der morgendliche Alltag bequemer und effektiver. Bequem über eine Homepage ist dieser von unterwegs oder vom Bett aus steuerbar. Man kann so sein Müsli aus bis zu sechs verschiedenen Zutaten selbst zusammenmischen, ohne einen großen Aufwand zu betreiben. Zudem kann man sich seine Lieblingsmischungen speichern und so verschiedene Favoriten-Müslis anlegen.
Während es bereits ähnliche Geräte für Flüssigkeiten gibt (z.B. „Cocktailmixer“), steht man bei der Ausgabe von „festen“ Lebensmitteln vor ganz neuen Problemen. Neben einem hygienischen Transport muss auch beachtet werden, dass Müsli sehr fragil sein kann – so ist eine schonende Ausgabe erforderlich.
Ein Mikrocontroller steuert die Förderschnecken der einzelnen Aufbewahrungsbehälter. Die Menge wird hierbei über die Dauer der Ausgabe bestimmt.
Die Einsatzgebiete des Müslimakers sind:
- Hotel und Gastronomiebereich
- Privathaushalte
- (in abgewandelter Form) die Öffentlichkeit wie Schulen oder Unternehmen
Gedankengesteuertes Schach
Schach, das ist ein sehr altes, und auf der ganzen Welt verbreitetes Spiel. Für viele Menschen ist Schach ein toller Zeitvertreib, da das Spiel auch den Geist und das Denkvermögen fordert. Aber was machen Leute, die eine Nerven- oder Muskelerkrankung wie zum Beispiel ALS haben? Für sie ist es nicht möglich Schach zu spielen. Und mit der Lösung dieses Problems befasst sich unser Projekt.
Mit unserem Projekt, dem gedankengesteuerten Schach, soll es vor allem körperlich eingeschränkten Personen möglich machen, eigenständig Schach zu Spielen. Hierbei wird es möglich gemacht, ganz ohne Hände, also nur mit den Gedanken Schach zu Spielen.
Mit Hilfe eines EEG -Gerätes kann der Spieler durch zwei Befehle Schach spielen. Er kann so ganz einfach zuerst die Figur wählen und anschließend x- und y-Koordinate des Zieles bestimmen. Ein Elektromagnet unter dem Schachfeld, bewegt dann die Figur an das ausgewählte Ziel. Dieser wird durch zwei Schrittmotoren in beide Richtungen bewegt. Die Software greift aber nicht weiter als so in das Spiel ein. Die Schachregeln sollten selber beherrscht werden, sodass der Spieler noch das Gefühl hat, dass er selbst das Geschehen lenkt.
NoLux - Automatische Sonnenblende
Viele Autounfälle passieren heutzutage aufgrund von mangelnder Aufmerksamkeit im Straßenverkehr. So wurde 2016 insgesamt 2 585 327 Unfalle von der Polizei aufgenommen. Nicht nur das Telefonieren und laut Radio hören, sondern auch das alltägliche Sonnenlicht, sorgt für Ablenkungen im Straßenverkehr. Schon ein kurzer Augenblick, in dem man geblendet wird, reicht schon aus, um einen Unfall zu verursachen.
Hier kommt die automatische Sonnenblende ins Spiel. Autonom passt diese sich optimal jedem Sonnenstand an und sorgt für den Schutz, vor der Sonneneinstrahlung. Bequem kann sich der Fahrer nun frei vom Sonnenlicht, im Verkehr bewegen. Während es bereits ähnliche Geräte für den Lichtschutz gibt z.B. das Intelligente Glas-Kontrolle, dass die Windschutzscheibe abdunkelt, steht man hier vor einem ganz neuen Problem. Windschutzscheiben dürfen in Deutschland nicht verdunkelt werden. Die Lösung stellt die automatische Sonnenblende, für den deutscher Automobilmarkt, dar.
Fast 'n cool
Unser Projekt Fast ˋn cool ist dafür da, jedes Getränk auf eine angenehme Trinktemperatur runterzukühlen. Zuerst wird eine Flasche mit Hilfe von Walzen um die eigene Achse gedreht. Über die Flasche fließt kaltes Wasser, welches mittels Peltier-Elementen auf eine sehr niedrige Temperatur heruntergekühlt wird. Diese Methode soll später in Supermärkten eingeführt werden, um jedes Getränk welches der Kunde wählt zu kühlen und das in einer kurzen Zeit.
