"Jugend forscht": Beeindruckende Ideen entwickelt –zehn Sieger gekürt

"Jugend Forscht"-Sieger 2021 Wie der Löschigel den Feuerwehrschlauch revolutionieren soll

30. Mai 2021
14:43 Uhr

Bundessieg – 1. Preis Physik 2021: Leonard Münchenbach (17, links), Emmendingen, Gewerbliche und Hauswirtschaftlich-Sozialpflegerische Schulen Emmendingen Leo Neff (17, rechts), Emmendingen, Goethe-Gymnasium Projekt: Physikalische Beschreibung und Modellierung des Fluges von Papierstreifen Es ist der Höhepunkt vieler Konzerte, Galas und Silvesterpartys: Auf Knopfdruck werden Konfettikanonen abgefeuert und Aberhunderte oder -tausende Papierschnipsel wirbeln durch die Luft. Leonard Münchenbach und Leo Neff wollten dieses Phänomen genauer untersuchen. Dafür konstruierten sie ein Gestell, welches kleine Papierstreifen auf immer gleiche Weise zu Boden fallen ließ. Mit einer Zeitlupenkamera filmten sie das Geschehen, eine Computersoftware analysierte die Aufnahmen. jeder Schnipsel - ob lang und schmal oder kurz und breit - wurde akribisch ausgewertet. Am Ende entstand eine Formel, mit der sich präzise ausrechnen lässt, wie schnell Papierstreifen von einer bestimmten Form und Größe beim Herunterfallen rotieren. — **Bundessieg – 1. Preis Physik 2021:**
Leonard Münchenbach (17, links), Emmendingen, Gewerbliche und Hauswirtschaftlich-Sozialpflegerische Schulen Emmendingen
Leo Neff (17, rechts), Emmendingen, Goethe-Gymnasium

**Projekt:**
Physikalische Beschreibung und Modellierung des Fluges von Papierstreifen

Es ist der Höhepunkt vieler Konzerte, Galas und Silvesterpartys: Auf Knopfdruck werden Konfettikanonen abgefeuert und Aberhunderte oder -tausende Papierschnipsel wirbeln durch die Luft. Leonard Münchenbach und Leo Neff wollten dieses Phänomen genauer untersuchen. Dafür konstruierten sie ein Gestell, welches kleine Papierstreifen auf immer gleiche Weise zu Boden fallen ließ. Mit einer Zeitlupenkamera filmten sie das Geschehen, eine Computersoftware analysierte die Aufnahmen. jeder Schnipsel - ob lang und schmal oder kurz und breit - wurde akribisch ausgewertet. Am Ende entstand eine Formel, mit der sich präzise ausrechnen lässt, wie schnell Papierstreifen von einer bestimmten Form und Größe beim Herunterfallen rotieren.

© Jugend Forscht

Die besten Nachwuchsforscher Deutschlands stehen fest: Beim 56. Bundeswettbewerb "Jugend forscht" wurden Sieger in insgesamt zehn Kategorien gekürt. Die Bandbreite der Forschung und Erfindungen ist groß.

"Lass Zukunft da": So lautete das Motto des diesjährigen, 56. Bundeswettbewerbs "Jugend Forscht". Mehr denn je standen in Europas größtem Nachwuchswettbewerb Aufgaben, Forschungen und Erfindungen im Mittelpunkt, die über die aktuelle Corona-Krise hinausreichen.

"Wir brauchen den Mut und Forschergeist von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern nicht nur in Zeiten der Corona-Pandemie, sondern auch bei der Bewältigung langfristiger globaler Herausforderungen wie dem Klimawandel", sagte Bundesforschungsministerin Anja Karliczek (CDU) vor der Siegerehrung.

