Mit Echo-Ortung auf´s Siegertreppchen

• Odenwald, Michelstadt
• 19.04.2021
• Von: Ernst Schmerker
  

Erster Platz beim Landeswettbewerb „Jugend forscht“ für die Michelstädter Gymnasiasten Lukas Schnellbacher und Ferdinand Schäffter

MICHELSTADT. - Lukas Schnellbacher (17, Vielbrunn) und Ferdinand Schäffter (18, Michelstadt) haben den renommierten Wettbebwerb „Jugend forscht“ auf Landesebene gewonnen.

Der Wettbewerb fand vom 31. März bis 1. April statt. Beide besuchen die Jahrgangsstufe Q4 des Gymnasiums Michelstadt und wer-den in diesem Frühjahr ihr Abitur ablegen.

Seit mehreren Jahren sind sie zudem beim Life Science Lab in Heidelberg aktiv. Die Zusammenarbeit mit dieser Institution des Deutschen Krebsforschungszentrums gehört zum Konzept des MINT-Schwerpunktes und der Begabtenförderung am Gymnasium Michelstadt.

Hierdurch haben Jugendliche eine Möglichkeit, besondere Interessensschwerpunk-te durch die Unterstützung von Forschern oder Studierenden in freier Arbeit oder in Seminaren zusammen mit Gleichgesinnten zu vertiefen.

Über die Jahre hat sich eine enge Kooperation der Heidelberger Einrichtung mit dem Gymna-sium entwickelt, von der die beiden Oberstufenschüler nun profitierten.

Unterstützung für ihre Idee fanden sie problemlos. Sie wollten herausfinden, ob es möglich sei, mit einem einfachen Equipment (Laptop, Lautsprecher, Mikrofone) aus der Analyse des Echos eines einzigen Tons die Geometrie eines ganzen Raumes zu rekonstruieren.

Ihr Projekt beschreiben die Landessieger mit den Worten: „Fledermäuse und Delfine können mit hochfrequentierten Lauten und deren Echos ihre Umgebung wahrnehmen. Dieses biologische Phänomen wird beispielsweise in Form des Sonars bei der Schifffahrt angewandt.

Ziel unseres Projektes ist es, Echoortung nicht nur in Wasser, sondern auch zur Vermessung von Räumen verwenden zu können. Dazu nehmen wir mit mehreren Mikrofonen die Wirkung eines Tones im Raum auf und gewinnen aus den Echos eine system-theoretische Repräsentation der Geometrie des Raumes.

Eine Herausforderung stellt hierbei die zuverlässige Echoerkennung dar, für welche wir eine entspre-chende Methode implementieren, die Rauschen und Messunsicherheit minimiert.

Mit einem solchen Sensorsystem kann eine schnelle Vermessung von Räumen erzielt werden, die zahlreiche Anwendungen, wie beispielsweise die Selbstlokalisierung von Robotern, unterstützen kann. Im Rahmen unserer Arbeit konnten wir ein Echoerkennungssystem erarbeiten und in ersten Ansätzen die Dimensionen des Raumes berechnen.“

Als besondere Herausforderung erwies sich dabei die zuverlässige Analyse des Echos: Wie verhält sich Schall an Ecken und Kanten und wie beeinflussen Oberflächen die Reflektion?

Zu Analyse entwickelten die beiden Jungforscher gleich zwei mathematische Methoden, die sie verglichen und optimierten, um Rauschen und Messungenauigkeiten zu minimieren.

Die dabei verwendeten mathematischen Algorithmen gehen weit über den in der Schule vermittelten Stoff hinaus, wie in der Laudatio der Jury hervorgehoben wurde. Es handle sich um eine in hohem Maße interdisziplinäre Arbeit, die Mathematik, Informatik und Physik überspanne.

Der gesamte Landeswettbewerb konnte, genau wie der Regionalwettbewerb, den die beiden im März gewonnen hatten, nur als Online-Veranstaltung stattfinden. Der Spannung bei der Siegerehrung tat dies keinen Abbruch.

Beide Gymnasiasten fieberten dem Ergebnis entgegen bis schließlich feststand: Der erste Platz im Fachbereich Physik und zusätzlich der Sonderpreis „Experimente in der Schule“ geht in diesem Jahr an das Gymnasium Michelstadt.

Damit qualifizierten sich Lukas Schnellbacher und Ferdinand Schäffter für den Bundeswettbewerb, der wieder online Ende Mai stattfinden wird.

Bis dahin wollen die beiden ihre Methode noch optimieren. Entsprechende Tipps erhielten sie schon von der Jury. Für ein erfolgreiches Abschneiden drückt Fachbe-reichsleiter Richard Knapp mit dem gesamten Gymnasium fest die Daumen.