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Kassensystem mit Warenerkennung

Bezahlen mit einem innovativen Selbstbedienungs-Kassensystem – ohne Wartezeiten und ohne Scannen jedes einzelnen Artikels? Diesem Traum vom Supermarkt-Besuch kommt ein Projekt nahe, das von zwei Dörpsweg-Teilnehmern des Wettbewerbs „Jugend forscht“ entwickelt und nun ausgezeichnet wurde.

Sieben „Jugend forscht“-Projektgruppen des Gymnasiums Dörpsweg nahmen am diesjährigen Regionalwettbewerb am DESY teil. Die von Frau Christiansen, Frau Dr. Hegerfeldt und Herrn Bonin betreuten Schüler:innen erhielten bei der Siegerehrung Urkunden und Sonderpreise, etwa Fachzeitschriften oder ein Jahresabonnement der ct-Magazins.

Mit einem 2. Preis in der Sparte „Jugend forscht Junior — Arbeitswelt“ wurde das Forschungsergebnis von Dmitrii Tomin (Klasse 9a) und Parsa Navazeshi (9c) besonders ausgezeichnet, beide betreut von Frau Christiansen. Mit dem von beiden Schülern entwickelten „SmartScan“, einem „innovativen Selbstbedienungskassensystem“, überzeugten sie die Jury besonders. Das Projekt ermöglicht es dem Kunden, seine Waren nur noch auf ein Band zu legen, ohne sie scannen zu müssen. Mithilfe selbstlernender Bildverarbeitungsalgorithmen identifiziert das Gerät die Artikel und ermittelt den Preis. Die zwei Nachwuchsforscher bauten und produzierten für ihr Projekt ein Kassenband am 3-D-Drucker und programmierten dazu eine neue Software.

„Wir standen schon öfters an der Kasse, z.B. in der Mittagspause bei REWE“, berichtet Parsa, „und waren von den Wartezeiten genervt.“ „In den USA gibt es bei Amazon-Go schon einen Warenscan ohne Kasse“, ergänzt Dmitrii, „aber das System war so komplex, dass das Unternehmen auf menschliche Arbeitskraft angewiesen war. Deshalb wollten wir ein optimiertes System entwickeln.“ Dafür haben die beiden zunächst ein Förderband designt, die Bestandteile dafür ausgedruckt und zusammengebaut. „Dann haben wir uns auf die Integration der Elektronik konzentriert, sagt Dmitrii. „Unsere Programmierung basiert auf „Yolo v8“, erklärt Parsa, „einer Architektur zur Objekterkennung.“

Das System funktioniere bereits gut, sagt Dmitrii, „allerdings gibt es noch ein paar Schwachstellen im System, z.B. bei der Unterscheidung von unterschiedlichen Apfelsorten.“
An dieser Fehleranfälligkeit wollen beide Nachwuchsforscher nun arbeiten, um im nächsten Jahr beim regulären Wettbewerb „Jugend forscht“ erneut dabei zu sein.

Einen Eindruck vom bisherigen Stand des Forschungsprojekts erhalten Sie hier.

Löschschaum und andere Wissenschaftserfolge

Sie forschen und forschen – und manchmal unterbrechen sie dies auch für die Wettbewerbspräsenz. Vier Dörpsweg-Forscherteams, die beim Regionalwettbewerb „Jugend forscht“ / „Schüler experimentieren“ 1. Preise erhalten hatten, haben nun beim Landeswettbewerb ihre Ergebnisse präsentiert.

