UND PREISTRÄGER PREISTRÄGERINNEN - LASS ZUKUNFT DA.
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56. Bundeswettbewerb
26. bis 30. Mai 2021 in Heilbronn
ONLINE
L ASS ZUKUNF T DA .
PREISTRÄGERINNEN
UND PREISTRÄGER
L ASS ZUKUNF T DA . Das Motto der 56. Wettbewerbsrunde von Jugend forscht appelliert an alle Jung- forscherinnen und Jungforscher, Verant- wortung zu übernehmen und eigene Ideen für die zukunftsfähige Gestaltung unseres Planeten zu entwickeln. Gefragt sind ihr Erfindergeist und ihre Vision der Welt von morgen. Bundesweit sind MINT-begeisterte Kinder und Jugendliche der Aufforderung „Lass Zukunft da!“ in den vergangenen Mo- naten auf vielfältige und beeindruckende Weise nachgekommen. Ihre Forschungs- projekte zeigen ein starkes Bewusstsein für die Themen, die aktuell auf der Agenda unserer Gesellschaft stehen. Neugierig und kreativ entwickelten sie innovative und nachhaltige Lösungen – und das in schwie- rigen Zeiten. Doch gerade jetzt erleben wir, welche zentrale Bedeutung die Wissen- schaft, im Kleinen wie im Großen, für die Bewältigung großer gesellschaftlicher He- rausforderungen hat – und was Forschung zu leisten imstande ist.
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10
56. Bundeswettbewerb
26. bis 30. Mai 2021
in Heilbronn
Unter der Schirmherrschaft
des Bundespräsidenten
Veranstaltet von der
Stiftung Jugend forscht e. V.,
Hamburg
und der experimenta gGmbH,
Heilbronn
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BUNDESSIEGE UND
PLATZIERUNGEN
14
12
18
16
LTSV E RZE IC HNIS
ALT SV E RZE IC HN IS
22
20
SONDERPREISE INHA
INH
24 Sonderpreise nach Fachgebieten
42 Fachgebietsübergreifende Sonderpreise
43 Jugend forscht Schule 2021
44 Impressum
LASS ZUKUNF T DA .
BUNDESSIEGE UND PLATZIERUNGEN JUGEND FORSCHT Bundeswettbewerb 2021
8
Bundessieg – Preis für eine außer-
gewöhnliche Arbeit | 3.000 €
Bundespräsident
Frank-Walter Steinmeier
Preis für eine außergewöhnliche
mathematische Arbeit | 1.000 €
Deutsche Mathematiker-Vereinigung e. V.
65
Hamburg
Lennart Christian Grabbel (17),
Hamburg
Gymnasium Farmsen, Hamburg
Paul Siewert (18), Berlin
Heinrich-Hertz-Gymnasium, Berlin
Juri Kaganskiy (16), Berlin
Dreilinden Gymnasium, Berlin
Laudatio Magische Laudatio
Die Jury war nicht nur vom Hauptergeb-
Programmiersprache Die Arbeit beeindruckt durch ihr außer-
nis des Forschungsprojekts, sondern gewöhnliches experimentelles Design,
auch von der eleganten Beweis- FRACTRAN – die hohe Qualität der Datenerhebung
führung beeindruckt. Lennart Chris- einfach alles berechnen und die innovative Auswertung komple-
tian Grabbel, Paul Siewert und Juri xer Datensätze über die Jahrhundert-
Kaganskiy überzeugten durch tiefes grenzen. Jakob Nolte kommt dadurch
fachliches Verständnis, mathematische In den 1970er-Jahren erfand der engli- zu klaren Handlungsempfehlungen auf
Kreativität und Enthusiasmus für ein sche Mathematiker John Conway eine europäischer, nationaler, und kommu-
hoch anspruchsvolles Thema. verblüffend einfache Programmier- naler Ebene, um das Massensterben
sprache namens FRACTRAN. Sie eignet von Arten zu verringern und so Zukunft
sich zwar nicht für den praktischen zu gestalten.
Einsatz, besticht aber durch eine
bemerkenswerte mathematische Eigen-
schaft: Obwohl sie im Grunde lediglich
auf der wiederholten Berechnung von
Brüchen basiert, lassen sich mit die-
ser Programmiersprache im Prinzip
alle denkbaren mathematischen Auf-
gabenstellungen berechnen. Auch
Lennart Christian Grabbel, Paul Siewert
und Juri Kaganskiy ließen sich in ihrem
Forschungsprojekt von FRACTRAN faszi-
nieren. Es gelang ihnen unter anderem,
ein ganz grundlegendes Programm
durch geschickte Optimierungen zu
verkürzen und auf diese Weise zu ver-
bessern. Darüber hinaus befassten sie
sich mit unendlichen Programmen und
konnten dadurch die Welt von FRAC-
TRAN deutlich erweitern.
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Bundessieg – Preis für die Bundessieg – Preis für die beste
originellste Arbeit | 3.000 € interdisziplinäre Arbeit | 3.000 €
Bundeskanzlerin Dr. Angela Merkel Bundesministerin für Bildung und
Forschung Anja Karliczek, MdB
Eduard-Rhein-Jugendpreis
für Rundfunk-, Fernseh- und
Informationstechnik | 1.500 €
Eduard-Rhein-Stiftung
23 96
Hessen Berlin
GE
Jakob Nolte (20), Laubach Amon Schumann (16), Berlin
FAC HG E BIE TSÜB E RG RE IFE NDE BUN DE SSIE
Justus-Liebig-Universität Gießen Robert-Havemann-Gymnasium, Berlin
Dramatischer Laudatio Fahndung nach dem
Artenschwund Besonders überzeugt hat die Jury Amon
Wetterballon
Schumanns Ansatz zur Nachhaltigkeit
Ausmaß des Rückganges von sowie sein tiefes Verständnis zu allen In 80 Tagen um die Welt –
Vielfalt und Abundanz der Designaspekten von Wettersonden. kleine Sonden auf großer
Blütenpflanzen im Offenland Er setzte sich mit den Anforderungen Mission
im Hinblick auf präzise Messungen
Das Insektensterben wurde oft dis- auseinander, berücksichtigte die Tag für Tag steigen auf der Welt Tau-
kutiert, der direkte Zusammenhang Umweltverträglichkeit und Wiederver- sende Wetterballone in eine Höhe
mit dem Verlust von Blütenpflanzen wendbarkeit der verwendeten Materia- von 30 bis 40 Kilometern auf. An Bord
jedoch seltener. Jakob Nolte kartierte lien und Baugruppen. haben sie kleine Sonden, die Tem-
über drei Sommer hinweg die Flora in peratur, Feuchtigkeit und Luftdruck
der Umgebung von Laubach und ver- erfassen und die Messdaten laufend an
glich seine Erhebungen mit botanischen die Wetterdienste auf der Erde funken.
Aufzeichnungen in der Literatur. Da es Amon Schumann entwickelte in sei-
mehrere Publikationen für das Unter- nem Forschungsprojekt zwei Ansätze,
suchungsgebiet gibt, die älteste stammt um die traditionellen Verfahren zur
aus dem Jahr 1887, waren Langfrist- Wetterdatenmessung zu optimieren.
vergleiche möglich. Diese zeigen eine Zum einen fing er die Funksignale von
massive Verarmung der Flora. Die Zahl gelandeten Wetterballons auf und
der Orchideenarten nahm rapide ab, konnte sie so bergen und wiederver-
Gänsefußgewächse verschwanden wenden – wodurch sich Kosten sowie
komplett; rund 80 Prozent aller Arten Umweltbelastung verringern lassen.
wurden seltener oder starben aus. Nur Zum anderen entwickelte er eine eigene
einzelne Arten nahmen zu, nämlich jene, Sonde, die sich unter anderem durch
die Bodenstickstoff lieben. Daher ruft ein extrem geringes Gewicht, die Strom-
der Jungforscher dazu auf, weniger zu versorgung über Solarzellen sowie die
düngen und mehr Wert auf Naturschutz Nutzung eines offenen Amateurfunk-
zu legen – zugunsten der Artenvielfalt. netzwerkes auszeichnet.