Projekte 2015-2017
Echo (Electronic-Cardio-Heart-Observer)
Millionen Menschen in Deutschland leiden laut etlichen Studien und Experten an Vorhofflimmern. Es handelt sich dabei um eine Herzkrankheit, bei der das Herz durch falsche elektronische Signale einen unregelmäßigen Herzschlag erzeugt. Daraus können Herzinsuffizienz, Leistungsknick, Müdigkeit, Herzstolpern oder Schlafstörungen folgen. Am Gravierendsten ist ein deutlich erhöhtes Risiko auf einen Schlaganfall durch die Bildung von Blutgerinnseln. Doch nur jeder zweite spürt die Krankheit und kann sie somit von einem Kardiologen diagnostizieren lassen und sich schnellst möglich behandeln lassen. Bisher stehen zur Ermittlung von Vorhofflimmern nur ein Implantat, welches jedoch ca. 2000 Euro kostet, und ein Langzeit-EKG, mit verringertem Tragekomfort zur Verfügung. Unser Armband welches mit Pulsoxymetrie (Pulsermittlung durch Lichtreflektion) arbeitet, soll nun Tragekomfort mit Kostengünstigkeit verbinden, sodass jeder die Möglichkeit hat sich selbst bequem präventiv auf Vorhofflimmern zu testen.
KURUBA - geben Sie Ihrem Toast ein Gesicht!
Ein gutes Frühstück ist ausschlaggebend für den Verlauf des Tages. Wie wäre es, wenn Ihr Partner Ihnen auf Ihrem Frühstückstoast eine Liebesnachricht hinterlassen würde oder Sie sofort über das heutige Wetter informiert werden würden? Um dies zu ermöglichen, haben wir einen Toaster entwickelt und konstruiert, der mithilfe eines Lasers nach dem Toastvorgang auf den Toast ein vorab frei gewähltes Bild brennt. Dieser Vorgang erfolgt vollautomatisch, der Nutzer muss lediglich das Bild oder den Text auswählen und per Computer, bzw. per Tablet einspielen.
Vertrauen Sie auf KURUBA und geben Sie Ihrem Toast ein Gesicht!
Function Viewer
Seit dem Schuljahr 2016/2017 ist der grafische Taschenrechner (GTR) im Abitur an den beruflichen Gymnasien vom Kultusministerium abgeschafft worden und soll in Zukunft auch an allen allgemeinbildenden Gymnasien abgesetzt werden. Viele Schüler haben im Mathematikunterricht Schwierigkeiten, sich Schaubilder von Funktion (z.B. Parabel- oder Sinusfunktionen) vorzustellen. Deswegen haben wir uns gedacht, die Graphen mithilfe eines Lasers an eine Wand zu projizieren, um somit abstrakte mathematische Inhalte zu visualisieren.
Intelligenter Einkaufswagen
Durch den automatisierten Hebelift, der je nach Füllstand den Boden hoch- oder runterfährt, fällt das mitunter schmerzhafte Be- und Entladen des Einkaufswagens weg.
Magneto
Unser Projekt ist ein autonomes System, welches mithilfe eines Elektromagneten einen metallischen Gegenstand in der Schwebe hält.
Durch Lichtschranken wird über eine elektrische Schaltung der Abstand, vom Magneten zum Gegenstand, bestimmt. Mithilfe einer Veränderung eines PWM Signals, welche abhängig von der ermittelten Entfernung ist, regelt ein Microcontroller die magnetische Anziehungskraft. Um unseren spezifischen Anforderungen zu erfüllen, konstruierten wir einen Elektromagnet, welcher ein konzentriertes und schwächer abfallendes Magnetfeld besitzt.
Unser Projekt findet in erster Linie Anwendung als Anschauungsobjekt im Physikunterricht zum Thema Magnetismus.
Projekte 2014-2016
Brollybackpack
Jeder möchte trocken durch den Regen kommen, doch manchmal hat man nicht die Möglichkeit, dies zu tun. Zum Beispiel Menschen, die Gehhilfen benötigen, haben keine Hand zum Halten eines Regenschirms frei. Auch allen anderen Menschen kann es passieren, dass sie im Regen keine Hand frei haben. Trotzdem möchten alle diese Menschen geschützt sein.