Für ihre Arbeit zur „Herstellung eines umweltfreundlichen und kostengünstigen Löschschaums“ erhielten Anton Rexer, Joris Funck und Jens Johannsen (8b) einen großartigen 2. Preis in der Sparte Chemie. Seit dem Regionalwettbewerb hatten sie sowohl ihr Experimentiermodell, als auch die erprobten Rezepturen verbessert. Mit einer Injektionskapsel, die inzwischen größer geworden ist, füllten sie Essigsäure in nun höherer Konzentration in eine Lösung aus Natriumhydrogencarbonat, Spülmittel und dem Verdickungsmittel Xanthan. Anton gibt zu: „Wir haben eine ziemlich gute Lösung gefunden“, die das Team an Flammen im Chemieraum und auf dem Schulhof ausprobierte. Die Jury zeigte sich von den Ergebnissen beeindruckt – auch von der schriftlichen Ausarbeitung, die, wie Joris betont, „ganz schön zeitaufwendig war. Wir haben in den Ferien an den 15 Seiten gearbeitet.“ Einerseits, erklären die Nachwuchsforscher, hätten sie die Zeit gerne für das Forschen selbst genutzt, andererseits sei auch die Wettbewerbsteilnahme „eine sehr spannende Erfahrung gewesen“, außerdem sei das Team, ergänzt Jens, „sehr gut, wir unterstützen uns gegenseitig.“

„Bunte Flammen“ durch Ionen, die in der farblosen Bunsenbrennerflamme Färbungen erzeugen, hatten Marthe Dannemann, Kathi Hanemann und Marta Jesynska (8b) untersucht, nun erhielten sie dafür eine Teilnahmeurkunde.
Die bekamen auch Pallma Amin, Morssal Hamdani-Foyan und Elianah Jonnalagadda (10b) für ihre Arbeit zur „Schulstressermittlung durch Herzratenvariabilität“ sowie Lea Höckel (10b), Sarah Topp (S2) und Efe Yildiz (ehem. IVK 7/8) für die Konstruktion ihres „Aufsichtsroboters für Heim- und Haustiere“.

Ausgezeichnet wurden zudem zwei betreuende Lehrkräfte der Schule: Herr Bonin erhielt von Airbus vier Forscherkästen für die Unterstufe zum Thema „Luft- und Raumfahrt“, die in den neuen Forscherkursen 5/6 ausprobiert werden. Frau Dr. Hegerfeldt bekam im Rahmen eines „Betreuerpreises“ ein Jahresabonnement der Zeitschrift Spektrum der Wissenschaft überreicht, die nun den Forscherkursen der Mittelstufe zur Verfügung stehen wird.

Bestplatzierte Nachwuchsforschung

Die Forscherkurse der Mittelstufe erfreuen sich großer Beliebtheit. Und sie arbeiten höchst erfolgreich, wie der diesjährige Regionalwettbewerb „Schüler experimentieren“ / „Jugend forscht“ am Volkspark wieder einmal zeigt: Alle vier Teams, die ihre Beiträge den Fachjurys des Wettbewerbs präsentierten, erreichten einen ersten Platz.

Dabei bewerteten die Jurys durchaus streng und ließen Nachwuchsforscher:innen von lediglich 15 Hamburger Schulen zum Landeswettbewerb zu, an dem nun auch die 12 Schüler:innen der Dörpsweg-Wettbewerbsteams ihre Forschungsergebnisse präsentieren werden.

Einen Sonderpreis hatte bereits im Februar Saida Minnebaeva (9c) beim Regionalwettbewerb am DESY für ihre Untersuchung des Lebensmittelfarbstoffs E129 erhalten. Sie hatte den Farbstoff im Hinblick darauf genauer unter die Lupe genommen, wie und mit welchen Auswirkungen er von Blüten und Schweinehaut aufgenommen wird, wobei ihre Ergebnisse die Frage aufwerfen, ob man diesen Stoff tatsächlich zu sich nehmen möchte. Für ihre Arbeit, die in Zusammenarbeit mit dem Schülerforschungszentrum entstanden war, erhielt Saida als Sonderpreis ein Abo der „Bild der Wissenschaft“.