10
Bundessieg – 1. Preis | 2.500 € 2. Preis | 2.000 €
Bundesminister für Arbeit und Soziales Bundesminister für Arbeit und Soziales
Hubertus Heil, MdB Hubertus Heil, MdB
BUNDESSIEG UND
PLATZIERUNGEN
9 7
Rheinland-Pfalz Nordrhein-Westfalen
Jan Heinemann (18), Andernach Nils Kronig (18), Mönchengladbach
Bertha-von-Suttner-Gymnasium, Niklas Kronig (16), Mönchengladbach
Andernach
Bischöfliche Marienschule Mönchen-
gladbach
Laudatio Innovative Bluetooth-Armband
Jan Heinemann hat viel Experimentier-
Feuerbekämpfung prüft Identität
freude gezeigt und sein Projekt laufend
systematisch verbessert. Dabei setzte er Löschigel Optimierung einer
computergestützte sogenannte Finite- Schließanlage für das betreute
Elemente-Methoden ein und bewertete Wohnen in Wohnheimen
die Zerstäubung statistisch. Darüber
hinaus eignete er sich die Fertigkeiten Täglich riskieren Feuerwehrleute ihr In Wohnheimen für körperlich und geis-
für aufwendige Schweißverfahren an. Leben, wenn sie bei Löscheinsätzen tig benachteiligte Menschen besteht
In praktischen Löschversuchen mit der brennende Gebäude betreten müs- oftmals das Problem, dass manche
Feuerwehr konnte er die Wirksamkeit sen. Um die Sicherheit der Einsatz- Bewohner aufgrund der Behinderung
seiner Erfindung unter Beweis stellen. kräfte zu erhöhen, entwickelte Jan ihre Zimmertüren nicht selbstständig
Heinemann einen zylinderförmigen, verschließen können, um ihre Privat-
spitz zulaufenden Schlauchaufsatz mit sphäre zu schützen. Nils und Niklas
Düsen. Sein patentierter „Löschigel“ Kronig entwickelten ein Schließsystem,
wird auf Steckleitern der Feuerwehr das es betreuten Menschen mit
befestigt und kann so aus größerer einer Behinderung ermöglicht, ihre
Entfernung in einen Gefahrenbereich privaten Räume bei Bedarf zu ver-
geschoben werden. Dadurch erhöht riegeln. Durch Abgleich von Zutritts-
sich der Sicherheitsabstand. Die stachel- berechtigungen über eine Datenbank
ähnlichen Düsen des Geräts erzielen werden bei Annäherung an die Tür-
zudem eine größere Löschwirkung als module Bewohner und Betreuungs-
ein konventioneller Vollstrahl, da sie das personen anhand von Armbändern
Löschwasser großflächig zerstäuben über Bluetooth identifiziert und das Tür-
und so auch giftige Gase und Aerosole schloss öffnet sich automatisch. Die Tür
niederschlagen. Auf diese Weise kann wird verriegelt, sobald der Bewohner im
ein Feuer effektiv von innen bekämpft Zimmer ist. So kann niemand von außen
werden, ohne dass sich Feuerwehrleute unkontrolliert hineingelangen. Die
in Gefahr begeben müssen. Schließanlage könnte auch in Senioren-
heimen Anwendung finden.11
3. Preis | 1.500 € 4. Preis | 1.000 € 5. Preis | 500 €
Bundesminister für Arbeit und Soziales Bundesminister für Arbeit und Soziales Bundesminister für Arbeit und Soziales
Hubertus Heil, MdB Hubertus Heil, MdB Hubertus Heil, MdB
Sonderpreis – Forschungsauf-
enthalt an der University of Rhode
Island in den USA
University of Rhode Island und Ernst A.
C. Lange-Stiftung
2 11 14
Bayern Sachsen Thüringen
UN D PLATZI E RU NG E N
Samuel Fäßler (18), Saramaria Schreib (18), Dresden Theresa Weber (17), Mühlhausen
Scheidegg-Scheffau Sächsisches Landesgymnasium Sankt Donata Henkel (18), Geisa
Cedric Steiert (17), Afra zu Meißen Celina Stitz (18), Wingerode
Lindenberg im Allgäu
Institut für Hydrobiologie, Technische Staatliches Gymnasium
Gymnasium Lindenberg Universität Dresden „Albert Schweitzer” Erfurt
Schülerforschungszentrum Erfurt
AR BE ITS WE LT BU ND E SSI EG
Vorbeugender Dreifach praktisches Knorpelgewebe aus
Brandschutz im Heu Experimentieren dem 3-D-Drucker
Heustock- und Heuballen- Algen-Wachstumslogger: „Sei mal ganz, Ohr!“ –
temperaturüberwachung Apparatur zur Darstellung Bioprinting einer Ohrmuschel
von Wachstumsprozessen im
Unterricht
Während der Haupteinlagerungszeit Jeder kennt das: Komplexe Sachverhalte Die additive Fertigung, also der
von Heu kommt es oftmals zu Brän- verstehen wir besser, wenn wir sie prak- 3-D-Druck, findet auch in der Medi-
den. Das Heu, das als Heuballen oder tisch anwenden. Das gilt vor allem für zin immer häufiger Anwendung, etwa
in loser Form als Heustock lagert, kann den Schulunterricht. Saramaria Schreib bei der Herstellung individuell auf den
sich durch Blitzschlag oder Eigen- konstruierte eine mikrocontroller- Patienten angepasster Implantate. Im
erwärmung selbst entzünden. Dabei gesteuerte Experimentier-Appara- Fokus steht dabei das Bioprinting, denn
liegt die kritische Temperatur bei ca. tur, die fachübergreifend in Biologie, durch die Verwendung von organischen
70 °C. Durch das von Samuel Fäßler Informatik und Physik genutzt werden Substanzen für den Druck kann sich
und Cedric Steiert entwickelte digitale kann. Mit dem Algen-Wachstumslogger implantiertes Gewebe regenerieren.
Komplettüberwachungssystem kön- lassen sich Wachstumsprozesse ganz Theresa Weber, Donata Henkel und
nen Brandgefahren frühzeitig erkannt praktisch und anschaulich darstellen. Er Celina Stitz zeigten in ihrem Forschungs-
werden. Ihr mit zahlreichen Sensoren ermöglicht die Beobachtung und Auf- projekt, dass der 3-D-Biodruck für die
und Mikrocontrollern ausgestattetes zeichnung des Wachstumsverhaltens Züchtung von Knorpelgewebe der
System überwacht rund um die Uhr die einer Grünalgen-Kultur unter variablen menschlichen Ohrmuschel nutzbar
Temperatur und die Feuchtigkeit im Heu Faktoren wie Temperatur, Salzgehalt ist. Mithilfe eines Smartphones konn-
und kann Landwirte und Feuerwehr oder Beleuchtungsdauer und macht ten sie eine Ohrmuschel anatomisch
rechtzeitig vor einer lokalen Erhitzung die Untersuchung der Auswirkungen so genau scannen und anschließend mit
oder einem entstehenden Brandherd praxisnah erfahrbar. Die Apparatur ist zellhaltigen Biotinten dreidimensional
warnen. Durch diesen vorbeugenden für universitäre und schulische Praktika modellieren. Der Einsatz des Verfahrens
Brandschutz sinkt die Wahrscheinlich- geeignet und kann einfach und ohne im klinischen Alltag könnte künftig mit
keit eines verheerenden Feuers wie großen Kostenaufwand nachgebaut geringem Zeitaufwand die Fertigung
auch die damit verbundenen schwer- werden. von patientenspezifischem Gewebe
wiegenden Folgen. ermöglichen.12
Bundessieg – 1. Preis | 2.500 € 2. Preis | 2.000 €
Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher
Forschungszentren Forschungszentren
Sonderpreis – Einladung zum Werner-Rathmayer-Preis für eine
European Union Contest for originelle Arbeit auf dem Gebiet
Young Scientists der Zoologie | 500 €
European Commission Deutsche Zoologische Gesellschaft e. V.
