Jugend Forscht 2019Leon Schnieber, der im Sommer 2019 am Salvatorkolleg sein Abitur ablegen wird, hat beim diesjährigen Regionalwettbewerb von „Jugend forscht“ einen ersten Preis gewonnen und kann jetzt am Landeswettbewerb teilnehmen.
Wir haben Leon darum gebeten, seine Erfahrungen und Erlebnisse zu beschreiben. Hier ist sein Bericht.
Schon immer interessierte ich mich für technische Dinge. In der dritten Klasse bekam ich deshalb von meinen Eltern einen alten fischertechnik-Konstruktionsbaukasten geschenkt – damit hatte mein Vater schon gespielt. Mit der Zeit entwickelte sich daraus ein Hobby, Jahr für Jahr kamen immer mehr Teile und Baukästen dazu. In der vierten Klasse durfte ich dann mit meinen Klassenkameraden zusammen die Luft am Gymnasium schnuppern. Sechs Wochen lang besuchten wir begeistert die Robotics-AG. Bis heute hat sich dieses Interesse in der Robotik weiterentwickelt.
Vor einigen Jahren stieß ich im Internet auf ein Forum, in dem sich viele weitere Fischertechnik-Fans über ihre Ideen austauschen. Einmal im Jahr findet außerdem eine sogenannte „Convention“ statt, jeder Aussteller präsentiert dort seine Bauwerke des letzten Jahres. Über die Jahre lernte ich Max-Leo kennen und der Kontakt entwickelte sich zu einer Freundschaft. Bei einer dieser Ausstellungen organisierten wir ein Gemeinschaftsmodell, einen Nachbau der Wuppertaler Schwebebahn. Nach dieser Ausstellung im September 2017 mussten allerdings tausende verbaute Einzelteile wieder zerlegt und in ihre Lagerkästen sortiert werden.
So entstand die Idee, zusammen eine Anlage zu bauen, die das aufwändige Sortieren automatisiert und einen Teil der Arbeit abnimmt. Sie sollte modular und flexibel konstruiert sein, sodass sie beliebige und wechselnde Teile sortieren kann. Nach einigen ersten Versuchen stellte sich heraus, dass eine Gliederung des Modells in die Abschnitte Vereinzelung, Erkennung und Lagerung sinnvoll ist. Der Vereinzeler ermöglicht es, Teile einfach in die Maschine zu kippen, statt nacheinander aufzureihen. Zur Erkennung dienen zwei Webcams, die über einen Dreharm gesteuert die Teile von allen Seiten fotografieren. An dieses Modul angeschlossen ist ein automatischer Aufzug, der die Teile in das richtige Fach eines Hochregallagers befördert.
Der Erkennungsalgorithmus der Anlage basiert auf einem sogenannten „neuronalen Netzwerk“. Dieses bildet grob die Strukturen von zigtausend Neuronen in einem Gehirn nach. Anhand von sogenannten Trainingsdaten – einfachen Fotos der Bauteile die wir sortieren wollen - lernt der Algorithmus hinzu. Da mit jedem Teil, das die Anlage durchläuft auch immer mehr Fotos angefertigt werden verbessert sich der Algorithmus kontinuierlich, die Fehlerquote sinkt.
Die Modularität hatte in unserem Fall auch einen weiteren Vorteil: Jeder von uns konnte ein Modul unabhängig vom anderen konstruieren und austesten. Denn nur in den Überschneidungen der Schulferien in Hessen beziehungsweise Baden Württemberg konnten wir uns treffen und die Anlagenteile zusammensetzen und testen. Weil wir beide jeweils unseren Fokus auf andere Anlagenteile gelegt hatten, konnten wir uns jeweils gegenseitig motivieren, zum beispiel unliebsame Änderungen umzusetzen. In den letzten Monaten konnten wir so die Geschwindigkeit der Anlage fast verdoppeln.
Anfang 2018 meldeten wir unser Projekt dann – vor allem aus Neugier – für den Jugend Forscht Wettbewerb an. Im Februar 2019, nach knapp eineinhalb Jahren Entwicklungszeit, konnten Max-Leo und ich dann die Anlage beim ersten Regionalwettbewerbs in Ulm präsentieren. Nach dem Aufbau und der Begrüßung am ersten Tag kamen zwei Jury-Teams zu unserem Stand. Den Juroren präsentierten wir unsere Ergebnisse und stellten uns ihren Fragen. Besonders beeindruckend fand ich die Tiefe, mit der sich die Juroren mit unserem Projekt auseinandergesetzt hatten. Am Nachmittag bekamen wir eine Unternehmensführung bei „Hensoldt“, einem Hersteller für Sensoren in der Luft- und Raumfahrt. Schon beim Abendessen wurden dann die Sieger verkündet – wir waren mit dabei!
Am zweiten und letzten Wettbewerbstag war eine Ausstellung für die Öffentlichkeit vorgesehen. Schnell war die Halle gefüllt und wir hatten alle Hände voll zu tun, Besuchern die funktionsweise unserer Maschine so verständlich wie möglich zu erklären. Am Nachmittag fand dann die eigentliche Preisverleihung statt. Neben dem ersten Preis in unserer Fach-Kategorie „Technik“ gewannen wir zusätzlich zwei Sonderpreise. Außerdem qualifizierten wir uns durch den Sieg für den Landeswettbewerb in Fellbach Ende März 2019, bei dem erneut eine Jury unsere Forschungsarbeit bewerten wird.