Jugend forscht 2022: Das sind die Bundessieger

Deutschlands jüngste Erfinderinnen und Tüftler hatten sich mit ihren Erfindungen beim Bundeswettbewerb Jugend forscht 2022 beworben. In Lübeck wurden gestern die Besten in den jeweiligen Kategorien mit dem Bundessieg geehrt.

Insgesamt 108 innovative Forschungsprojekte haben Schülerinnen und Schüler aus ganz Deutschland in diesem Jahr beim 57. Bundeswettbewerb der Stiftung Jugend forscht e. V. eingereicht. Die besten Erfindungen wurden gestern ausgezeichnet. Wir stellen die Sieger hier im einzelnen vor.

Bundespreis Technik, gestiftet vom Verein Deutscher Ingenieure e. V.

Quasi aus dem Ärmel geschüttelt haben Johann Elias Stoetzer aus Peenemünde und Steven Gurgel aus Berlin den Bundessieg Technik. Im Schülerforschungsnetzwerk Pankow e. V., Berlin, entwickelten sie eine Smartphonesteuerung, deren Sensoren sie auf Stoff drucken können. Dafür erweiterten sie die Fähigkeiten eines handelsüblichen 3D-Druckers, damit dieser nun aus Kunststoff und Industrieruß elektrisch leitfähige Schaltkreise erzeugt. Die dabei entstandenen Sensoren können Kräfte, Berührungen oder Biegeprozesse messen.

Der Clou: Derartige 3D-Sensoren lassen sich sogar auf Textil drucken, wodurch sich viele interessante Anwendungen ergeben. Zum Beispiel könnte man Touchsensoren direkt auf ein Hemd drucken und damit die Musik-App auf dem Smartphone steuern. Oder Druck- und Biegesensoren auf Schutzkleidung könnten Beschäftigte vor allzu großer Beanspruchung warnen. Der Verein Deutscher Ingenieure e. V. ist Sponsor des 1. Preises in der Kategorie Technik.

Bundespreis Chemie, gestiftet vom Verband der Chemischen Industrie e. V.

Wahre Expertinnen in der Abwassertechnologie sind Hannah Amrhein, Lena Fries und Hanna Fries vom Julius-Echter-Gymnasium im bayrischen Elsenfeld. Sie erfanden ein Verfahren zum Phosphorrecycling durch Elektroflotation. Dabei werden winzige Flocken des wertvollen Pflanzennährstoffs Phosphat im Abwasser gebunden und in einem elektrischen Feld an die Wasseroberfläche transportiert.

Den jungen Forscherinnen gelang es, den Phosphor im Labor nahezu vollständig zu binden. Umgewandelt in Phosphorsäure lassen sich daraus für die Pflanzen verfügbare Phosphate erzeugen. Mittels Flotation gewinnen Klärwerke zwischen 40 % und 60 % des im Abwasser enthaltenen Phosphats zurück. Die Menge ließe sich per Elektroflotation auf über 80 % steigern – vorausgesetzt, andere im Abwasser treibende Stoffe stören das Verfahren nicht. Der Verband der Chemischen Industrie (VCI) hat diesen Preis gestiftet.

Bundespreis Arbeitswelt, gestiftet vom Bundesarbeitsminister Hubertus Heil

Bei Zügen kommt manchmal die Notbremse zum Einsatz. Für Radfahrer wäre das sicher auch manchmal angebracht. Noch besser: wenn es dafür ein elektronisches Assistenzsystem geben würde. Vincent Nack hat ein solches Notbrems-Assistenzsystem für Fahrräder am Staatlichen Gymnasium Höhenkirchen-Siegertsbrunn in Bayern entwickelt. Es soll Frontalzusammenstöße sowie Unfälle beim Abbiegen durch eine sensorbasierte Bremsvorrichtung verhindern.

Kernstück des Bike Emergency Braking Systems (BEBS), das auf der Lenkstange montiert wird, ist ein Sensorsystem mit Ultraschallsensoren sowie ein Kreiselstabilisator, ein sogenanntes Gyroskop. Bei einer Gefahrensituation löst ein Elektromotor autonom über einen Seilzug die Notbremsung aus und bringt das Rad kontrolliert zum Stehen. Bundesarbeitsminister Hubertus Heil unterstützt diese Entwicklung, die den Bundespreis Arbeitswelt errang.