BUNDESSIEG UND
PLATZIERUNGEN
Europa-Preis für Teilnehmende
am European Union Contest for
Young Scientists
Deutsche Forschungsgemeinschaft
20 26
Brandenburg Nordrhein-Westfalen
Marik Müller (17), Potsdam Benjamin Palm (17), Ratingen
Hermann-von-Helmholtz-Gymnasium, Immanuel-Kant-Gymnasium,
Potsdam Heiligenhaus
Laudatio Spaltung nach Maß Es lebe die Königin!
Marik Müller überzeugte die Jury durch
seine systematische und mit moderns-
ten biochemischen Methoden durch- Inaktivierung des Einfluss von Umweltfaktoren
geführte Arbeit. Die ihm zur Verfügung Antibiotikums Florfenicol auf die Reproduktion der
stehende Infrastruktur nutzt er mit Arbeiterinnenkaste mittels
Thelytokie
großem Forschergeist. Mit seiner Arbeit
schlägt er die Brücke von der Grund- In der Aquakultur wie auch in der Land- Wie halten Ameisen ihre Kolonie am
lagenforschung zu einer möglichen wirtschaft wird häufig das Antibiotikum Leben und welchen Einfluss haben
künftigen Anwendung. Florfenicol verwendet. Überschüsse Umweltfaktoren? Benjamin Palm
davon landen in Böden und Gewässern erforschte diese Frage am Beispiel der
und fördern so die Entstehung resis- südeuropäischen Knotenameise. Er
tenter Keime. Marik Müller entwickelte baute aus Porenbeton und Plexiglas
eine Methode, die das Antibiotikum Nistplätze für drei Kolonien, zwei davon
spaltet, bevor es in die Umwelt gelangt. mit Königin, und beobachtete Eiablage
Er nutzt dafür das Enzym Hydrolase. und Wachstum. Im Ameisenstaat ohne
Mit molekularbiologischen Metho- Königin legten die Arbeiterinnen deut-
den konnte er die Hydrolase in einer lich mehr Eier und die geschlüpften Tiere
besonders aktiven Form in Bakterien waren größer. Das gilt allerdings nur
herstellen und mithilfe der Kernspin- bei Temperaturen um 30 °C und mehr.
resonanzspektroskopie die Spaltung Wenn es kühler wird, sorgt vor allem die
des Florfenicol-Moleküls analysieren. Königin für ausreichend Eier, aus denen
Damit das Verfahren kostengünstig große Ameisen, aber auch die kleinen,
angewendet werden kann, koppelte wichtigen Hilfsarbeiterinnen schlüpfen.
der Jungforscher das Enzym an Träger- Kolonien mit einer Königin haben in der
materialien wie Kieselsäure oder Kiesel- Natur also einen Selektionsvorteil, weil
gel. Dadurch geht die Hydrolase nicht auch in kälteren Regionen und kühleren
verloren und der Antibiotikafilter kann Monaten für ausreichend Nachwuchs
wiederholt verwendet werden. gesorgt ist.13
3. Preis | 1.500 € 4. Preis | 1.000 € 5. Preis | 500 €
Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher
Forschungszentren Forschungszentren Forschungszentren
Sonderpreis – Teilnahme an der
International Wildlife Research
Week in der Schweiz
Stiftung Schweizer Jugend forscht und
Ernst A. C. Lange-Stiftung
27 16 19
Rheinland-Pfalz Bayern Brandenburg
EN
David Sauer (17), Mühlhausen Julia Geuther (18), Hechendorf Konrad Sebastian Frahnert (17),
BIOL OG IE BUN DE SSIE G UND PLAT ZIE RUN G
Gymnasium am Kaiserdom, Speyer Otto-von-Taube-Gymnasium Gauting Teltow
Weinberg-Gymnasium Kleinmachnow
Heidelberger Life-Science Lab am
Deutschen Krebsforschungszentrum
Kein Platz für Unkraut Genschere für die Das Bouquet der
Corona-Forschung Biene
Dihydroxybenzene – eine neue Genetische Invalidation des Eine Frage des Geruchs –
Generation von Herbiziden? SARS-CoV-2-Rezeptors ACE2 Wie Mauerbienen ihre
mithilfe von CRISPR/Cas9 Niströhren erkennen
Brennnesseln sind überall. Aber nur Bakterien bekämpfen feindliche Viren Die meisten Bienen leben alleine und
wenige wissen, dass die Pflanzen mithilfe des Enzyms Cas9. Dieses ohne Staat. Die Weibchen müssen
Stoffe bilden, die das Wachstum von erkennt das Erbgut des Virus und daher ihre Niströhren, in denen sie ihre
Unkräutern hemmen. David Sauer war schneidet es an einer bestimmten Stelle Larven aufziehen, markieren, um sie
daher überzeugt, dass sich aus Brenn- entzwei. Hilft Cas9 auch in der aktuellen nach jedem Flug wiederzufinden. Kon-
nesseljauche umweltverträgliche Her- Forschung zum Angriff des Corona-Virus rad Sebastian Frahnert wollte wissen,
bizide herstellen lassen. Er behandelte auf menschliche Zellen? Um das zu klä- welche Duftstoffe die Mauerbienen in
Samen des Unkrauts Ackerschmalwand ren, befasste sich Julia Geuther mit dem seinem Garten dafür nutzen. Er präpa-
mit der Jauche und fand heraus, dass Rezeptor ACE2, über den SARS-CoV-2 rierte mehrere Niströhren, sammelte
sich dadurch 40 bis 70 Prozent weni- die Zelle angreift. Aus der DNA für ACE2 mit Filterpapier am Eingang die Subs-
ger Keime bilden. Anschließend ana- wählte sie eine kurze Sequenz aus, kop- tanzen und analysierte sie. Ergebnis:
lysierte der Jungforscher den Brenn- pelte sie an die Genschere Cas9 und Das Bouquet der weiblichen Mauer-
nesselextrakt mit chromatografischen vermehrte sie in Bakterien im Labor. biene besteht aus mehreren Dutzend
und fotometrischen Methoden. Drei Die Sequenz isolierte die Jungforscherin Kohlenwasserstoffen, Fettsäuren und
der Wirkstoffe gehören zur Gruppe der anschließend und schleuste sie in Alkoholen. Die meisten stammen ver-
Dihydroxybenzene, die den Wasser- menschliche Darmkrebszellen ein. Dort mutlich aus der Haut des Tieres und aus
transport in den Zellen stören. Über- deaktiviert Cas9 gezielt den Rezeptor. Drüsensekreten. Die chemischen Ana-
raschend sind Ergebnisse seiner Mit diesem Zellmodell lässt sich nun lysen zeigten auch, dass Bienenweib-
statistischen Berechnungen: Die herbi- untersuchen, ob das Corona-Virus auch chen ihre Duftmarke häufiger wechseln:
ziden Wirkungen der Einzelsubstanzen ohne ACE2-Zellen angreifen kann und Die Markierungen sind zwar individuell,
addieren sich nicht, sondern schwächen ob der Rezeptor als Ansatzstelle für ändern sich aber durchaus in der che-
sich eher gegenseitig ab. Medikamente geeignet ist. mischen Zusammensetzung.14
Bundessieg – 1. Preis | 2.500 € 2. Preis | 2.000 €
Fonds der Chemischen Industrie im Fonds der Chemischen Industrie im
Verband der Chemischen Industrie e. V. Verband der Chemischen Industrie e. V.