Zwei der nun beim Regionalwettbewerb bestplatzierten Forschungsergebnisse stammen aus dem Fachgebiet Chemie. Marthe Dannemann, Katharina Hanemann und Marta Jezynska (8b) widmeten sich, betreut von Wettbewerbskoordinatorin Dr. Hegerfeldt, in der Erforschung „bunter Flammen“ jenen Ionen, die in der farblosen Bunsenbrennerflamme spezifische Färbungen erzeugen. Die Schülerinnen überprüften anhand der Färbungen, ob in Alltagsstoffen wie Banane, Kreide oder Tabak wirklich die Ionen enthalten sind, die im Internet angegeben werden. Dabei hatten die drei Feuerteufelinnen nach eigener Aussage viel Spaß an ihrer Arbeit – und die war schön bunt.

Der Bekämpfung von Feuer widmeten sich die ebenfalls von Frau Dr. Hegerfeldt betreuten Nachwuchsforscher Joris Funck, Jens Johannsen und Anton Rexer (8b), die sich mit der Herstellung eines umweltfreundlichen und kostengünstigen Löschschaums befassten. Die drei bauten einen eigenen Schaumfeuerlöscher aus upcycelten Materialien. Den umweltfreundlichen, weil PFAS-freien Schaum erzeugten sie, indem sie Essigessenz zu einer Lösung aus Natriumhydrogencarbonat (Backtriebmittel) und Spülmittel gaben. Kniffelig war es, die richtige Rezeptur zu finden, aber die gelang schließlich: Das Verdickungsmittel Xanthan machte den Schaum noch haltbarer.

Schulstress bewegt viele Gemüter. Pallma Amin, Morssal Hamdani-Foyan und Elianah Jonnalagadda (10b) gingen das Thema jedoch wissenschaftlich an, indem sie Schulstress durch die Herzratenvariabilität ermittelten. Mit Hilfe eines Herzfrequenzsensors, der um die Brust geschnallt wird, sowie einer App nahmen sie sich die Herzrate einer Testperson in verschiedenen Situationen vor, etwa während einer Deutscharbeit. Wenn man die Variabilität der Herzrate errechnet, lässt diese Rückschlüsse auf den Blutfluss und damit den Stresszustand zu. Denn bei Stress pumpt das Herz das Blut konstanter durch den Körper, und die Variabilität sinkt. Auch diese von Herrn Bonin betreute Arbeit wurde – wie die drei anderen auch – mit einem ersten Preis sowie einem Sonderpreis ausgezeichnet.

Einen Aufsichtsroboter für Heim- und Haustiere konstruierten im Rahmen des Jugend-Forscht-Fachgebiets Technik Lea Höckel, Sarah Topp (10b, S2) sowie Efe Yildiz (ehemals IVK-Schüler am Dörpsweg, mittlerweile Schüler an der JLS). Kameras für das Zuhause, die Bilder auf das Handy übertragen, gibt es längst. Wenn man aber z. B. den Familienhund überwachen möchte, benötigt man eine Kamera, die dem Tier folgt. Die Gruppe schuf einen fahrbaren Roboter, der mittels verschiedener WLAN-Netze von überall angesteuert werden kann und Bilder des Tiers auf das Handy überträgt. Offen ist, ob der Roboter eines Tages Befehle zu erteilen lernt, die womöglich Lederschuhe vor dem Zerkaut-Werden retten.
Da dieser Wettbewerbsbeitrag außerunterrichtlich vorbereitet wurde, damit auch Efe als ehemaliger IVK-Schüler des Gymnasiums Dörpsweg teilnehmen konnte, erhielt zudem Betreuer Tim Bonin eine besondere Auszeichnung.

Neben der Landesrunde der Wettbewerbe „Schüler experimentieren“ (bis 14 Jahre) und „Jugend forscht“ (ab 15 Jahre) stehen weitere Highlights im Wettbewerbskalender des Halbjahres, darunter die Teilnahme eines Dörpsweg-Forscherteams am „BundesUmweltWettbewerb“: Isabella Bernin und Lina Barz (10b) fragen in ihren Untersuchungen, wie man die Wasseraufnahmefähigkeit ausgetrockneter Böden erhöhen kann. Überflutungen durch trockene Böden machen die Relevanz des Themas deutlich. Und wer weiß – vielleicht finden sie bei Ihren Forschungen sogar einen geeigneten biologischen Wasser-Absorber?