Unser Projekt soll dies ermöglichen. Der Brollybackpack ist ein Rucksack, der auf Knopfdruck einen Regenschirm ausfahren und bei Nichtgebrauch auf dieselbe Weise wieder einfahren kann. Nach dem Ausfahren öffnet er sich automatisch.
Der Vorgang kann sowohl über das Handy, als auch per Knopfdruck gestartet werden. Dies ist praktisch, da der Regenschirm somit nicht die ganze Zeit in der Hand getragen werden muss. Im Sommer kann der Brollybackpack auch zum Schutz vor der Sonne z.B. beim Wandern genutzt werden.
Projektvideo
SACS Schüleranwesenheitskontrollsystem
Ein bekanntes Problem an Schulen ist die zeitaufwendige Anwesenheitskontrolle der Schüler. Beispielhaft kostet eine solche Kontrolle fünf Minuten pro Doppelstunde. Bei vier Doppelblöcken pro Tag sind das 80 Minuten pro Woche und 50 Stunden pro Jahr. Bei einer Lehrerbesoldung von 43€/h1, betragen die Kosten in einem Jahr immerhin 2200€ pro Lehrkraft.
Deshalb haben wir eine automatische Lösung in Form unseres SACS entwickelt. Das System identifiziert die Schüler mittels ihres Fingerabdrucks. Die Fehlzeiten der Schüler werden mittels einer Datenbank auf einer passwortgeschützten Website, die auf einem Raspberry Pi2 gehostet wird, vermerkt. Auf dieser kann ein Schüler vom Lehrer als entschuldigt oder unentschuldigt eingetragen werden. Die Fehlzeiten werden automatisch statistisch verrechnet. Eine mögliche Erweiterung wäre eine Fehlzeitenwarnung für betreffende Schüler, die per E-Mail an Lehrer und Schüler verschickt werden. Um von einer externen Stromquelle und Netzwerkanbindungen unabhängig zu werden, besteht eine Zweite Version des Gerätes, welches den Raspberry Pi durch ein Bluetooth Modul ersetzt. Die Aufgaben des Raspberry Pi‘s, werden hierbei von einer App übernommen. Dadurch kann auf Akkumulatoren zurückgegriffen und auf aufwendige Verdrahtung verzichtet werden. Um dies zu bewerkstelligen, ist das Board mit einer internen RTC3 ausgestattet und kann somit auch ohne einen Raspberry Pi verwendet werden.
Aqua Window Cleaner
Jeder der ein Aquarium besitzt, kennt das Problem von stark mit Algen bedeckten Scheiben, die mit einem herkömmlichen Magnetscheibenreiniger nicht mehr sauber zu bekommen sind. Dies kann bis zur Aufgabe des Aquariums führen. Deshalb haben wir einen semi-automatischen Scheibenreiniger für Aquarien entwickelt. Durch einen Elektromotor wird eine Reinigungsfläche mittels Magnetfelder in Rotation versetzt. Durch diese Technik soll das Reinigen der Scheiben vereinfacht, verbessert und beschleunigt werden.
Projektvideo
Sprachgesteuertes Schach
Bestimmte Menschen sind aufgrund von körperlichen Einschränkungen nicht mehr in der Lage manche Dinge zu tun. Aus diesem Grund haben wir das sprachgesteuerte Schach entwickelt, um diesen Personen durch ein gesellschaftliches Spiel die Möglichkeit zu geben, wieder mehr am gesellschaftlichen Leben teilnehmen zu können. Gleichzeitig regt das Gerät die Benutzer zu komplexen Gedankengängen an und hält die mentalen Fähigkeiten auf trapp.
Das GGS ist hauptsächlich für Personen mit stark eingeschränkter Bewegungsfähigkeit gedacht aber es hat auch das Ziel junge Leute dazu zu motivieren sich mit dem Schachspiel auseinander zu setzen. Nach der sprachlichen Zugeingabe werden die Figuren mit Hilfe eines Elektromagneten bewegt. Dazu wurde in den Figuren ein kleiner Magnet eingebaut. Der Elektromagnet wird mit Hilfe zweier Schrittmotoren und entsprechender Mechanik in die entsprechende Position gefahren.