BUNDESSIEG UND
PLATZIERUNGEN
41 33
Sachsen Baden-Württemberg
Nikola Ristic (18), Leipzig Helen Hauck (18), Radolfzell
Wilhelm-Ostwald-Schule, Leipzig Nellenburg-Gymnasium Stockach
Institut für Medizinische Physik und Schülerlabor der Universität Konstanz
Biophysik, Universität Leipzig
Laudatio Tiefer Blick ins Schutz für den Buchs
Nikola Ristic überzeugte die Jury
Molekül
durch die intensive Einarbeitung in die
komplexe Problematik seiner Frage- Wissenschaftliche Züns-Ex – die biochemische
stellung und sein tiefes Verständnis Webprogrammierung zur Waffe gegen den Buchsbaum-
der fachlichen Zusammenhänge. Sein Analyse und Visualisierung zünsler
von Molekülstrukturen
konsequentes Umsetzen der Metho-
dik resultierte in einem professionel- Damit Proteine ihre Funktionen im Bei einer Wanderung im Schwarzwald
len Forschungswerkzeug mit hoher Körper erfüllen können, ist ihre drei- fiel Helen Hauck auf, dass viele Pflanzen
Benutzerfreundlichkeit. dimensionale Struktur entscheidend. stark von Insekten befallen waren – mit
Nikola Ristic widmete sich hier zwei Ausnahme des Indischen Springkrauts.
wichtigen Aspekten: zum einen den Die Pflanze produziert offensichtlich
Wassermolekülen, die oft im Innern Substanzen, die Schädlinge abwehren.
großer Moleküle versteckt liegen und Die Jungforscherin extrahierte die
chemische Reaktionen beeinflussen, Inhaltsstoffe der Blätter des Springkrauts
sowie zum anderen der Packungs- mit verschiedenen Lösungsmitteln und
dichte, die ein Indiz für die Stabilität von untersuchte in Fressversuchen, welcher
Proteinen ist. Der Jungforscher arbei- der Extrakte Buchsbaumzünsler und
tete insbesondere mit dem Computer- Mehlwürmer am stärksten abschreckt.
programm Voronoia. Damit kann die Um den Abwehrstoff zu identifizieren,
Dichte von Molekülen und deren Hohl- analysierte sie den wirksamsten Extrakt
räume berechnet werden. Er optimierte mit Chromatografie und Massen-
das Programm und analysierte damit spektroskopie. Sie entdeckte die Subs-
rund 160 000 Proteine und RNA-Mole- tanz 2M-NQ, einen Abkömmling des
küle, deren Daten er in einer eigenen Naphthalins. 2M-NQ könnte demzu-
Datenbank abspeicherte. Mit seinem folge als Basis für ein neues Spritzmittel
Webtool ist es künftig möglich, die dienen, das künftig wertvolle Buchs-
innere Struktur und die Dichte von baumhecken vor dem weitverbreiteten
Molekülen innerhalb kurzer Zeit sicht- Zünsler schützt.
bar zu machen.00
15
3. Preis | 1.500 € 4. Preis | 1.000 € 5. Preis | 500 €
Fonds der Chemischen Industrie im Fonds der Chemischen Industrie im Fonds der Chemischen Industrie im
Verband der Chemischen Industrie e. V. Verband der Chemischen Industrie e. V. Verband der Chemischen Industrie e. V.
Preis für eine Arbeit auf Preis für eine Arbeit auf dem
dem Gebiet der chemischen Gebiet der Biotechnologie | 1.000 €
Nanotechnologie | 1.000 € Fonds der Chemischen Industrie im
Fonds der Chemischen Industrie im Verband der Chemischen Industrie e. V.
Verband der Chemischen Industrie e. V.
34 39 44
Bayern Nordrhein-Westfalen Thüringen
Lukas Dellermann (18), Grettstadt Steffen Benkhoff (19), Greven Clara Sophie Buchwald (18), Erfurt
PLATZI E RU NG E N
Alexander-von-Humboldt-Gymnasium Maximilian-Kolbe-Gesamtschule, Dorothea Thomas (18), Erfurt
Schweinfurt Saerbeck Bastian Preuk (18), Sömmerda
Staatliches Gymnasium „Albert
Schweitzer” Erfurt
C HE MIE BU ND E SSI EG UN D
Pimp den Kunststoff Naturstoff statt Besser mit Bioplastik
Schwermetall
Einfluss nanoskaliger Additive Untersuchung organischer Das kann in die Biotonne –
auf die Eigenschaften von Anodensubstanzen zur Gewinnung des Biokunststoffs
Kunststoffkompositen Verwendung in Redox-Flow- Polyhydroxyalkanoat aus
Systemen Bakterien
Winzig kleine Nanopartikel können Ein Vorteil von Redox-Flow-Batterien ist, Sind Biokunststoffe eine umweltfreund-
die Eigenschaften von Kunststoffen dass ihre flüssigen Elektrolyte mithilfe liche Alternative zu herkömmlichem
verändern und verbessern. Dafür ist unterschiedlicher Substanzen Strom Plastik? Clara Sophie Buchwald, Doro-
es wichtig, dass sie sich gleichmäßig erzeugen und speichern können. Steffen thea Thomas und Bastian Preuk sind
im Material verteilen und nicht ver- Benkhoff wollte wissen, ob organische von den Vorteilen des Biokunststoffs
klumpen. Lukas Dellermann stellte aus Stoffe wie Chlorogensäure oder Gallus- PHA, der von Bakterien synthetisiert
Polyesterharz, Härter und dem Additiv säure für die Anode in Redox-Flow-Bat- wird, überzeugt. Mithilfe des Boden-
Aluminiumoxid Probekörper her und terien geeignet sind. Seine Messungen bakteriums Cupriavidus necator stellten
analysierte deren Härte und Belast- mit einer selbst gebauten galvanischen sie verschiedene PHA-Varianten her
barkeit. Er stellte fest, dass der Kunst- Zelle zeigten, dass Chlorogensäure eine und extrahierten die Biomasse mit dem
stoff mehr Druck- und Schlagbelastung mögliche Alternative zu dem sonst ver- Lösungsmittel Propylencarbonat. Nach
aushält, wenn Partikel mit einer Größe wendeten giftigen Vanadium in den Reinigung und Trocknung konnten die
von nur 13 Nanometern zugemischt Elektrolyten sein könnte. Der natürliche drei durch Infrarotspektroskopie nach-
werden. Bei größeren Partikeln mit Pflanzeninhaltsstoff, der beispielsweise weisen, dass ihr Biokunststoff eine
40 Nanometern war das nicht der Fall. in Kaffeebohnen vorkommt, liefert bei Reinheit von über 95 Prozent hat. Die
Die mögliche Erklärung: Eine homo- geringen Konzentrationen eine hohe Umwelt profitiert so mehrfach: Für die
gene Verteilung des Additivs im Harz Spannung und Stromstärke. Ob er sich Herstellung wird kein Erdöl verbraucht
ist schwierig zu erreichen. Unter dem auch für einen kommerziellen Einsatz und das PHA ist biologisch abbaubar.
Rasterelektronenmikroskop konnte der in Redox-Flow-Batterien eignet, will der Die Experimente zeigten zudem, dass
Jungforscher sichtbar machen, dass Jungforscher noch untersuchen. Propylencarbonat giftiges Chloroform
vor allem die größeren Partikel Mini- ersetzen kann, das normalerweise für
klümpchen bilden, was deren Wirkung die Biomassen-Extraktion genutzt wird.
abschwächt.16
Bundessieg – 1. Preis | 2.500 € 2. Preis | 2.000 €
stern stern
Sonderpreis – Einladung zum Sonderpreis – Teilnahme am
European Union Contest for Stockholm Junior Water Prize in
Young Scientists Schweden
European Commission Stockholm International Water Institute
BUNDESSIEG UND
PLATZIERUNGEN Europa-Preis für Teilnehmende
am European Union Contest for
Young Scientists/
Deutsche Forschungsgemeinschaft
Preis für eine Arbeit auf dem
Gebiet der Astronomie | 1.000 €
Astronomische Gesellschaft e. V.
52 45
Nordrhein-Westfalen Baden-Württemberg
Lukas Weghs (17), Kempen Isabell Seibel (16), Tuttlingen
Thomaeum – Städtisches Gymnasium Melina Reckermann (16),
Kempen Wurmlingen
Institut für Planetenforschung, Immanuel-Kant-Gymnasium Tuttlingen
Deutsches Zentrum für Luft und
Raumfahrt, Berlin Schülerforschungszentrum
Südwürttemberg, Tuttlingen
Laudatio Algorithmen suchen Die ökologische
Die Jury begeisterte die sehr profes-
ferne Monde Silphie
sionelle Arbeit. Sie ist mathematisch,
astronomisch und computertechnisch Photometric search for Landwirtschaft auf Kosten
exzellent umgesetzt. Sie erfüllt die Exomoons by using deep der Umwelt? Auswirkung
Ansprüche an eine begutachtete Publi- learning and a convolutional verschiedener Pflanzen auf
neural network Böden
kation in einem führenden Fachjournal.