Bundespreis Mathematik/Informatik, gestiftet von der Fraunhofer-Gesellschaft (FhG)

Volleyball ist ein schneller Sport. Bei der Übertragung der Spiele im Internet allerdings fehlten bislang oft die Wiederholungen besonders spannender Spielszenen – aus Kostengründen. Hierfür hat Elian Terelle, Schüler am Otto-Schott-Gymnasium in Mainz, nun eine preiswerte Idee ausgetüftelt.

Gemeinsam mit einem Freund organisiert er die Liveübertragungen der Spiele eines Bundesliga-Volleyballteams im Internet. Für die Einspielung von Zeitlupenaufnahmen gibt es bislang nur teure Systeme zu kaufen. Terelle entwickelte kurzerhand ein eigenes System mitsamt der nötigen Steuerungssoftware. In Sekundenschnelle lässt sich damit das Bild zurückspulen und als Wiederholung aufrufen – in Originalgeschwindigkeit oder sogar in Zeitlupe. Sein Selbstbausystem hat sich bereits bei mehreren Volleyballspielen als erfolgreich bewiesen. Dafür erhielt Elian Terelle den von der Fraunhofer-Gesellschaft gestifteten Bundespreis Mathematik/Informatik.

Bundespreis Geo- und Raumwissenschaften

Wenn sich junge Sterne in relativer Nähe zueinander sammeln, können durch Wechselwirkungen der Himmelskörper so schnelle Teilchen entstehen, dass diese Gammastrahlung hervorrufen. Vanessa Guthier von der Landesschule Pforta in Naumburg ging der Frage nach, ob Sternhaufen Gammastrahlung erzeugen können. Sie schrieb Programme, um die Daten statistisch zu analysieren, die sie in Katalogen sowohl der Sternhaufen als auch der Gammastrahlungsquellen fand.

Was sie herausfand? Anscheinend müssen drei Bedingungen erfüllt sein, damit Gammastrahlung entstehen kann: Die Sterne sollten jünger als 10 Mio. Jahre sein, der Sternhaufen sollte aus mehr als 100 Sternen bestehen und sein Radius zwischen 8,5 und 15 Einheiten des astronomischen Entfernungsmaßes Parsec liegen. Die Ergebnisse der jungen Sternenforscherin könnten helfen, das Verständnis von der Entstehung der Strahlung im All zu verbessern. Den Preis hat das Wochenmagazin Stern unterstützt.

Bundessieg für die beste interdisziplinäre Arbeit, gestiftet vom Bundesforschungsministerium

Die Corona-Pandemie machte drei Jungforscher der Ludwig-Geißler-Schule in Hanau erfinderisch. Maximilian Pfannkuch, Jaro Filip und Dominik Hein haben ein effizientes Luftreinigungssystem auf Basis von UV-LEDs entwickelt, um Viren den Garaus zu machen. Kurzwelliges UVC-Licht ist sehr energiereich und kann Viren und Bakterien abtöten. Es wird meist mit Quecksilberdampflampen erzeugt, mittlerweile aber auch mit Leuchtdioden (LEDs). Darauf bauten die drei Schüler. Mit ihrem LED-Gerät können sie die Raumluft von Viren befreien.

Wie stark die Luft bestrahlt werden muss und wie lange sie im Gerät bleiben sollte, ermittelten die Hanauer Forscher im mikrobiologischen Labor. Zudem programmierten sie eine App, die die Luftreinigungsanlage steuert – und zwar abhängig davon, wie viele Personen sich im Raum befinden. Die Schüler sind zuversichtlich, dass sich die Wirksamkeit des Geräts noch steigern lässt, indem spezifischere LEDs oder auch Laserdioden eingesetzt werden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat den Bundespreis für die beste interdisziplinäre Arbeit gefördert.

Bundespreis für die originellste Arbeit, gestiftet von Bundeskanzler Olaf Scholz

Cornelius-Ägidian Quint von der Hermann-Tast-Schule in Husum mag Moor und Moos. Moore können große Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid speichern. Doch häufig werden sie entwässert, worunter ihre Regenerationsfähigkeit leidet. Der Schüler aus Husum hat nun eine Möglichkeit ersonnen, wie sich Moose auf ehemaligen Moorflächen schneller wieder ansiedeln lassen, um diese zu renaturieren.

