Erlanger SchülerForschungsZentrum
für Bayern (ESFZ)

Projekte des Forschungscamps in den Osterferien vom 10. - 14. April 2012

Hier finden Sie eine Übersicht über die Projekte, mit welchen sich die Schüler beim 14. Forschungscamp beschäftigt haben. Die Projektbeschreibungen wurden von den Schülern selbst angefertigt!

Hinweis: Diese Seite befindet sich im Aufbau und wird in Zukunft ergänzt.

selbständige Orientierung eines Roboters in einem Tunnel
	Lukas Kamm Werner-von-Siemens-Gymnasium Weißenburg In dieser Woche des ESFZ habe ich an meinem umgerüsteten Modellauto weitergebaut, das ich bereits im Februar 2012 begonnen hatte. Damals wollte ich die Lenkung mit einem Schrittmotor realisieren, nach mehreren Experimenten stellte sich jedoch heraus, dass die Welle im Motor allgemein zu schwach ist. Deshalb habe ich einen Servomotor befestigt, der nun die Lenkstange bewegt. Anschließend musste ich den Ultraschallabstandssensor an der Motorhaube bzw. der Stoßstange und eine Ansteuerungsplatine für den Abtriebsmotor anbringen. Mitte der Woche, als die Mechanik fertig war, habe ich Akkus angeschlossen, damit das Modell ohne Kabel vom Netzteil fahren kann. Um das Programm komplett fertig zu schreiben und zu testen, hat die Zeit leider nicht mehr gereicht. Das Auto konnte sich zu jenem Zeitpunkt an einer Wand orientieren.
Bau eines Laserdistrometers
	René Zahn Joseph-von-Fraunhofer-Gymnasium Cham Im Rahmen des ESFZ habe ich den optischen und analogelektronischen Aufbau für das Laserdistrometer aufgebaut und getestet. Dieses Distrometer qualifiziert Hydrometeore (Regen, Schnee, Hagel,...) quantitativ (Menge) und qualitativ (Durchmesser und Geschwindigkeit). Der Softwarealgorythmus auf dem DSP (Digitaler Signalprozessor) misst die Grösse und Durchfallzeit (anhand dieser wird Geschwindigkeit bestimmt) anhand der beiden Hoch- und des Tiefpunktes des mit der Analogschaltung eingelesen Fotostroms den die Fotodiode liefert, die mit einem Laserband, das mithilfe einer Zylinder- und einer Sammellinse erzeugt wird, bestrahlt wird und durch den die Hydrometeore fallen. Desweiteren eliminiert der DSP das Rauschen auf dem Signal mithilfe der quadratischen Abweichung. Auch längerfristige Schwankungen im Bereich von Sekunden werden durch Anpassung der Verstärkung in der letzten Verstärkerstufe ausgeglichen. Auch durch einen Hochpass mit einer Grenzfrequenz knapp über der maximal möglichen bei Niederschlag werden Störungen eliminiert.