Die Resultate von Lukas Weghs sind Astronomen kennen mehr als 4 000 Exo- Nachdem das Image von Biogas durch
hochinteressant und adressieren ein planeten. Das sind Himmelskörper, die riesige Maisfelder gelitten hat, wird die
spannendes Forschungsfeld. Sie sind um einen anderen Stern als die Sonne Durchwachsene Silphie als ökologisch
zukunftsweisend durch die kreative kreisen. Allerdings konnte bei keinem vorteilhafte Alternative diskutiert. Isa-
und synergetische Kombination von davon bislang ein dazugehöriger Mond bell Seibel und Melina Reckermann
Astronomie und künstlicher Intelligenz. sicher nachgewiesen werden, obwohl es verglichen die Auswirkungen von Sil-
einige mögliche Kandidaten gibt. Lukas phie und Mais auf Boden und Wasser-
Weghs schrieb ein selbstlernendes haushalt, indem sie sowohl bestehende
Programm für einen Hochleistungs- Felder analysierten als auch Kulturen
rechner, das hilft, mögliche Exomonde in eigenen Boxen anlegten. Ihre Ergeb-
zu identifizieren. Das geschieht mittels nisse sprechen für die Silphie: Sie regu-
der Transitmethode, mit der auch Exo- liert den Wasserhaushalt des Bodens
planeten detektiert werden: Sobald ein besser und senkt so das Risiko von
Himmelskörper aus Sicht der Erde vor Nitratauswaschung. Zudem bildet sie
einem Stern vorbeizieht, senkt er des- mehr Humus als der Mais, was den
sen Helligkeit minimal nach einem defi- Bodenorganismen zugutekommt, und
nierten Muster. Ein vorhandener Exo- sie ist insektenfreundlich. Eine „Wunder-
mond würde dieses Muster noch etwas pflanze“ ist die Silphie nach Ansicht der
mehr verändern. So helfen die Algorith- Jungforscherinnen nicht, aber sie macht
men des Jungforschers, astronomische Biogas umweltfreundlicher, nicht zuletzt,
Helligkeitsmessungen nach Spuren von weil sie ohne jährlichen Herbizideinsatz
Exomonden zu durchsuchen. auskommt.17
3. Preis | 1.500 € 4. Preis | 1.000 € 5. Preis | 500 €
stern stern stern
Preis für eine Arbeit zum Thema
„Klimaschutz“ | 1.500 €
Bundesministerin für Umwelt,
Naturschutz und nukleare Sicherheit
Svenja Schulze
SSIE G UND PLAT ZIE RUN G E N
51 53 47
Niedersachsen Rheinland-Pfalz Bayern
Ole Benstem (18), Hildesheim Felix Heim (19), Hillscheid Lisa Schreyer (18), Bad Reichenhall
Bischöfliches Gymnasium Josephinum, Florian Heim (19), Hillscheid Gymnasium der CJD
Hildesheim Christophorusschulen Berchtesgaden,
Privates Johannes-Gymnasium, Schönau am Königssee
Lahnstein
Schülerforschungszentrum Berchtes-
gadener Land, Berchtesgaden
G EO - UND RAU MWIS SE NSC HAF TE N BUN DE
Unruhe der Wenn Steine die Hitze Seebad als
Erdatmosphäre verstärken Partikelquelle
überlistet
Untersuchung des Ein Vergleich von Mikroplastik in Alpenseen –
astronomischen Seeings Schottergarten und Rasenfläche Detektion mittels
durch Aperturfotometrie von in ihrem Einfluss auf das Nilrot-Färbung
Strichspuren Mikroklima
Fotografiert man Sterne in Langzeit- Mancher Hauseigentümer entscheidet Feinste Plastikpartikel sind inzwischen
aufnahme, ohne die Kamera astrono- sich heute für eine Schotterfläche fast überall in der Umwelt zu finden. Lisa
misch nachzuführen, hinterlassen die anstelle einer Grünfläche vor dem Haus. Schreyer nahm sich die Ufersedimente
Himmelskörper auf dem Bild Strich- Felix und Florian Heim wollten wissen, von zwei bayerischen Seen vor und ent-
spuren. Da diese den zeitlichen Ver- welche Auswirkung diese Garten- wickelte ein einfaches Verfahren zum
lauf der sichtbaren Helligkeit des gestaltung auf das kleinräumige Klima Nachweis der Kunststoffe. Ihre Proben,
betreffenden Sterns widerspiegeln, lässt hat. Auf zwei nebeneinander liegenden die sie an jeweils vier Stellen der Seen
sich anhand der Spur für jeden Zeitpunkt Versuchsfeldern – eines mit Schot- entnahm, behandelte sie im Labor mit
das sogenannte Seeing, also das Maß ter, eines mit Rasen – bauten sie zwei dem fluoreszierenden Farbstoff Nilrot.
der Bildunschärfe durch Luftunruhe, identische Messstationen auf. Damit Da dieser sich speziell an die Polymere
ermitteln. Ole Benstem analysierte ent- erfassten sie mehrere Monate lang die bindet, lassen sich die gesuchten Mikro-
sprechende Himmelsaufnahmen mit meteorologischen Größen und fanden partikel anschließend aufgrund der
einer selbst entwickelten Software. Auf heraus, dass sich sowohl der Boden des Wellenlänge des zurückgestrahlten Lich-
Basis seiner Daten lassen sich Stern- Schottergartens als auch die Luftschicht tes per Mikroskop leicht identifizieren.
fotos digital korrigieren, indem die für direkt darüber bei starker Sonnenein- Den höchsten Partikelwert wies die
jeden Aufnahmezeitpunkt bekannten strahlung besonders schnell und stark Jungforscherin in der Nähe eines See-
Störungen durch die Erdatmosphäre erwärmte. Über dem Gras war die Luft- bades nach – ein Indiz dafür, dass dort
passgenau herausgefiltert werden kön- feuchtigkeit zudem höher und der Gras- besonders viel Plastikmüll in die Umwelt
nen. Damit lassen sich Helligkeit und boden speicherte die Niederschläge eingetragen wird, der dann im Laufe der
Position von Himmelskörpern trotz der länger. Aus ökologischen Gründen leh- Jahre in kleinste Teile zerfällt und sich im
unruhigen Lufthülle der Erde noch prä- nen die Jungforscher Schottergärten Sediment ablagert.
ziser bestimmen. daher ab.18
Bundessieg – 1. Preis | 2.500 € 2. Preis | 2.000 €
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung
der angewandten Forschung e. V. der angewandten Forschung e. V.
Sonderpreis – Einladung
zum London International
Youth Science Forum
Ernst A. C. Lange-Stiftung
BUNDESSIEG UND
PLATZIERUNGEN
61 67
Bayern Hessen
Jonathan Hähne (18), Hallbergmoos Luca Iffland (19), Frankfurt
Technische Universität München, Johann Wolfgang Goethe-Universität
Garching bei München Frankfurt
Laudatio Tolle Bilder aus dem Physik in vier
Die Jury hat die Stringenz beeindruckt,
Computer Dimensionen
mit der Jonathan Hähne die Aufgaben-
stellung anging. Obwohl aktuell sehr Echtzeit-Raytracing auf Bewegungsgleichung eines
viel auf diesen Gebieten gearbeitet wird, Adaptively-Sampled Distance Teilchens im Magnetfeld als
ist die angewandte Methode geeignet, Fields Lösung einer quaternionen-
wertigen Dgl.