Verpackt man vermehrungsfähige Pflanzenzellen so, dass man sie wie Samenkörner ausstreuen kann, wären sie großflächig einzusetzen. Cornelius-Ägidian Quint hat Sprossen der Moosart Sphagnum fallax zunächst in gefiltertem Moorwasser vermehrt und sie dann mit Alginat, einem transparenten Kohlenhydrat aus Algen, umhüllt. So konnten aus den Kügelchen in einer mit feuchtem Torf befüllten Wanne neue Moospflanzen heranwachsen. In der Natur könnte das auch großflächig funktionieren. Bundeskanzler Olaf Scholz hat diesen Bundespreis für die originellste Arbeit gestiftet.

Bundespreis Physik, gestiftet von der Max-Planck-Gesellschaft (MPG)

Magnetisches Schweben beschreibt einen Effekt, wenn die Kräfte von Magneten sich anziehen und wieder abstoßen. Der Magnetschwebezug Transrapid ist ein Beispiel für diese Technik. Die große Herausforderung ist allerdings, den schwebenden Magneten genau in der Balance zu halten, damit er nicht herunterfällt. Carlos Steiner Navarro von der Deutschen Schule Sevilla „Albrecht Dürer“ in Sevilla, Spanien, hat hier einen raffinierten Trick angewendet.

Der Schüler setzte eine Graphitplatte dem Feld starker Dauermagneten aus. In der Platte entstand dadurch ein spezielles Magnetfeld, mit dem sich wiederum ein kleiner Magnet zum beständigen Schweben bringen ließ – je nach Aufbau über oder neben der Platte. Zudem konnte Carlos Steiner Navarro diesen Effekt präzise berechnen und vorhersagen, an welchen Positionen stabiles Schweben möglich ist. Die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) hat diesen Preis unterstützt.

Bundespreis für eine außergewöhnliche Arbeit, gestiftet von Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier

In zweijähriger Entwicklungszeit baute Hendrik Ridder, Schüler am Bremer Gymnasium Vegesack, eine Wasserrakete. Sie ist 2,5 m lang und kann bis zu 270 m hoch fliegen. Abgeschossen wird sie von einer speziell konstruierten Startrampe. Ein dazugehöriger Server und ein Steuerboard sorgen dafür, dass die Rakete vollautomatisch betankt und gesteuert werden kann. Überwacht wird das Ganze per App.

Was aber kann diese Wasserrakete? Nach den Plänen des Jungforschers soll sie sich als fliegende Wetterstation profilieren. Daten wie Höhe, Temperatur, Luftqualität, Position, Ausrichtung und Drehung werden während des Flugs an der Raketenspitze gesammelt. Über ein richtfunkbasiertes Antennensystem, das sich per GPS ausrichtet, werden die Daten dann in Echtzeit an die Bodenstation gesendet. Eine Kamera an Bord ermöglicht es, dass der gesamte Flug live mitverfolgt werden kann. Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier hat diesen Preis gestiftet.

Bundessieg Biologie, Stifter ist die Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren

Dihydroxybenzene (DHB) kommen als Abbauprodukte bestimmter organischer Stoffe in der Umwelt vor. Bekannt ist, dass sie eine stark giftige Wirkung haben, weniger bekannt ist hingegen, wie genau sie wirken. Das hat David Sauer vom Gymnasium am Kaiserdom in Speyer nun näher untersucht. Dafür nahm er die Ackerschmalwand, einen Kreuzblütler, genauer unter die Lupe.

Der Schüler brachte DHB in unterschiedlicher Konzentration auf die Blätter auf und konnte ein dadurch verursachtes geringeres Wachstum der Blätter beweisen. Brachte er DHB ins Nährmedium ein, nahm zugleich die Wurzellänge der Pflanzen ab. Ein weiterer Effekt, den der Jungforscher herausfand: DHB erhöht den Gehalt an der Aminosäure Cystein in den Pflanzen. Es ist ein Beweis dafür, dass die Substanz oxidativen Stress in den Zellen auslöst. Der Preis wurde von der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren gefördert.

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