Kreiselbahnen in verschieden geformten Objekten
	Stella Brytanchuk Willstätter-Gymnasium Nürnberg Vincent Gewiese Gymnasium Neuenbürg In unserem Projekt haben wir Bahnen von Kreiseln in komplexen und regelmäßigen Systemen untersucht und verglichen. Dadurch wollten wir unter anderem bestimmen, unter welchen Umständen sich die Kreisel länger drehen bzw. was in Systemen mit zwei Kreiseln (wie etwa in einem Kreisel-Battle-Spiel) geschieht. Dazu verwendeten wir Spielkreisel, die mit einer Kreisfeder angezogen werden, verschiedene Tabletts und Teller sowie anschließend ein selbstgebautes, relativ unregelmäßiges ,,Spielfeld" (sieh Bild) als Unterlagen, eine Stoppuhr, einen Drehzahlmesser, eine Kamera und eine Software zum Auswerten der Videos. Die Kreisel wurden annähernd waagrecht und mit möglichst gleicher Anfangswinkelgeschwindigkeit per Knopfdruck auf die Unterlage herabgelassen, gegebenenfalls ermittelten wir die Winkelgeschwindigkeit mit dem Drehzahlmesser. Hauptsächlich haben wir aber die Zeit, die der Kreisel bis zum Stillstand benötigte, gemessen und die Bewegungsbahn mit der Kamera aufgenommen. Zuerst verglichen wir die Änderung der Winkelgeschwindigkeit und die Zeit bis zum Stillstand bei verschiedenen Oberflächen, nämlich Holz und Glas. Wie wir erwartet hatten, drehte sich ein Kreisel auf einer gläsernen ebenen Unterlage schneller und länger als auf einer hölzernen, da der Reibungskoeffizient von Holz höher ist und der Kreisel dadurch stärker gebremst wird. Mit unserem Spielfeld machten wir mehrere Messreihen an acht verschiedenen Startpositionen. Man konnte bereits bei 4-5 Versuchen pro Reihe erkennen, dass die Bahnen voneinander stark abwichen und das Verhalten der Kreisel damit chaotisch war. Man konnte aber bestimmte Muster erkennen, wie z. B. dass Stellen in der Mitte des Feldes, an denen die Oberfläche tiefere Dellen hatte, häufiger zum Zielort der Kreisel wurden. Mit einer Software konnte man die Spur der Kreisel innerhalb der Videos verfolgen sowie einen Graphen und eine Tabelle mit den Spurdaten ausgeben lassen. Da die Zeit auf dem Camp zum Auswerten nicht ganz gereicht hat, werden wir die Graphen erst zu Hause vergleichen.
Photochrome Lidschatten
	Elisabeth Steiner Maria-Ward-Gymnasium Altötting Eva Trager Maria-Ward-Gymnasium Altötting Wir möchten photochromen Lidschatten herstellen, d.h. der Lidschatten soll bei Sonneneinstrahlung die Farbe wechseln. Bei der Literaturrecherche ergab sich, dass viele chemisch hergestellte Stoffe toxisch sind, sie sind also für ein Produkt auf der Haut ungeeignet, da sie z.B. Hautreizungen hervorrufen können. In weiterer Recherche erhielten wir den Namen eines Bakteriums, das ein Protein enthält, das bei chemischer Veränderung die Farbe verändert. Wir möchten diese Bakterien züchten/finden, das Protein isolieren und so unseren Lidschatten herstellen. Unser erster Schritt war die Herstellung von extra angepassten Nährmedien, die wenn möglich alle anderen Bakterien abtöten, so dass "unser" Bakterium übrigbleibt. Das Protein, das wir aus dem Bakterium extrahieren können ist nicht toxisch und kann biologisch abgebaut werden.
Herstellung von Lippenstift mit pfanzlichen und natürlichen Inhaltsstoffen
	Alexandra Jehle Maria-Ward-Gymnasium Altötting Karolina Hein Maria-Ward-Gymnasium Altötting In herkömmlichen Lippenstiften wird sehr viel Chemie verwendet, deshalb wollten wir Lippenstifte nur aus pflanzlichen Inhaltsstoffen herstellen. Wir verwendeten verschiedene Wachse und Öle, welche die Grundmischung bildeten. Danach vermischten wir diese mit verschieden farbenen Lebensmittelfarben und füllten diese in unsere selbstgemachten Giesformen. Nach dem Erhärten erhielten wir unsere Lippenstifte in bunten Farben.