Abbaubare Biofolie entwickelt

Im Februar hatten sie sich mit einem 1. Preis beim Regionalwettbewerb „Jugend forscht“ für die Landesrunde qualifiziert. Nun vertraten Anna Stöcker, Nelli Erler (9a) und Irmak Yasar (9c) ihre Forschungsergebnisse erfolgreich beim Landeswettbewerb auf dem Airbus-Gelände.

Als Neuntklässlerinnen gehörten sie zu den jüngsten Teilnehmerinnen des Wettbewerbs, da jüngere Teams bei „Schüler experimentieren“ antraten. 

Das Projekt der drei Nachwuchsforscherinnen, „Bioplastik nachhaltiger machen 2.0“ im Fachbereich Chemie, wurde mit einem sehr ehrenvollen 3. Preis ausgezeichnet. Unterstützt von Frau Dr. Hegerfeldt und Frau Keding-Ritz, hatten Anna, Nelli und Irmak verschiedene Weichmacher untersucht, um Eigenschaften einer von der Gruppe entwickelten, stärkebasierten Biokunststofffolie weiter zu verbessern.

Die erreichte Qualität der Folie, die mit einer Nudelmaschine ausgewalzt wurde, ist tatsächlich ausgezeichnet: Sie ist transparent, flexibel, reißfest – und sie zersetzt sich in der Natur. Hierfür sind keine Kompostieranlagen erforderlich, wie bei anderen Bioplastikfolien. Ziel der Gruppe war es schließlich, einen alltagstauglichen Beitrag gegen den Plastikmüll zu leisten – und dies ist geglückt.

Der mit Hilfe der Aloe-Vera-Pflanze gewonnene, neue Stoff unterscheidet sich deutlich von bisher existierenden Weichmachern und ist deshalb in seinen chemischen Zusammenhängen noch nicht erforscht. Bei der Wettbewerbs-Präsentation bekamen die drei Wettbewerbsteilnehmerinnen bereits Spezialistenfragen zu Teilbereichen der Chemie gestellt, deren unterrichtliche Basis noch nicht gegeben war. Dies betrachten sie jedoch aus Auszeichnung. „Die Fragen waren schwierig“, sagen Nelli und Anna „und eine gute Inspiration für weitere chemische Forschungen.“

Im nächsten Schuljahr sind zwei der drei Nachwuchswissenschaftlerinnen erst einmal im Ausland. Doch in der Oberstufe geht es vielleicht weiter. „Wir hoffen,“ so Irmak, „dass wir das Projekt noch optimieren können, um den Naturschutz weiter voranzubringen.“

Informationen zu weiteren Forschungsprojekten von Schüler:innen der diesjährigen Forscherkurse finden Sie hier.

Nachwuchsforschung

Nicht nur an Geburtstagen ist der Zusammenhalt stark. Bei der diesjährigen Regionalrunde der Wettbewerbe „Schüler experimentieren“ und „Jugend forscht“ haben die Teams des Mittelstufen-Forscherkurses, die einen Beitrag eingereicht hatten, wieder hervorragend abgeschnitten. Bei der Siegerehrung am „Fraunhofer ITMP ScreeningPort“ in Bahrenfeld konnten sie einen 1. Preis, zwei 2. Preise und zwei Sonderpreise in Empfang nehmen.

Im Bereich Biologie befassten sich Mark Selest und Laurin Thomas (Klasse 8c) unter Anleitung von Frau Dr. Hegerfeldt mit der Erforschung eines „grünen Düngers“, indem sie die wachstumsfördernde Wirkung verschiedener Pflanzennährstoffe untersuchten, etwa Knochenmehl, Kaffeesatz oder gemahlene Erdnüsse. Im Gegensatz zu synthetischen Düngern verunreinigten diese Stoffe das Grundwasser nicht mit gesundheitsschädlichen Substanzen. Zwar zeigten die Dünger noch nicht die erwünschte Wirkung, doch das Forscherteam bleibt am Ball – ermutigt auch durch einen 2. Preis im Wettbewerb „Schüler experimentieren“ sowie einen Sonderpreis „Umwelttechnik“.

