Digital-holographisches Mikroskop

Am vergangenen Donnerstag präsentierten die Schülerinnen und Schüler des Freiburg-Seminars, wie eine erfolgreiche Kooperation mit einem externen Forschungsinstitut und über Fachgrenzen hinweg aussehen kann: Im Rahmen des Projekts „HolMOS – Digital-holographisches Mikroskop für OpenScience“ entwickelten zwei Physik-AGs unter der Leitung von Michael Abendschein und Jens Meinhardt im Laufe der letzten zwei Jahre einen Prototyp, mit dem 3D-Mikroskopbilder für Schulen und private Interessierte erschwinglich werden sollen (siehe unsere vorigen Beiträge). In diesem Schuljahr waren auch die Schülerinnen und Schüler der Biologie-AG „Mikroskopie“ mit im Boot, die von Nikolaus Ruf geleitet wurde. Die Biologie-AG erkundete zunächst die Möglichkeiten der klassischen Mikroskopie, um dann den entstehenden Prototyp des neuen Mikroskops intensiv zu testen und seine Möglichkeiten auszuloten. Die Ergebnisse wurden nun im Rahmen eines Experimentalvortrags vorgestellt.

HolMOS Abschlussvortrag 2018

Externer Kooperationspartner des Freiburg-Seminars ist das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM, als dessen Vertreter Dr. Andreas Hofmann beim Abschlussvortrag dieses Schuljahrs anwesend war. Außerdem durften wir Frau Parissius begrüßen, die Leiterin von TheoPrax beim Fraunhofer Institut für Chemische Technologie. Sie unterstützte die Schüler/innen der Physik-AG beim Projektmanagement.

Um die komplexen Anforderungen der Entwicklung zu bewerkstelligen, hat sich die Physik-AG in verschiedene Teams aufgeteilt, die im Rahmen des Vortrags ihren Arbeitsstand vorstellten.

Zunächst wurde der bisherige Werdegang des Mikroskops erläutert, in dessen Verlauf zunächst prinzipielle Konstruktionsmöglichkeiten mit Hilfe von hochwertigen, von der Universität zur Verfügung gestellten Komponenten getestet wurde. Mit diesen konnte ein sinnvoller Strahlengang sowie die Anordnung der einzelnen Komponenten zueinander ermittelt werden. Für das geplante Endprodukt sind diese Komponenten allerdings zu teuer, so dass später günstigere Lösungen gefunden wurden.

HolMOS Abschlussvortrag 2018

Das Laser-Team erklärte, wie sie über verschiedene aufwändig selbst gebaute Lösungen nun bei einem Laserpointer als Lichtquelle gelandet sind. Der Laser ist ein zentraler Bestandteil des Mikroskops. Sein Licht wird dazu benutzt, die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts abzutasten. Der reflektierte Anteil wird mit einem Referenzstrahl verglichen und so ein 3D-Bild errechnet. Dieses entsteht durch die Anwendung komplexer Algorithmen nach der Methode der Fast-Fourier-Transformation. Die Rechenarbeit wird auf einem günstigen Mini-Computer (Raspberry Pi) durchgeführt. Die Raspberry Pi-Gruppe hat sich hierzu in dieses schwierige informatische Feld eingearbeitet und – um die Sache für spätere Endanwender zu vereinfachen – ein eigenes Programm entwickelt, mit dem die Auswertung nun grafisch bedient werden kann. So müssen spätere Nutzer des Mikroskops den Code nicht selbst verstehen.

HolMOS Abschlussvortrag 2018

In einem weiteren Abschnitt des Vortrags stellte die CAD-Gruppe ihre Arbeit vor. CAD steht für „Computer Aided Design“ – Computer-unterstütztes Design, was in dieser Gruppe zur Anwendung kam, um die einzelnen Halterungen für die zahlreichen Komponenten des Mikroskops zu entwerfen. Diese wurden dann auf einem 3D-Drucker gefertigt. Die Herausforderung dieser Gruppe besteht darin, die Teile möglichst klein und dennoch robust und genau zu gestalten. Später werden dann die Vorlagen-Dateien der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt, so dass jeder, der Zugang zu einem 3D-Drucker hat, die Bauteile selbst herstellen kann.

HolMOS Abschlussvortrag 2018

Nach einer Zusammenfassung und dem ausführlichen Dank an die vielen externen Beteiligten übernahm die Biologie-AG die Bühne. Die Schülerinnen und Schüler erläuterten, wie sie sich zunächst zu Beginn ihres Projektteils in die klassische Lichtmikroskopie einarbeiteten, um deren Möglichkeiten auszuloten und so eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, welche Anwendungen und Präparate sich für die digital-holographische Mikroskopie eignen könnten. Im Lauf des Schuljahrs intensivierte sich dann die Zusammenarbeit mit den Physik-AGs. Das Testen der entwickelten Prototypen aus der Physik-AG war für beide Seiten spannend: Die Schülerinnen und Schüler der Physik-AG konnten so zum ersten Mal erleben, wie ihre Komponenten von neuen Nutzern eingesetzt und bedient werden. Und die Schülerinnen und Schüler der Biologie-AG konnten zum ersten Mal vergleichen, welche Möglichkeiten der neue mikroskopische Ansatz gegenüber der klassischen Mikroskopie bietet.

