Da geht‘s lang
Schüler verbessern die Orientierung von Fahrzeugen
Drei Gymnasiasten bewerben sich mit einem innovativen Messverfahren bei „Jugend forscht“. Mittels Sensoren sollen Fahrzeuge zuverlässig über einen unebenen Untergrund geleitet werden.
Konzentriert steckt Markus Kramer bunte Lego-Teile zusammen. Was ein beliebtes Spielzeug ist, hat er zusammen mit seinen Mitschülern Elisa Schösser und Louis Jussios als Grundlage für ein anspruchsvolles Projekt genommen. Damit traten sie beim Regionalwettbewerb Berlin-Süd von „Jugend forscht“ an, der am 26. und 27. Februar auf dem Gelände des Wissenschafts- und Technologieparks Adlershof stattfand.
Schwachstelle aufgedeckt
„Abstandsunabhängige Linienerkennung mit einem optischen Sensor“ lautet der Titel der Forschungen der drei Neuntklässler. „Das ist wichtig, wenn man ein Fahrzeug konstruiert, welches sich selbstständig an schwarzen Linien orientieren soll“, erläutert Markus. Er hat bereits Erfahrung: Bei der RoboCup-Weltmeisterschaft 2012 belegte er mit der Robotik-AG des Archenhold-Gymnasiums aus Treptow den ersten Platz.
Markus und seine Teamkameraden bauten ein Fahrzeug, das sich mithilfe von Lichtsensoren orientiert: Ein Computerprogramm wertet aus, wie viel Licht von der Oberfläche reflektiert wird. Je nachdem, ob der Untergrund weiß oder schwarz ist, ergeben sich unterschiedliche Werte. So kann das Gefährt einer schwarzen Linie nachfahren.
Dem Team von der Robotik-AG fiel eine Schwachstelle ihres Gefährtes auf: „Der Parcours ist uneben, mit bis zu einen Zentimeter hohen Schwellen“, erklärt Markus das Problem. „Daher ist der Abstand zwischen Sensor und Boden nicht konstant. Ist der Sensor weiter weg vom Boden, empfängt er weniger reflektiertes Licht. Die Werte, mit denen die Farbe des Untergrunds ermittelt wird, sind also verfälscht.“ Der unerwünschte Effekt: Das Fahrzeug verliert die Orientierung.
Unabhängig von den Lichtverhältnissen
Das Ziel der Schüler lautet daher: Sensoren zu bauen, die diese Fehler vermeiden. Die Sensoren bestehen jeweils aus zwei Fototransistoren und einer Leuchtdiode, kurz LED. Die Fototransistoren messen das vom Untergrund reflektierte Licht. Der zweite Teil der Herausforderung besteht darin, einen Algorithmus zu entwickeln, der den variablen Abstand zum Boden beim Auswerten der Messwerte berücksichtigt.
Die Ergebnisse des Experiments können praktische Anwendungen haben: „Es gibt schon in der Industrie Fahrzeuge, die sich autonom zwischen Fertigungshallen hin und her bewegen“, sagt Louis. Ihre Bewegungen werden von Kameras überwacht. Dies funktioniere nur bei günstigen Lichtverhältnissen. „Wir verwenden Infrarot-LEDs. Die sind unabhängig von den Lichtverhältnissen“, deutet er einen möglichen Anwendungsbereich für die Sensoren an.
Mit Begeisterung zeichnen die Schüler Diagramme an die Tafel, reden von Algorithmen und Programmiersprachen. Louis kann sich eine Karriere als Informatiker vorstellen, aber auch Astronomie reizt ihn. „Chef werden bei Microsoft!“, gibt Elisa als Berufswunsch an. Daher büffeln die Teenager gerne freiwillig Formeln und Computerprogramme.
Nur eine Sache wurmt die Schüler: Da alle drei noch 14 sind, können sie nur in der Junioren- Kategorie „Schüler experimentieren“ antreten. Aber wer weiß: Wenn sie ihre Forschungsergebnisse überzeugend präsentieren, könnten die Juroren entscheiden, sie für den Hauptwettbewerb zuzulassen.
Von Annette Leyssner für Adlershof Journal