3-D-Rendering in Echtzeit breiter und
auf schwächerer Hardware verfügbar Spiele und Kinofilme verblüffen heute Fliegen kleine geladene Teilchen durch
zu machen. Von der Anwendung mathe- mit erstaunlich realistischen Computer- ein Magnetfeld, werden sie in ihrer Flug-
matischer Methoden bis zur effizienten animationen. Für die tollen Bilder sorgt bahn abgelenkt. Das geschieht unter
Programmierung hat er alle Probleme unter anderem ein Verfahren namens anderem in Teilchenbeschleunigern
hervorragend gelöst. Raytracing: Die Software errechnet wie dem Large Hadron Collider in Genf,
den Verlauf eines jeden Lichtstrahls aber auch im fernen Kosmos, etwa in
und erlaubt eine realitätsnahe Dar- der Nähe von Schwarzen Löchern. In
stellung etwa von Reflexen. Allerdings seinem Forschungsprojekt untersuchte
ist die Methode aufwendig und erst Luca Iffland die Bewegung winziger
seit Kurzem in Echtzeit anwendbar – Teilchen in Magnetfeldern im Detail. Er
vorteilhaft insbesondere für Spiele. verwendete dabei einen besonderen
Jonathan Hähne entwarf den Prototyp mathe matischen Ansatz – die so-
einer neuartigen echtzeitfähigen Ray- genannten Quaternionen. Sie ähneln
tracing-Software. Diese hat unter ande- den üblichen Vektoren, sind jedoch
rem das Potenzial, Rundungen besser nicht im vertrauten dreidimensionalen
abzubilden als die üblichen Algorith- Raum zu finden, sondern in der abs-
men. Als Herausforderung erwies sich trakten Vierdimensionalität. Mit diesem
der Speicherbedarf: Der Jungforscher Ansatz gelang es dem Jungforscher, die
musste sich ein paar ausgefeilte Tricks Bewegungsgleichungen nicht nur für
einfallen lassen, um ein Überlaufen gleichmäßige, homogene Magnetfelder
des Speichers beim Rechenvorgang zu herzuleiten, sondern zum Teil auch für
verhindern. unregelmäßige Magnetfelder.00
19
3. Preis | 1.500 € 4. Preis | 1.000 € 5. Preis | 500 €
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung
der angewandten Forschung e. V. der angewandten Forschung e. V. der angewandten Forschung e. V.
Sonderpreis – Teilnahme an der Konrad-Zuse-Jugendpreis für
Expo-Sciences Luxembourg Informatik der Eduard-Rhein-
Fondation Jeunes Scientifiques Stiftung | 1.500 €
Luxembourg Eduard-Rhein-Stiftung
59 69 72
N E RU NG E N
Baden-Württemberg Niedersachsen Nordrhein-Westfalen
NG ETZI
Can Lehmann (17), Ingersheim Kai Schmidt-Brauns (18), Wolfsburg Simon Sure (17), Kempen
D PLA
Friedrich-Schiller-Gymnasium, Marbach Phoenix Gymnasium Wolfsburg- Thomaeum – Städtisches Gymnasium
am Neckar Vorsfelde Kempen
UN E RU
Schülerforschungslabor
EGTZI
Kepler-Seminar e. V., Stuttgart
ND E
BU UN
SSI EG PLA
DSSI
Automatische Uhr aus dem Unkraut-Jäter der
MAETIK
Ableitung 3-D-Drucker Zukunft
ORND
INFBU
Domänenspezifische Berechnung der Profilkurve Entwicklung eines günstigen,
Sprache für differenzierbare einer Hemmung für selbst balancierenden und
C HE/MIE
Programmierung die Konstruktion eines autonomen Landwirtschafts-
mechanischen Uhrwerks roboters
MATH E MATIK
Irgendwann ist sie Thema im Mathematik- Mechanische Uhren sind kleine Meister- Roboter finden sich immer häufiger
unterricht: die Ableitung einer Funktion. werke, ihr Inneres besteht aus einem im Alltag, etwa als Staubsauger- oder
Sie hilft unter anderem dabei, Höchst- komplexen Ensemble von Zahnrädern, Rasenmähroboter. Simon Sure setzte
und Tiefstwerte auszurechnen. Doch Stiften und Federn. Eines der Kernbau- sich in seinem Forschungsprojekt zum
Ableitungen spielen auch in der Infor- teile ist die sogenannte Hemmung. Sie Ziel, die Landwirtschaft zu unterstützen
matik eine wichtige Rolle. So etwa auf sorgt letztlich dafür, dass die Uhr wirklich und einen Roboter für den Acker zu
dem zukunftsträchtigen Feld der künst- gleichmäßig tickt. In seinem Forschungs- konstruieren. Dazu verwendete er den
lichen Intelligenz (KI). Can Lehmann ent- projekt entwickelte Kai Schmidt-Brauns Antrieb eines gebrauchten Hoverboards,
wickelte in seinem Forschungsprojekt ein eigenes, komplett selbst konstru- also eines zweirädrigen Gefährts, das
eine neue Programmiersprache. Sie iertes mechanisches Uhrwerk inklusive selbstständig balancieren kann. Die-
bildet automatisch die Ableitungen von eines raffinierten Mechanismus für die ses bestückte er mit einem Kompass,
den mathematischen Operationen, aus Hemmung. Grundlage dabei waren prä- Bewegungssensoren, mehreren Kame-
denen neuronale Netzwerke bestehen. zise theoretische Berechnungen. Per ras und einem Kleinstrechner mitsamt
Wenn Forscher neuartige mathemati- 3-D-Drucker stellte der Jungforscher selbst geschriebener Software. Das ver-
sche Operationen für neuronale Netz- die Bauteile selbst her und setzte sie setzt den Roboter in die Lage, Pflanzen
werke entwickeln, müssen sie normaler- zu einem funktionierenden Uhrwerk zu erkennen und seine Umgebung zu
weise aufwendige Programmcodes zusammen. Mit einer anschließenden kartieren, um zielsicher über das Feld
schreiben und die Ableitungen hän- Messreihe bewies er, dass mathema- navigieren zu können. Derzeit tüftelt der
disch bilden. Mithilfe der Programmier- tische Kalkulationen und physikalische Jungforscher an einem Roboterarm, der
sprache des Jungforschers wird ihnen Wirklichkeit sehr gut zusammenpassen. Unkraut kleinhäckseln und dem Acker-
diese Arbeit erleichtert. Zudem sind boden als Dünger untermischen kann.
die Operationen auch sehr schnell, da
automatisch komplexe Laufzeitoptimie-
rungen angewandt werden.20
Bundessieg – 1. Preis | 2.500 € 2. Preis | 2.000 €
Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung
der Wissenschaften e. V. der Wissenschaften e. V.
Sonderpreis – Einladung zum Sonderpreis – Einladung zum
European Union Contest for London International Youth
Young Scientists Science Forum
European Commission Ernst A. C. Lange-Stiftung
BUNDESSIEG UND
PLATZIERUNGEN
Europa-Preis für Teilnehmende
am European Union Contest for
Young Scientists
Deutsche Forschungsgemeinschaft
77 82
Baden-Württemberg Hamburg
Leonard Münchenbach (17), Aruna Sherma (19), Hamburg
Emmendingen Stadtteilschule Walddörfer, Hamburg
Gewerbliche und Hauswirtschaftlich-
Sozialpflegerische Schulen
Emmendingen
Leo Neff (17), Emmendingen
Goethe-Gymnasium Emmendingen
aluMINTzium, Emmendingen
Laudatio Konfetti-Wissenschaft Bildgebende
Leonard Münchenbach und Leo Neff
Nanoteilchen
zeigten an einem Alltagsphänomen
eindrucksvoll, wie durch geschickte Physikalische Beschreibung Neuartige SPIONs als
Vereinfachung und systematische und Modellierung des Fluges alternatives MRT-Kontrastmittel
Beobachtung physikalische Gesetze von Papierstreifen
in komplexen Problemen gefunden
werden. Durch effizienten Einsatz von Wird eine Konfettikanone abgefeuert, Die Magnetresonanztomografie (MRT)
einfachen Aufbauten und Bildanalyse folgt ein turbulentes Schauspiel: Aber- zählt zu den wichtigsten Bildgebungs-
erkannten sie überraschende Abhängig- hunderte von Papierschnipseln wirbeln verfahren in der Medizin. Sie erlaubt es
keiten mit großem Gültigkeitsbereich. in abenteuerlichen Flugkurven durch auf schonende Weise, 3-D-Aufnahmen
die Luft. Leonard Münchenbach und aus dem Körperinneren zu erstellen. Um
Leo Neff widmeten sich diesem Phä- die Bildqualität zu steigern, wird oft ein
nomen in ihrem Forschungsprojekt Kontrastmittel verabreicht, das auf dem
mit wissenschaftlicher Akribie. Sie Element Gadolinium basiert. Dieses
konstruierten ein Gestell, das kleine kann sich jedoch im Gewebe anreichern
Papierstreifen auf immer gleiche Weise und in seltenen Fällen eine Erkrankung
zu Boden fallen ließ. Eine Zeitlupen- verursachen. Daher suchte Aruna
kamera filmte das Geschehen und eine Sherma in ihrer Forschungsarbeit nach
Computersoftware half bei der Analyse einer Alternative. Mithilfe aufwendiger
der Aufnahmen. Auf diese Weise unter- chemischer Herstellungsverfahren ent-
suchten die Jungforscher die unter- wickelte sie mehrere Varianten eines
schiedlichsten Streifenformen, manche gadoliniumfreien Kontrastmittels, basie-
lang und schmal, andere kurz und breit. rend auf Nanopartikeln aus Eisenoxid.