Ein weiterer Beitrag für den bis 14 Jahre geltenden Wettbewerb „Schüler experimentieren“ stammt von Janus Dahl, Renas Inkaya und Tim Kruse (Klassen 9a und 9b). Sie hatten sich mit Unterstützung von Herrn Bonin im Bereich Arbeitswelt eines Alltagsthemas angenommen, das vermutlich viele kennen: Unter dem Titel „Ich bin genervt – stilles Echtzeitfeedback zur Lautstärke im Klassenraum“ hatten sie eine Vorrichtung konstruiert, mit der mehrere Personen im Klassenraum per Knopfdruck die Lautstärke auf einer Leuchtdiode anzeigen können, wobei der Grad des Lärms in Form roter Balken sichtbar wird. Zeigt die Anzeige einen höheren Wert, sehen alle: Wir sind zu laut. So kann sich eine Lerngruppe im besten Fall selbst regulieren. Für diesen Beitrag erhielt die Gruppe einen Sonderpreis für Kommunikation.

Im Wettbewerb „Jugend forscht“ (ab 15 Jahren) erreichten Nelli Erler, Anna Stöcker und Irmak Yasar (Klassen 9a und 9c) sogar einen 1. Preis im Fach Chemie für ihre Forschungsergebnisse zu nachhaltigerem Bioplastik. Bereits im vergangenen Jahr hatten sie erfolgreich eine Rezeptur für eine stärkebasierte Biokunststofffolie ausgetüftelt. Nun setzten sie, begleitet von Frau Dr. Hegerfeldt und Frau Keding, ihre Forschungen mit verschiedenen Weichmachern fort, um die Folien flexibler und reißfester zu gestalten. Schließlich hatte ein Gel aus den Blättern der Aloe-Vera-Pflanze die Nase vorn. Zum Auswalzen nahmen die drei Nachwuchsforscherinnen eine Nudelmaschine. Die fertige Folie ließe sich nun problemlos zum Einpacken von Gemüse oder Obst im Supermarkt verwenden – und sie ist biologisch abbaubar. „Uns geht es um einen Beitrag gegen den Plastikmüll, der sehr lange lagert und die Umwelt belastet“, sagt Nelli. Das methodische Vorgehen der Gruppe beschreibt Anna so: „Wir haben ganz viel ausprobiert und ausgewertet. Dabei sind wir strukturiert vorgegangen und haben von Probe zu Probe immer nur einen Baustein verändert.“ Das Vorgehen hatte Erfolg, den es nun beim Landeswettbewerb Ende März zu verteidigen gilt.

Auch Leon Sternberg (Klasse 10b) war mit seiner Arbeit zur Wiederbefüllung von Whiteboard-Markern erfolgreich. Unterstützt wurde er von Frau Keding. Durch die von ihm entworfene und hergestellte Konstruktion müssen leere Stifte nicht mehr weggeworfen werden, sondern können in die Anlage gesteckt werden, in der mittels einer Kanüle Tinte dosiert in den Marker injiziert wird. Nur eine Minute – und der Stift ist wieder einsetzbar. Für seinen im Bereich Arbeitswelt eingereichten Beitrag erhielt Leon ebenfalls einen 2. Preis.

Seit diesem Schuljahr arbeitet der Forscherkurs der Mittelstufe jahrgangsübergreifend mit der Expertise von Lehrkräften der unterschiedlichen Naturwissenschaften. Nicht umsonst hob die Schulinspektion gerade mit Blick auf den Forscherkurs ein besonderes Maß differenzierten und individualisierten Lernens hervor, das die Nachwuchs-Wissenschaftler:innen bei den von ihnen gewählten Schwerpunkten an den Tag legen – mit großem Erfolg, wie sie auch in diesem Jahr bei den Wettbewerben zeigen konnten.