Projektvideo
Projekte 2013-2015
Morsehilfsgerät
"Das Morsehilfsgerät will ich haben, wann könnt ihr mir es liefern?!" Die Gruppe Morsehilfsgerät erreichte nicht nur den 2. Platz beim Jugend forscht Wettbewerb Bereich Technik, sondern erhielt schon Kaufangebote für ihr Gerät. Mit Hilfe des Morsehilfsgerätes kann das Morsen autark erlernt werden. Es unterstützt den Lernprozess durch audiovisuelle Maßnahmen (Töne und LEDs) und unterschiedliche Lernprogramme. Für eine bessere Darstellung wurde das Mikrocontrollersystem an einem Raspberry angeschlossen. Dass das Gerät auch seine Funktion als Morselerngerät vollends erfüllt, können die Entwickler Jan Richter und Felix Mayer (Profil TG Mechatronik) anhand ihres Selbstversuchs nur bestätigen. Während der Entwicklung und besonders während der Testphase erlernten sie so nebenbei das Morsen.
Fahrradschleuse
Regionalsieger im Bereich Technik wurden die Schüler Robin Grob, Jan Kaupe und Tobias Mahler (Profil TG Mechatronik). Damit nehmen sie am Landeswettbewerb von Jugend forscht teil. Sie entwickelten eine Fahrradschleuse, die den Zugang zu einem sicheren Fahrradabstellraum steuert und kontrolliert. Alle Fahrräder erhalten einen RFID-Tag (den man vielleicht vom Diebstahlschutz in Einkaufsläden kennt), der zusammen mit dem Fingerabdruck des Fahrers abgespeichert wird. So kann nur der Fahrer mit seinem eigenen Fahrrad die Fahrradschlause passieren. Zur Administration entwickelte die Gruppe zudem eine App, um somit das Gerät auch von einem Tablet oder Smartphone aus bedienen zu können.
Projekte 2012-2014
MiniJobber
Hunderte Male die gleichen Arbeitsschritte ausführen zu müssen, wieder und wieder – das bereitet wohl niemandem Freude. Noch schlimmer ist es, wenn weit überqualifiziertes Fachpersonal für viel Geld abgestellt werden muss, nur um eine einfache, aber dennoch wichtige „Sisyphos-Arbeit“ durchzuführen. All diese Punkte treffen auf die simple Bedienung einer Gewindeschneidemaschine zu, mit der auf kleine Stangen verschiedener Länge Gewinde zur Produktion von Zündelektronen geschnitten werden müssen. Die Bedienung der Maschine ist einfach und langweilig – und dennoch unabdinglich. Aber nicht unersetzbar.
Unsere Aufgabe war es, die automatisierte Bestückung der Gewindeschneidemaschine der Firma Hegwein[1] zu planen, zu entwickeln und zu realisieren. Als erstes mussten wir die Vor- und Nachteile verschiedener Realisierungsmöglichkeiten, z.B. Umsetzungen mit einem Roboterarm, einer Werkstraße mit Pneumatik oder Elektroantrieb gegenüberstellen und uns dann für eine Möglichkeit entscheiden. Dabei mussten wir natürlich auch auf die Gegebenheiten der Firma vor Ort achten. Die pneumatisch betriebene Werkstraße zeigte nach dem Einholen verschiedener Informationsgrundlagen den besten Kosten-Nutzen-Faktor, weshalb wir uns auch für diese entschieden haben. Nun mussten wir "nur noch" die Werkstraße planen, von dem Lager mit Rohlingsvereinzelner bis hin zu verschiedenen Greifern. Ein Gestell musste konstruiert, die elektropneumatischen Schaltungen und auch die elektrische Schaltungen für die HMI-Schnittstelle entwickelt werden. Ferner musste natürlich auch noch jede Menge Software für das Mikrocontrollerboard (HMI[2]) und die SPS[3] entwickelt werden. In der Testphase, mit einer augenscheinlich nicht enden wollenden Fehlersuche, gab es den letzten Feinschliff. Nun, nicht ohne Stolz präsentieren wir ein zuverlässiges, komplett funktionierendes, automatisiertes Bestückungssystem, welches komplett von uns entwickelt und konstruiert wurde: den Minijobber!
[1] Die Firma Hegwein in Stuttgart-Feuerbach produziert Zündbrenner und verschiedene Ventilsysteme.