Als Ergebnis fanden sie unter anderem Die Analysen verliefen vielversprechend:
eine Formel, mit der sich präzise aus- So wie es aussieht, könnten einige der
rechnen lässt, wie schnell Papierstreifen Kandidaten durchaus als effektive, nicht
von einer bestimmten Form und Größe giftige Kontrastmittel taugen.
beim Herunterfallen rotieren.21
3. Preis | 1.500 € 4. Preis | 1.000 € 5. Preis | 500 €
Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung
der Wissenschaften e. V. der Wissenschaften e. V. der Wissenschaften e. V.
Sonderpreis – Einladung
zum London International
Youth Science Forum
Ernst A. C. Lange-Stiftung
Preis für eine Arbeit mit Bezug
zu Sicherheit in Chemie und
Werkstofftechnik | 500 €
Adolf-Martens-Fonds e. V.
88 90 81
Saarland Sachsen-Anhalt Brandenburg
PHY SIK BUN DE SSIE G UND PLAT ZIE RUN G E N
Max Dorzweiler (15), Schwalbach Martin Rauch (18), Halle (Saale) Finn Michler (19), Berlin
Jan Dajnec (15), Ensdorf Gymnasium Südstadt Halle (Saale) Hermann-von-Helmholtz-Gymnasium,
Potsdam
Max-Planck-Gymnasium, Saarlouis
Lichtshow mit Präziser Blick ins Der Honigschnecke
Seifenblasen Material auf der Spur
Lightwhiskers/branched Laterale Auflösung in der Effekte im fallenden viskosen
flow of light Positronen-Annihilations- Flüssigkeitsstrom
Lebensdauerspektroskopie
Im Juli 2020 vermeldete ein israelisch- Viele Materialien besitzen eine Kristall- Lässt man Honig von einem Holzstab
amerikanisches Forschungsteam die struktur. Allerdings sind die meisten nach unten fließen, ist ein interessan-
Entdeckung eines verblüffenden opti- Kristalle alles andere als perfekt, sie tes Phänomen zu beobachten: Wo er
schen Effekts: Streift ein Laserstrahl besitzen winzige Makel und Defekte. auftrifft, rollt sich der Honigstrahl zu
eine Seifenblase, kann er sich in Dut- Mitunter können diese Defekte Werk- einem schneckenartigen Gebilde auf.
zende feinere Strahlen aufspalten – stoffeigenschaften negativ beeinflussen Der Grund dafür ist, dass die Flüssig-
ähnlich einem Baumstamm, der sich und das Material spröde und brüchig keit unten langsamer abfließen kann,
in immer dünnere Äste verzweigt. Max machen. Glücklicherweise gibt es zer- als sie von oben nachkommt. Diesen
Dorzweiler und Jan Dajnec konstruier- störungsfreie Prüfverfahren, die solche Effekt nahm Finn Michler in seinem
ten mithilfe eines 3-D-Druckers eine Mängel aufspüren können. Eine dieser Forschungsprojekt genauer unter die
Apparatur, die solche Seifenblasen von Methoden entwickelte Martin Rauch in Lupe und verglich ihn mit dem Verhalten
gleichbleibender Qualität erzeugen seinem Forschungsprojekt weiter – die weniger dickflüssiger Stoffe. Er konstru-
kann. Zudem ließen sie sich einen raf- sogenannte Positronen-Annihilations- ierte unter anderem einen Versuchs-
finierten Mechanismus einfallen, bei Lebensdauerspektroskopie. Dabei aufbau, bei dem die verschiedenen
dem eine Glasfaser das grüne Licht dringen winzige radioaktive Teilchen als Flüssigkeiten aus unterschiedlichen
eines Lasers zur Seifenblase leitet. Nach Minisonden ins Material ein und geben Höhen nach unten fielen. Dann stellte er
einiger Tüftelei gelang es ihnen, das Auskunft über dessen Inneres. Der Jung- mithilfe von Kamerabildern fest, unter
faszinierende Lichtspektakel selbst zu forscher nutzte spezielle radioaktive welchen Bedingungen das Schnecken-
erzeugen. Darüber hinaus entwickelten Salzlösungen als Positronenquelle und phänomen einsetzte. Im Prinzip könnte
sie ein Gerät zur Messung der Dicke der konnte dadurch die Auflösung bei die- der Effekt, so das Resümee des Jung-
Seifenmembran, um das Phänomen so ser Methode merklich verbessern. forschers, künftig das 3-D-Drucken
noch weiter zu erforschen. beschleunigen.22
Bundessieg – 1. Preis | 2.500 € 2. Preis | 2.000 €
Verein Deutscher Ingenieure e. V. Verein Deutscher Ingenieure e. V.
Preis für eine Arbeit zum Preis für eine Arbeit auf dem
Thema „Zukunftsorientierte Gebiet der Robotik | 1.000 €
Technologien“ | 1.500 € Deutsches Zentrum für Luft- und
Bundesministerin für Bildung und Raumfahrt
Forschung Anja Karliczek, MdB
BUNDESSIEG UND
PLATZIERUNGEN
93 106
Baden-Württemberg Nordrhein-Westfalen
Tobias Neidhart (18), Konstanz Loukas Kordos (18), Dinslaken
HTWG Hochschule Konstanz Technik, Otto-Hahn-Gymnasium Dinslaken
Wirtschaft und Gestaltung
SchülerForschungsZentrum
am Berufskolleg Kleve e. V.
Laudatio Massive Mechanischer
Tobias Neidhart überzeugte die Jury
Druck-Beschleunigung Zweibeiner
durch die exzellente, technologisch
fokussierte, wenig verspielte und sehr SpeedX – optimierter Roboter als Helfer in der Not –
produktnahe Weiterentwicklung eines Kunstharz-3-D-Drucker Schützen sie zukünftig bei
kommerziellen 3-D-Druckers und seine Gefahren vor dem Tod?
insgesamt sehr umfangreiche mecha-
tronische Systemarchitektur. Es gibt sie noch nicht lange, aber in Der Gang auf zwei Beinen ist für Robo-
der Welt der Technik sind 3-D-Drucker ter nach wie vor eine Herausforderung:
nicht mehr wegzudenken. Prototypen Es gilt, zuverlässig die Balance zu halten
etwa lassen sich mit ihnen schnell und und zugleich möglichst flott voranzu-
unkompliziert herstellen. Ein Manko kommen. In seinem Forschungsprojekt
ist allerdings die Geschwindigkeit der entwarf Loukas Kordos das Konzept
Geräte: Der Druckprozess dauert für einen solchen mechanischen Zwei-
zumeist recht lang. Diesem Problem beiner. Er fand heraus, welche Art
widmete sich Tobias Neidhart in seinem von Elektromotoren sich besonders
Projekt: Er beschleunigte einen speziel- dafür eignen. Um seine Entwürfe zu
len Druckertyp, bei dem ein zähflüssiges testen und zu optimieren, entwickelte
Harz mit UV-Licht belichtet wird, um der Jungforscher eine aufwendige
so Schicht für Schicht auszuhärten. Computersimulation. Mit ihr lässt sich
Zusätzlich zu einer flächigen UV-Lampe kostengünstig überprüfen, wie eine
bestückte er das Gerät mit einem leistungsfähige Steuerungssoftware
Ultraschallsender. Dieser erwärmt das für die Roboterbeine aussehen sollte.