Virtueller Wettbewerb

Insgesamt traten 169 junge Talente in den sieben Fachbereichen in Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT) mit insgesamt 113 Forschungsprojekten an, die sich zuvor in den 16 Landeswettbewerben für das Finale qualifiziert hatten. Aufgrund der Corona-Pandemie fand der Wettbewerb erstmals in seiner Geschichte ausschließlich online statt. Die Präsenzveranstaltung in Heilbronn wurde aus Gründen des Infektionsschutzgesetzes abgesagt. Die diesjährigen Sieger (siehe Fotostrecke zum Durchklicken oben) sind:

Bundessieg – Preis für die originellste Arbeit

Jakob Nolte (20), Laubach

Projekt: Ausmaß des Rückganges von Vielfalt und Abundanz der Blütenpflanzen im Offenland

Bundessieg - 1. Preis Mathematik/Informatik

Jonathan Hähne (18), Hallbergmoos

Projekt: Echtzeit-Raytracing auf Adaptively-Sampled Distance Fields

Bundessieg - Preis für eine außergewöhnliche Arbeit

Lennart Christian Grabbel (17), Hamburg

Paul Siewert (18), Berlin

Juri Kaganskiy (16), Berlin

Projekt: FRACTRAN – einfach alles berechnen

Bundessieg - Preis für eine außergewöhnliche Arbeit

Amon Schumann (16), Berlin

Projekt: In 80 Tagen um die Welt – kleine Sonden auf großer Mission

Bundessieg - Preis für eine außergewöhnliche Arbeit

Marik Müller (17), Potsdam

Projekt: Inaktivierung des Antibiotikums Florfenicol

Bundessieg - Preis für eine außergewöhnliche Arbeit

Jan Heinemann (18), Andernach

Projekt: Löschigel

Bundessieg - Preis für eine außergewöhnliche Arbeit

Lukas Weghs (17) Kempen

Projekt: Photometric search for Exomoons by using deep learning and a convolutional neural network

Bundessieg - 1. Preis Physik

Leonard Münchenbach (17), Emmendingen

Leo Neff (17) Emmendingen

Projekt: Physikalische Beschreibung und Modellierung des Fluges von Papierstreifen

Bundessieg - 1. Preis Physik

Tobias Neidhart (18), Konstanz

Projekt: SpeedX – optimierter Kunstharz-3-D-Drucker

Bundessieg - 1. Preis Physik

Nikola Ristic (18), Leipzig

Projekt: Wissenschaftliche Webprogrammierung zur Analyse und Visualisierung von Molekülstrukturen

Bundessieg – 1. Preis Arbeitswelt 2021: Jan Heinemann (18), Andernach, Bertha-von-Suttner-Gymnasium Projekt: Innovative Feuerbekämpfung Wenn es irgendwo brennt, rückt die Feuerwehr an - meist unter Einsatz ihres Lebens. Um die Sicherheit der Einsatzkräfte zu erhöhen, entwickelte Jan Heinemann aus Andernach einen zylinderförmigen, spitz zulaufenden Schlauchaufsatz mit Düsen. Dieser kann auf Steckleitern befestigt und so aus größerer Entfernung in einen Gefahrenbereich geschoben werden. Auf diese Weise erhöht sich der Sicherheitsabstand. Der "Löschigel" getaufte Spezialaufsatz ist zudem effektiver als der konventionelle Vollstrahl, da er das Löschwasser großflächig zerstäubt und so auch giftige Gase und Aerosole niederschlagen. Auf diese Weise kann ein Feuer effektiv von innen heraus bekämpft werden, ohne dass Feuerwehrmänner und -frauen ihr Leben aufs Spiel setzen müssen. Heinemann hat sich die Erfindung bereits patentieren lassen.

Bundessieg – Preis für die beste interdisziplinäre Arbeit 2021: Amon Schumann (16), Berlin, Robert-Havemann-Gymnasium Projekt: In 80 Tagen um die Welt – kleine Sonden auf großer Mission Tausende Wetterballons umkreisen die Erde in 30 bis 40 Kilometern Höhe. An Bord befinden sich zahlreiche kleine Sonden und Sensoren, die unter anderem Temperatur, Feuchtigkeit und Luftdruck messen und diese Daten nonstop an Wetterdienste auf der Erde senden. Amon Schumann entwickelte in seinem Forschungsprojekt zwei Ansätze, um diese traditionellen Verfahren zur Wetterdatenmessung zu optimieren. Einerseits fing er die Funksignale von gelandeten Wetterballons auf, um sie bergen und wiederverwenden zu können - das ist nicht nur billiger, sondern belastet auch die Umwelt weniger. Zum anderen entwickelte Schumann eine eigene Sonde, welche sich unter anderem durch ein sehr geringes Gewicht und einer eigenen Stromversorgung mittels Solarzellen auszeichnet. Zudem nutzt sie ein offenes Amateurfunknetzwerk.