[2] Human-Machine-Interface
[3] Speicherprogrammierbare Steuerung
Projekte 2011–2013
Solar-Hybrid
Der Solar-Hybrid ist ein System zur effektiveren Nutzung der Solarenergie, die in Massen vorhanden ist. Es soll mit Hilfe eines Stirling-Motors und Solarzellen die kurz- und langwellige Strahlung der Sonne besser genutzt werden. Wobei mittels dem Stirling-Motor die langwellige Strahlungsenergie und durch Solarzellen die kurzwellige Strahlungsenergie in Strom gewandelt wird. Dieses System kann als Teil einer dezentralen Energiequelle in abgelegenen Gebieten oder zur Einspeisung in ein vorhandenes Stromnetz benutzt werden.
Smart Medi-Box
…ein intelligentes Medikamentenausgabesystem – erleichtert den Alltag für Pflegepersonal und Patienten. Die Smart Medi-Box gibt die Medikamente zeitgesteuert aus und informiert den/die Pfleger/in bei Nichtentnahme. Durch ihre kompakte Form und die leichte Entnahme, qualifiziert sie sich sowohl für die häusliche Pflege, als auch die stationäre Pflege.
SmartKeyCase
Der SmartKeyCase ist ein Schlüsselkasten, der Schlüssel nur an berechtigte Personen ausgibt. Mit einem Fingerscanner wird die Zugriffsberechtigung abgefragt. Falls die Person berechtigt ist, kann der/diejenige den Schlüssel aus dem Schlüsselschrank entnehmen. In einem Protokoll wird gleichzeitig gespeichert, wer den Schlüssel zuletzt entnommen hat. Der Schlüsselkasten soll überall einsetzbar sein und funktioniert deswegen mit Batterien.
Widerstand-Sortier-Gerät
Eine Maschine, die Widerstände nach einem eingegebenen Wert und eingegebener Toleranz in ein abgesondertes Fach sortiert. Zuerst werden die Widerstände über eine Rutsche so ausgerichtet, dass sie dann richtig herum auf ein Förderband fallen. Das Förderband transportiert die widerstände zu einem Umsetzrad. Dort werden die Widerstände gemessen und dann auf das zweite in der Mitte hohle Förderband gesetzt. Hier werden die Widerstände mit einem hochfahrenden Stab je nach Wert vom Band gestoßen. Der Rest landet in einem Extra-Behälter und kann der Maschine im nächsten Durchgang erneut zugeführt werden.
Auto-Tür-Öffnungssystem
Wir wollen eine Autotür mit Ultraschallsensoren ausstatten, sodass beim Öffnen Hindernisse, wie Fahrzeuge, Steine, Laternen und weitere Gegenstände erkannt werden. Dazu wird eine Mechanik an der Türe angebracht, welche die Türe stoppt, bevor sie auf so ein Hindernis stoßen kann. Damit wollen wir den Personen, die Angst beim Aussteigen nehmen und unnötige Macken oder andere Beschädigungen an der Türe vermeiden.
Projekte 2010–2012
Automatisches Elektronisches Gitarrenstimmgerät
(= Jugend forscht 2012 Mittlerer Neckar 2. Platz)
Das automatische elektronische Gitarrenstimmgerät stimmt jede Gitarrensaite nach manuellem Anschlagen vollautomatisch durch Motoren, die an den Blattschrauben des Gitarrenkopfes befestigt sind. Die Frequenz der angeschlagenen Saite wird gemessen und mit einer im Speicher abgelegten Frequenz verglichen. Die Motoren stimmen die Saite, bis die Frequenzen übereinstimmen.
V-TAIT Vollautomatischer Toaster für Automatisches und Individuelles Toasten
(= Jugend forscht Regionalsieger 2012 Mittlerer Neckar)
Wer kennt das nicht? Frühs aufstehen, dann einen Kaffee und ein Toast mit Marmelade drauf. So kann der Tag beginnen. Und nun Das! Das Toastbrot so schwarz wie der Kaffee. Na super, so fängt der Tag ja gut an! Und alles nur weil jemand am Regler rumgespielt hat. Wir haben die Aufgabe übernommen, die frühmorgentlichen langen Gesichter kurz zu halten. Dem "Zu Hell – Zu Dunkel" Problem begegnen wir, indem wir den Toastvorgang nicht herkömmlich über die Zeit, sondern über den Bräunungsgrad des Toastes bestimmen, was wir mit einem RGB-Sensor verwirklicht haben. Der Benutzer speichert einmal seine persönlichen Vorlieben ab, danach muss er nur seinen Finger über den Fingerprintsensor ziehen und sein Toast wird ihm nach seinem Geschmack individuell zubereitet.