Kunstharz und bewirkt so eine schnel- Zum Einsatz kommen könnten solche
lere Aushärtung. Dadurch nimmt die Roboter eines Tages in Situationen,
Geschwindigkeit des 3-D-Druckvor- die für den Menschen gefährlich sind –
gangs um das Fünffache zu. Der Jung- zum Beispiel bei Großbränden oder in
forscher hat den Einsatz von Ultraschall Katastrophengebieten.
zum Patent angemeldet.23
3. Preis | 1.500 € 4. Preis | 1.000 € 5. Preis | 500 €
Verein Deutscher Ingenieure e. V. Verein Deutscher Ingenieure e. V. Verein Deutscher Ingenieure e. V.
Preis für eine Arbeit auf dem Preis für eine Arbeit auf dem
Gebiet der Elektronik, Energie- Gebiet der Technik | 500 €
oder Informationstechnik | 1.000 € Heinz und Gisela Friederichs Stiftung
VDE Verband der Elektrotechnik
Elektronik Informationstechnik e. V.
113 105 95
Thüringen Nordrhein-Westfalen Bayern
PLATZI E RU NG E N
Felix Reißmann (18), Berga/Elster Leon Hausmann (17), Bottrop Tobias Wanierke (18), Neuenmarkt
Niklas Geißler (18), Lina Tebourski (16), Bottrop Josias Neumüller (18), Kasendorf
Mohlsdorf-Teichwolframsdorf
Moritz Schaub (18), Heinrich-Heine-Gymnasium Bottrop Markgraf-Georg-Friedrich-Gymnasium
Mohlsdorf-Teichwolframsdorf Kulmbach
Ulf-Merbold-Gymnasium Greiz
TEC HN IK BU ND E SSI EG UN D
Selbstfahrendes Roboterhand ahmt Warnschilder für die
Miniauto Menschen nach Feuerwehr
Entwicklung eines Fahrzeug- Bionic Hand EasyVision
modells auf der Grundlage des
autonomen Fahrens
Konventionelle Modellautos lassen sich Die menschliche Hand ist ein kleines Feuerwehrleute haben mitunter einen
per Fernsteuerung über Gehwege und Wunderwerk und kann selbst fein- gefährlichen Job. Löschen sie in einem
Parkplätze lenken. Dagegen kann das motorische Herausforderungen souve- Gebäude einen Brand, nimmt ihnen
Minigefährt, das Felix Reißmann, Niklas rän meistern, etwa das Einführen eines starker Rauch dabei oftmals die Sicht
Geißler und Moritz Schaub konstruier- Fadens in ein Nadelloch. Mithilfe eines und sie müssen weitgehend blind
ten, ganz von selbst durch die Gegend 3-D-Druckers und mehrerer Elektro- agieren. Tobias Wanierke und Josias
kurven – denn es ist ein autonom fah- motoren konstruierten Leon Haus- Neumüller entwickelten ein eigenes
rendes Auto. Die Karosserie stellten mann und Lina Tebourski eine mecha- technisches Konzept, um bei diesem
die Jungforscher mittels 3-D-Drucker nische Version – die bionische Hand. Problem Abhilfe zu schaffen. Ihre Warn-
her, um sie anschließend mit Elektro- Besonderes Augenmerk richteten die schilder sind selbst in stark verrauchten
motor, Akku, Bordcomputer, Kamera beiden auf deren Ansteuerung: Zum Gebäuden mit Wärmebildkameras noch
und Ultraschallsensoren zu bestücken. einen entwickelten sie ein System, das gut zu erkennen. Das Funktionsprinzip:
Auch an Beleuchtung und Blinker per EEG die Hirnströme des Bedieners Registriert ein integrierter Rauchmelder
wurde gedacht, für beides nutzten sie erfasst und in Steuerbefehle umsetzt. einen Brand, heizt sich das Schild über
LEDs. Wie die großen Vorbilder auf der Zum anderen programmierten sie einen Heizdraht rasch auf, wodurch es
Straße verfügt das Kleingefährt über anhand von KI-Algorithmen eine Bild- sich im Wärmebild deutlich von seiner
einen Notbrems- und einen Spurhalte- erkennung, die die Bewegung einer Umgebung abzeichnet. Mithilfe dieser
assistenten sowie eine Einparkhilfe. Im echten Hand aufzeichnet und analysiert. Warnschilder könnten Feuerwehrleute
Praxistest konnte das selbstfahrende Das Ergebnis: Macht die richtige Hand künftig zum Beispiel erkennen, wo in
Modellauto langsam, aber sicher einen eine bestimmte Greifbewegung, ahmt einem Gebäude Gefahrgüter lagern,
vorgegebenen Parcours bewältigen. die bionische Hand diese präzise nach, die bei einem Brand besondere Risiken
wie ein digitaler Zwilling. bergen.LASS ZUKUNF T DA .
SONDER PREISE JUGEND FORSCHT Bundeswettbewerb 2021
26
Preis für eine Arbeit auf den Preis für eine Arbeit von Auszu-
Gebieten der Naturwissenschaften bildenden auf dem Gebiet
und der Technik | 1.500 € „Mensch – Arbeit – Technik“ | 1.000 €
Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung Gesamtmetall | Gesamtverband der
Arbeitgeberverbände der Metall- und
Elektro-Industrie e. V.
SONDERPREISE
1 3
Baden-Württemberg Bayern
Miriam Warken (19), Karlsruhe Samuel Nachtmann (20), Osterhofen
Karlsruher Institut für Technologie Joshua Zilliox (18), Augsburg
Fabio Briem (19), München Nelson Machado Teixeira (19),
Technische Universität München Augsburg
Lukas Bohnacker (20), Blaubeuren
Technische Hochschule Ulm MAN Ausbildungszentrum, Augsburg
Schülerforschungszentrum
Südwürttemberg, Ulm
Mit Ultraschall gegen Fest verschraubt und
Krankenhauskeime doch flexibel
Physik statt Chemie: Magnetschraubstock
Hygiene 2.0
In Krankenhäusern lauern lebens- Handwerker kennen das Problem:
gefährliche Keime, die gegen Antibiotika Beim Hantieren mit Werkstücken in
immer häufiger resistent sind. Zu ihnen einem Schraubstock sind entweder
gehören Stäbchenbakterien wie Legio- die Schraubstockbacken im Weg oder
nellen oder E. coli. Miriam Warken, Fabio es gibt zu wenige Einspannmöglich-
Briem und Lukas Bohnacker gehen mit keiten, wodurch sich die Werkstücke
ihrem zum Patent angemeldeten Ultra- weniger genau bearbeiten lassen. Um
schall-Verfahren gegen diese Bakterien das Spannen sowie das Ausrichten
vor. Sie töten die Krankheitskeime in zu vereinfachen, entwickelten Samuel
Rohrleitungen mittels einer selbst ent- Nachtmann, Joshua Zilliox und Nelson
wickelten Ultraschall-Sonotrode ab und Machado Teixeira einen neuartigen
entfernen den hartnäckigen Biofilm von Magnetschraubstock. Der benutzer-
Rohrwänden – rein physikalisch und freundliche, elektromagnetische
umweltschonend ganz ohne Chemie. Schraubstock der Jungforscher
Nach dem erfolgreichen Abschluss der erlaubt eine zeit- und platzsparende
Laborphase testen die Jungforscherin Bearbeitung durch müheloses Aus-
und die Jungforscher inzwischen in richten von Werkstücken. Er ist auf zwei
Kooperation mit dem Alb-Donau-Klini- Achsen flexibel verstellbar und hat vier
kum Ehingen die leicht zu bedienende verschiedene Einspannmöglichkeiten.
Ultraschall-Innovation unter realen Eine erweiterte Version soll künftig
Bedingungen. Ziel ist es, die Bakterien- zusätzlich mit einem Akku funktionieren,
zahl um mehr als 90 Prozent zu senken. um den flexiblen Einsatz auf Montagen
zu ermöglichen.Sie können auch lesen
