Geförderte Projekte 2019

Erweiterung des autonomen Fahrens mit künstlicher Intelligenz: Es gibt bereits erste Erfahrungen mit einem Modell-Fahrzeug, das mit „Computer Vision“ autonom eine Strecke befahren kann. In diesem Projekt soll nun ein neuronales Netz die Steuerung des Fahrzeugs übernehmen. Die Kamerabilder werden durch ein neuronales Netzwerk in Befehle zur Steuerung/Lenkung umgesetzt, trainiert wird auf einer Teststrecke durch manuelle Steuerung und Abfahren der Strecke. Ein externer Rechner verarbeitet die umfangreichen Daten.

Wie bewegen sich eigentlich autonome und fern gesteuerte Roboter auf dem Mars? Welche Voraussetzungen müssen für autonomes Fahren gegeben sein? Die Schüler/innen erkunden die notwendigen Sensoren (Schall, Laser, Neigung, Vibration, Licht und Temperatur) und testen diese auf Messfehler. Genutzt werden die beiden Plattformen „Arduino“ und „Raspberry Pi“, die damit zugleich auf ihre Möglichkeiten und ggf. Vorzüge überprüft werden.

Es wird ein kleiner funktionsfähiger Aktivlautsprecher gebaut. Clou ist, dass er sich autark mit Solarzelle und Lithium-Akku mit Energie versorgt. Der kleine analoge 1-Watt-Verstärker optimiert den Sound, ein passendes Gehäuse schützt den Lautsprecher. Ein Bluetooth-Modul garantiert die Kommunikation mit dem Smartphone.

Der Dosenlautsprecher auf Basis eines Tauchspulenlautsprechers nutzt das Prinzip des Magnetismus. Er wird von den Schüler/innen mithilfe einer Blechdose, Lautsprecher, Verstärker, selbstentwickelter Platine sowie Schalter und Stereokabel selbst gebaut. Die kostengünstigen Materialien ermöglichen einen großflächigen Einsatz. Zudem lassen sich vielfältige Phänomene und physikalische und elektronische Grundlagen daran zeigen.

Fußballroboter aus Fischertechnik-Bausteinen sollen mittels ftduino-Mikrocontroller gesteuert werden. Die Nutzung neuer Sensoren und Aktoren wird so möglich. Herausforderung ist die Programmierung in der neuen Arduino-Entwicklungsumgebung und die Nutzung einer textbasierten Programmiersprache für die Schüler. Zudem ist eine automatische Bilderkennung zur Identifikation des Spielballs in Planung. Das Projekt dient zur Vorbereitung der Teilnahme an der RoboCup-Meisterschaft.

Der Makerspace des Pascal-Gymnasiums Grevenbroich möchte seine bisher bestehende Ausstattung von 3D-Druckern, 3D-Scanner und CNC-Fräsen um eine Elektronikausstattung ergänzen. Hier können die Schüler/innen auch eigenständig Projekte im Rahmen von Wettbewerben oder für eigene Ideen umsetzen, in Kursen lernen sie den Einsatz von Mikrocontrollern.

Die Zukunftswerkstatt Buchholz bietet bereits seit längerem Technik-Projekte für Kinder und Jugendliche an. Nun sollen diese Angebote modular ausgebaut und inhaltlich besser miteinander verzahnt werden. In den Maker-Workshops sollen die Schüler/innen selbst aktiv eigene Ideen und Anregungen einbringen, entsprechendes elektronisches Material garantiert eine Bandbreite an Ideen. Gerade jüngere Kinder erhalten erste Anregungen durch Musterprojekte wie z.B. eine Lampe mit Helligkeitssensor, einen Morsetaster oder eine Alarmanlage.

Das Projekt ist als neues Programmiersystem geplant, welches sowohl einen einfach bedienbaren Arduino umfasst, als auch einen deutlich komplizierteren, aber leistungsfähigeren FPGA, der  für parallele Prozesse mit enormer Geschwindigkeit ausführt. Zudem sollen beide Systeme auch zusammen nutzbar sein. Aufgebaut als kompakter Würfel, besteht das System aus einem sowohl vom Arduino als auch FPGA ansteuerbaren LCD-Display, entsprechender Hardware und Schnittstellen zur Kommunikation. In verschiedenen Lerngruppen und mit verschiedenen Aufgabenstellungen können unterschiedliche Funktionalitäten getestet und ausgewertet werden. Auch wird das System für ein Projekt zur taktilen Spracherkennung genutzt werden.

In praxisnahen Projekten werden im Unterricht Mikrocontroller für Steuerungsaufgaben und zur Datenerfassung und -visualisierung eingesetzt. Im Jahr 2019 wurden individualisierte Mikrocontrollersysteme realisiert, die Messdaten sammeln, speichern und via Bluetooth an ein Smartphone weiterleiten.

In einem länger angelegten Kursangebot lernen Schüler/innen den Umgang mit dem Raspberry Pi. Dazu gehören auch die Grundlagen der Programmierung, Schaltpläne und Steckbrettskizzen sowie die elektronische Sensor- und Aktoranbindung und die Integration in eine bestehende IT-Infrastruktur. Umgesetzt wird zum einen eine Selfie-Box, die den Schülerausweis mit einem RFID-Chip scannt und das Foto an einen Drucker schickt. Zum anderen eine Vogel-Futterstation, die Vögel bei der Nahrungsaufnahme fotografiert und diese Fotos der Schulcommunity zur Verfügung stellt.

Die Arbeitsgemeinschaft möchte ihre Klassenräume mit Mikrocontrollern und Luftqualitätssensoren für den Kohlendioxid-Gehalt nachrüsten und so sowohl optimale Belüftung und Temperatur steuern, als auch die Lichtverhältnisse regeln. Auch sollen Fenster und Rolläden per Fernsteuerung bedienbar werden und Beamer und Drucker ansteuerbar sein. Die gesammelten Daten können grafisch aufbereitet und beliebig in der Ausgabe angepasst werden, so dass problemlos Mikrocontroller in weiteren Räumen installiert werden können.

In einem gemeinsamen Projekt einer Schülergruppe wird eine umfangreiche Wetterstation aufgebaut. Dabei wird der Fokus bewusst auf die Messelektronik und Digitalisierung der Daten gelegt, damit die Schüler/innen nicht bloß fertige Komponenten zusammenstecken, sondern in eigenen Lernprozessen den Umgang mit der Elektronik in der Sensorik erfahren. Ausgestattet mit autarker Energieversorgung und WLAN, sendet die Station dann ihre Daten ins Schulnetzwerk.

Eine Wordclock dient der Zeitanzeige mittels Wörtern wie „Es ist fünf vor drei Uhr“, welche auf einer quadratischen Platte angeordnet sind. Das Einschalten der Uhr aktiviert LED-Streifen, so dass dann durch das Hervorheben dieser Worte die Uhrzeit im wahrsten Sinne „abgelesen“ werden kann. In dem Projekt sollen die Schüler/innen ursprünglich diese – im Handel sehr teuren - Wordclocks selber bauen und die entsprechenden Ansteuerungen der LEDs mit Mikrocontrollern und Transistoren umsetzen. Um mehr Gestaltungsspielraum zu haben, wurden dann tatsächlich eigene Bilder mit LEDs verwirklicht.