Bundessieg – Preis für die originellste Arbeit 2021: Jakob Nolte (20), Laubach, Justus-Liebig-Universität Gießen Projekt: Ausmaß des Rückganges von Vielfalt und Abundanz der Blütenpflanzen im Offenland Seit vielen Jahren besteht der Trend, dass die jungen Talente bei Jugend Forscht sich mit der Zukunft der Erde tiefgehend auseinandersetzen. So auch Jakob Nolte: Er kartierte über drei Sommer hinweg die Flora in der Umgebung von Laubach und verglich seine Erhebungen mit botanischen Aufzeichnungen der Literatur. Die älteste Publikation geht zurück bis in das Jahr 1887, wodurch ein Langfristvergleich möglich war. Die Ergebnisse waren eindeutig: Die Flora verarmt. Nolte konnte nachweisen, dass 80 Prozent der Arten seltener wurden oder sogar ausstarben. Gänsefußgewächse verschwanden etwa komplett aus der Region, die zahl der Orchideenarten nahm rapide ab. Einzige Ausnahme sind Arten, die Bodenstickstoff lieben - deren Zahl nahm sogar zu. Daher ruft der Jungforscher dazu auf, weniger zu düngen und mehr Wert auf Naturschutz zu legen, um die Artenvielfalt zu erhalten.

Bundessieg – 1. Preis Geo- und Raumwissenschaften 2021: Lukas Weghs (17), Kempen, Thomaeum – Städtisches Gymnasium Kempen Projekt: Photometric search for Exomoons by using deep learning and a convolutional neural network Die Astronomie kennt mittlerweile mehr als 4000 Exoplaneten. Darunter versteht man Himmelskörper, welche um einen anderen Stern als die Sonne kreisen. Bei keinem dieser Exoplaneten konnte bislang jedoch ein dazugehöriger Mond nachgewiesen werden. Lukas Weghs aus Kempen sorgte bei Jugend Forscht mit einen selbstlernenden Programm für Aufsehen, welches hilft, mögliche Exomonde zu detektieren. Sobald ein Himmelskörper aus Sicht der Erde vor einem Stern vorbeizieht, senkt er dessen Helligkeit minimal nach einem definierten Muster. Ein vorhandener Exomond würde dieses Muster noch etwas mehr verändern. So helfen die Algorithmen des Jungforschers, astronomische Helligkeitsmessungen nach Spuren von Exomonden zu durchsuchen.

Bundessieg – 1. Preis Biologie 2021: Marik Müller (17), Potsdam, Hermann-von-Helmholtz-Gymnasium Projekt: Inaktivierung des Antibiotikums Florfenicol Das Antibiotikum Florfenicol wird in der Landwirtschaft und der Aquakultur besonders häufig eingesetzt. Allerdings gelangt das Medikament auch in Böden und Gewässer, was die Entstehung resistenter Keime fördert. Marik Müller aus Potsdam entwickelte eine Methode, welche das Antibiotikum spaltet, bevor es in die Umwelt gelangt. Dafür nutzt er das Enzym Hydrolase. Mit molekularbiologischen Methoden konnte er die Hydrolase in einer besonders aktiven Form in Bakterien herstellen und mithilfe der Kernspinresonanzspektroskopie die Spaltung des Florfenicol-Moleküls analysieren. Damit das Verfahren nicht zu teuer wird, koppelte der Jungforscher das Enzym an Trägermaterialien wie Kieselsäure oder Kieselgel. Dadurch geht die Hydrolase nicht verloren und der Antibiotikafilter kann wiederholt verwendet werden.