Der intelligente Pulswecker
	Simon Ruhland Ludwig-Thoma-Gymnasium Prien am Chiemsee Markus Reinert Rupprecht-Gymnasium München Das Ziel unseres Projektes ist es, einen Wecker zu bauen, der sich nicht einfach ausschalten lässt. Dieser sollte dafür sorgen, dass man wirklich wach ist und nicht mehr einschläft. Der Wecker sollte aus folgenden Teilen bestehen: einem modifizierten Wecker einem Mikrocontroller, um die Abläufe zu steuern einem Pulsmesser, der erkennt, dass man wach ist. Wir bauten den Pulsmesser aus einer IR-LED, die den Finger durchleuchtet und einem IR-Phototransistor, der erkennt, wie viel Licht durch den Finger kommt. Die Spannung am Transistor verändert sich mit der Pulsfrequenz und dem Blutfluss. Der Mikrocontroller misst den Puls und sobald ein Anstieg deutlich erkennbar ist, wird der Weckeralarm ausgestellt.
Die Tischtenniszählung in Profi Lab
	Jonas Schober Adam-Kraft-Gymnasium Schwabach In dem Projekt ging es darum, das Zählsystem für Tischtennis möglichst weit zu automatisieren. Dies bedeutet, es musste ein Programm geschrieben werden, dass nachdem der Schiedsrichter entschieden hat, wem der Punkt gehört, die komplette Auswertung macht, wie z.B. wer Aufschlag hat. Nachdem dies bereits zum Regionalwettbewerb in Erlangen gelungen war, ging es nun am ESFZ darum, die bis dahin nur virtuell vorhandene Schaltung tatsächlich aufzubauen. Da zum kompletten Aufbau zu viele Bauteile und Lötstellen benötigt würden, wurden nur die Anzeigen und Taster tatsächlich auf eine Platine gebracht und entsprechend mit dem PC mit der internen Schaltung und damit mit dem Programm verbunden.
Bau einer CNC-Fräse
	Thomas Maier Werner-von-Siemens-Gymnasium Weißenburg Stefan Berger Werner-von-Siemens-Gymnasium Weißenburg Fortsetzung des Projektes, an welchem bereits in den Forschungscamps vom September und November 2011, Februar 2012 sowie einem Forschungswochenende im Rahmen des ESFZ gearbeitet wurde. Weiterbau an der Fräse Schrittmotorsteuerung und Stromversorgung 2. und 3. Achse
Programmierung eines Kernels
	Simon Michalke Descartes Gymnasium Neuburg an der Donau Lukas Stockner Maria-Ward-Gymnasium Altötting Fortsetzung des Projektes, welches bereits an früheren Forschungscamps bearbeitet wurde. In diesem Forschercamp haben wir uns intensiv mit dem Protected Mode, d.h. 32bit-Modus, beschäftigt. Verschiedene Probleme, wie z.B. die IDT und GDT wurden untersucht.
Einfache Alarmanlage
	Benedikt Köberlein Simon-Marius-Gymnasium Gunzenhausen Mithilfe des Mikrocontroller "Arduino" habe ich ein System gebaut, das einen Alarmton von sich gibt, wenn man sich in einen bestimmten Bereich begibt. Ein Ultraschallsensor bemerkt, wenn sich eine Person in dem festgelegten Bereich befindet und sendes ein Signal zum Mikrocontroller, welcher den Lautsprecher ansteuert, den festgelegten Alarmton abzuspielen.