Landessiegerinnen

Beim Wettbewerb „Jugend forscht“ erreichten gleich drei Dörpsweg-Beiträge einen zweiten Platz auf der Landesebene. Und angesichts der Wettbewerbsbeiträge insgesamt erhielt auch gleich die Schule selbst erneut den „Jugend forscht Schulpreis“, der ein besonderes Verdienst bei der Förderung von MINT-Talenten ehrt.

Melina Hübner-Konitsioti und Svea Fischer (Jg. 10, Foto: links) hatten ihre Untersuchung den Auswirkungen des Lockdowns auf die Motorik von Vorschulkindern gewidmet. Elena Kleinwort (Jg. 11, Foto: Mitte) hatte die Jury mit ihren Berechnungen zum Raumwinkel als n-Ecke auf der Einheitskugel herausgefordert. Anna Stöcker, Nelli Erler (Foto: rechts) und Irmak Yasar (Jg. 8) hatten sich um die Herstellung von Bioplastik verdient gemacht, das tatsächlich auch verrottet. Für die drei Schülerinnen dieses Teams war es die erste Wettbewerbsteilnahme bei „Jugend forscht“.

Anders als in früheren Jahren konnten die Schülerinnen diesmal ihre Forschungsergebnisse nicht auf dem Airbus-Gelände vorstellen, sondern mussten ihre Arbeiten den Fachjurys digital präsentieren. „Früher gab es am Präsentationsstand ein freundliches Gespräch mit der Jury“, berichtet Elena, „nun mussten wir überlegen, wie genau wir die Präsentation in nur 5 Minuten umsetzen.“ Das habe den Druck und die Aufregung erhöht. Zugleich, so berichten die Schülerinnen, sei besonders bei den Jurys auf Landesebene ein echtes Interesse an ihren Arbeiten zu spüren gewesen. Die Juroren hätten die Arbeiten zudem offenkundig sehr genau gelesen und „richtig gute Fragen gestellt“.

Auch die Siegerehrung fand online statt, live gestreamt vom Airbus-Gelände aus, wo der Konzern zunächst detailliert sein duales Ausbildungsprogramm vorstellte – Nachwuchs-Rekrutierung beginnt bekanntlich gerne in der Schule. Und Vorreden steigern natürlich auch die Spannung. Umso größer war die Freude über die Auszeichnungen, die den Dörpsweg-Teilnehmerinnen eine echte Relevanz und große Expertise ihrer Arbeiten bescheinigte.

Elena darf nun zudem eine Woche in München mit anderen Nachwuchs-Mathematikern tagen. „Ich freue mich auf die Chance zum Austausch mit anderen, die meine Begeisterung teilen“, erklärt sie mit leuchtenden Augen.

Sie will ihr nun Thema mit weiteren Ansätzen weiter ausbauen. Melina und Svea möchten erst einmal die Oberstufe abwarten und dann über eine erneute Teilnahme auch ohne den Forscherkurs der Mittelstufe befinden. Das Team des 8. Jahrgangs wird im nächsten Jahr wieder am Start sein – ob mit einer Vertiefung der bisherigen Arbeit, wie von der Jury angeregt, oder mit einem neuen Schwerpunkt, das werde noch geprüft.

„Das waren wirklich starke Leistungen“, zeigt sich Wettbewerbskoordinatorin Dr. Hegerfeldt begeistert. Nur 16 Hamburger Schulen waren in diesem Jahr bei der Landesrunde vertreten – der Dörpsweg mit gleich drei Teams. „Die Schülerinnen und Schüler konnten ganz frei ihre Themen nach Neigungen und Interessen wählen“, so Hegerfeldt, „schön, dass sie die Gelegenheit genutzt haben zu beweisen, was sie können.“

Weitere Informationen zu den diesjährigen Beiträgen der Wettbewerbe „Schüler experimentieren“ und „Jugend forscht“ finden Sie hier.