Bundessieg – 1. Preis Mathematik/Informatik 2021: Jonathan Hähne (18), Hallbergmoos, Technische Universität München, Garching bei München Projekt: Echtzeit-Raytracing auf Adaptively-Sampled Distance Fields Die Animationen und Spezialeffekte in modernen Videospielen und Kinofilmen sehen heute realistischer aus als je zuvor. Das liegt unter anderem an einer Technik namens Raytracing: Dabei berechnet eine Software den Verlauf jedes (virtuellen) Lichtstrahls und erlaubt somit die realistische Darstellung von Reflexen. Der Haken: Diese Berechnung ist extrem aufwendig und erst seit Kurzem in Echtzeit möglich. Jonathan Hähne stellte bei Jugend Forscht den Prototyp einer neuartigen, echtzeitfähigen Raytracing-Software vor, welche das Potenzial hat, Rundungen besser abzubilden als übliche Algorithmen.

Preisträger Kategorie Technik 2021: Tobias Neidhart (18), Konstanz, HTWG Hochschule Konstanz Technik Projekt: SpeedX – optimierter Kunstharz-3-D-Drucker 3D-Drucker haben innerhalb weniger Jahre die Welt der Technik erobert, schließlich lassen sich mit Ihnen Modelle und Prototypen unkompliziert auf Knopfdruck herstellen. Dafür muss man jedoch Geduld mitbringen: je nach Größe und Komplexität des Modells dauert der 3D-Druckvorgang ziemlich lange. Tobias Neidhart entwickelte einen speziellen Druckertyp, bei dem ein zähflüssiges Harz mit UV-Licht belichtet wird, um so Schicht für Schicht auszuhärten. Zusätzlich zur flächigen UV-Lampe bestückt er das Gerät mit einem Ultraschallsender, welcher das Kunstharz erwärmt und so eine schnellere Aushärtung bewirkt. Ein Druckvorgang läuft somit bis zu fünfmal schneller ab. Der Jungforscher hat den Einsatz von Ultraschall zum Patent angemeldet.

Bundessieg – Preis für eine außergewöhnliche Arbeit 2021: Paul Siewert (18, links), Berlin, Heinrich-Hertz-Gymnasium Juri Kaganskiy (16, Mitte), Berlin, Dreilinden Gymnasium Lennart Christian Grabbel (17, rechts), Hamburg, Gymnasium Farmsen Projekt: FRACTRAN – einfach alles berechnen Die Programmiersprache FRACTRAN, welche auf der widerholten Berechnung von Brüchen basiert, wurde bereits in den 1970er Jahren vom englischen Mathematiker John Conway erfunden. Damit lassen sich alle denkbaren mathematischen Aufgabenstellungen berechnen, sie eignet sich jedoch nicht für den praktischen Einsatz. Lennart Christian Grabbel, Paul Siewert und Juri Kaganskiy waren jedoch fasziniert von FRACTRAN: Ihnen gelang es in ihrem Forschungsprojekt, ein grundlegendes Programm mittels geschickter Optimierung zu verkürzen und damit zu verbessern. Darüber hinaus befassten sie sich mit unendlichen Programmen und konnten dadurch die Welt von FRACTRAN deutlich erweitern.

Bundessieg – 1. Preis Chemie 2021: Nikola Ristic (18), Leipzig, Wilhelm-Ostwald-Schule Projekt: Wissenschaftliche Webprogrammierung zur Analyse und Visualisierung von Molekülstrukturen Damit Proteine ihre Funktionen im Körper erfüllen können, ist ihre dreidimensionale Struktur entscheidend. Nikola Ristic widmete sich hier zwei wichtigen Aspekten: zum einen den Wassermolekülen, die oft im Innern großer Moleküle versteckt liegen und chemische Reaktionen beeinflussen, sowie zum anderen der Packungsdichte, die ein Indiz für die Stabilität von Proteinen ist. Der Jungforscher arbeitete insbesondere mit dem Computerprogramm Voronoia. Damit kann die Dichte von Molekülen und deren Hohlräume berechnet werden. Er optimierte das Programm und analysierte damit rund 160.000 Proteine und RNA-Moleküle, deren Daten er in einer eigenen Datenbank abspeicherte. Mit seinem Webtool ist es künftig möglich, die innere Struktur und die Dichte von Molekülen innerhalb kurzer Zeit sichtbar zu machen.

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