Bau und Vermessung einer supraleitenden Magnetschwebebahn
	Paul Fadler Ehrenbürg-Gymnasium Forchheim In meinem Projekt geht es darum, eines der faszinierendsten Phänomene der modernen Physik nutzbar zu machen: die Supraleitfähigkeit. Wenn man bestimmte Materialien, die diese Eigenschaft haben unter eine gewisse kritische Temperatur abkühlt, verlieren sie abrupt ihren elektrischen Widerstand. Das Material ist dann zudem ein perfekter Diamagnet. Es wird dann von jedem magnetischen Feld, unabhängig von der Polung, abgestoßen. Es gibt jedoch - über Supraleiter 1. Art hinaus -auch Supraleiter 2. Art, die noch eine zusätzliche Eigenschaft haben: Sobald sie unter ihre kritische Temperatur abgekühlt werden, bilden sich in einem ausreichend starken Magnetfeld sogenannte Fluss-Schläuche. Fluss-Schläuche sind zylinderförmige Bereiche, die den Supraleiter durchziehen, selbst aber nicht supraleitend sind. Wenn man nun einen solchen Supraleiter nimmt, in meinem Projekt YBa2Cu3O7-δ, auf eine Magnetbahn setzt und dann erst unter die kritische Temperatur abkühlt, kommt es zum Fluss-Pinning. Die Fluss-Schläuche richten sich nun nämlich nach dem Magnetfeld der Magnetbahn aus, es wird gleichsam im Supraleiter eingefroren. Um den Supraleiter aus seiner Position heraus zu bewegen braucht, es jetzt eine Kraft. Wenn die dafür benötigte Kraft dabei größer ist, als die Gewichtskraft, schwebt der Supraleiter auf der Magnetbahn. Da entlang der Magnetbahn ein nahezu homogenes Magnetfeld herrscht, kann er sich dort vor und zurück bewegen. Es geht bei einer solchen Art der Fortbewegung also nur Energie über die Luftreibung und eventuelle Störungen im Magnetfeld ,,verloren". Um einen Beschleuniger zu bauen, der keinen zusätzlichen ,,Energieverlust" erzeugt, wird ausgenutzt, dass es sich bei dem Supraleiter, wie schon zu Beginn erwähnt, auch um einen Diamagneten handelt. Über zwei helmholtzspulenartig angeordnete, mit einem Eisenkern versehene Spulen wird ein Magnetfeld erzeugt, dass den Supraleiter wegdrücken und damit beschleunigen soll. Um diese Spulen im richtigen Moment einzuschalten, wenn sich also der Supraleiter genau im Maximum des Magnetfelds befindet, werden zwei Lichtschranken installiert. Deren Signal wird an einen Arduino-Mikrocontroller angeschlossen, der die Geschwindigkeit des Supraleiters berechnet. Mithilfe der Geschwindigkeit kann dann die Zeit berechnet werden, die vergehen muss, bis die Spulen angeschaltet werden müssen. Da der Aufbau dieser Bahn auf der Bachelorarbeit von Stefan Link beruht, wurde bei diesem Projekt auch die Vermessung zu anderen Zwecken in den Vordergrund gestellt. Diese Messwerte stehen allerdings noch aus, weil die Bahn innerhalb der einen Woche nicht fertiggestellt werden konnte.
Herstellung einer ferromagnetischen Flüssigkeit (Ferrofluid)
	Lukas Weisel Ehrenbürg-Gymnasium Forchheim Ziel des Projektes war es, eine ferromagnetische Flüssigkeit, auch "Ferrofluid" genannt, herzustellen. Diese sollte nach dem Auftragen auf eine Fläche restlos mit einem Magneten entfernbar sein (Der Magnet darf mit der beschriebenen Fläche keinen direkten Kontakt haben). Eine magnetisierbare Eigenschaft besitzt die Eisenbindung Magnetit (Fe3O4). Sie wird durch in Wasser gelöste Eisen(II)- und Eisen(III)-Salze und Ammoniak hergestellt. Dadurch entstehen Nanopartikel und die Flüssigkeit ist homogen. Durch Zugabe von Ölsäure werden die Partikel mit einer Schicht umhüllt, die ein direktes Aneinanderhaften der Partikel verhindert. Es stellte sich heraus, dass es sehr schwer ist, ein Ferrofluid herzustellen, das sich mit einem Magneten restlos entfernen lässt. Problematisch waren v.a. der große Abstand zwischen Fluid und Magnet und die Stärke des Magneten: der Magnet kann das Ferrofluid nur beeinflussen, wenn die Distanz kleiner als 5mm ist. Außerdem lässt sich die Flüssigkeit nur von sehr starken (Permanent-)Magneten beeinflussen und Permanentmagnete können nicht in beliebig hoher Stärke hergestellt werden.