HolMOS Abschlussvortrag 2018

Es wurde deutlich, dass das Projekt HolMOS dieses Schuljahr einen enormen Schritt nach vorn gemacht hat. Der vorhandene Prototyp ist bereits beachtlich klein und besteht aus erschwinglichen Komponenten. Die Dokumentation wurde intensiv betrieben und erste Anleitungen für den Einsatz stehen bereit. Im kommenden Schuljahr geht es nun auf die Zielgerade: Bis Ende Januar 2019 werden die Arbeiten mit den Schülergruppen beendet sein. Wir freuen uns auf das zu erwartende Ergebnis.

Schon jetzt ist aber sehr klar geworden, dass die Schülerinnen und Schüler der beteiligten AGs etwas Unschätzbares erfahren haben: Sie konnten erleben, wie spannend, herausfordernd und faszinierend Forschung und Entwicklung sein können und dass man als großes, fächerübergreifendes Team mit Fachwissen und Engagement viel erreichen kann. Wir danken allen Beteiligten für Ihre hervorragende Arbeit!

HolMOS Abschlussvortrag 2018

Am 11. Juni 2018 (12:00 – 18:30 Uhr) bieten wir eine Exkursion ins Schülerlabor von Novartis in Basel an.

Auf dieser Exkursion wollen wir die Wirkungsweise von Medikamenten in unserem Körper genauer erkunden. Im firmeneigenen Schülerlabor von Novartis (Basel) lernen wir zunächst Strategien kennen, mit denen synthetische Wirkstoffe Veränderungen in unserem Stoffwechsel bewirken. Anschließend werdet Ihr dann eigenständig im Labor experimentieren und unter fachkundiger Anleitung die Wirkungsweise von zwei ausgewählten Wirkstoffen im Experiment eigenständig erkunden.

Organisatorisches und Anmeldung

Ihr müsst mindestens 16 Jahre alt sein, um teilnehmen zu können. Die Anmeldung ist bis 18. Mai 2018 möglich. Details und Anmeldung auf der Exkursionsseite in der Lern- und Verwaltungsplattform.

 

Wie in den vergangenen Jahren treffen sich ca. 65 ausgewählte Schülerinnen, Schüler und Lehrpersonen aus Gymnasien der Schweiz, Frankreichs und Deutschland auf Schloss Beuggen. Ziel ist es den Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit zu geben Einblick in die Forschungsarbeit der Industrie und Universitäten zu geben. Dazu halten Wissenschaftler, Vertreter der Wirtschaft und Schülerinnen und Schüler Vorträge zu ihrem Lebensweg und Themen der Life Sciences. Ferner besuchen wir den Forschungsstandort der Novartis AG, den Novartis Campus in Basel.

Der Kongress soll Raum schaffen für angeregte Diskussion über naturwissenschaftliche Themen, aber auch dem Austausch zwischen den Nationen dienen. Im Rahmen von Workshops stehen die Forscher zu Gesprächen in Kleingruppen zur Verfügung. Hier erhalten die Schülerinnen und Schüler Einblicke in Perspektiven und Lebensläufe innerhalb einer naturwissenschaftlichen Karriere.

Als Rahmenprogramm dient eine Führung durch die nahe gelegene „Tschamberhöhle“. Ein Vortrag bereitet optional auf die interessanten Details dieser Karsthöhle vor. Einen vorläufigen Überblick über das Programm finden sie unter www.biovalley-college.net.

Termin

  • 13.06. – 14.06.2018
  • ganztägig

Anmeldung

Auf unserer Lern- und Verwaltungsplattform gibt es organisatorische Hinweise zur Teilnahme und zur Anmeldung.

Auch in diesem Schuljahr gibt es eine Projektwoche speziell für die 8. Klassen des Alexander-von-Humboldt Gymnasiums und für Schülerinnen und Schüler des Hegau-Bodensee-Seminars. Diese soll vom 14. bis zum 18. Mai. 2018 stattfinden. Auch dieses Jahr steht die Projektwoche auch Schülerinnen und Schülern des Freiburg-Seminars offen!

Ziel dieser Projektwoche ist es, Euch die Möglichkeit zu geben, durch die Arbeit an verschiedenen außerschulischen Lernorten, Konstanz und Kreuzlingen besser kennenzulernen. Das Projekt sieht vor, dass Ihr zwei unterschiedliche zweitägige Module besucht.

Für Schülerinnen und Schüler  des Freiburg-Seminars ist die Projektwoche eine Gelegenheit, den Bodenseeraum etwas näher kennen zu lernen.

Ablauf

Die Woche hat folgenden Ablauf:

  • Montag+Dienstag: Modul 1
  • Mittwoch+Donnerstag: Modul 2
  • Freitag, der 18. Mai 2018: Vorbereitung und Durchführung der Präsentation Eurer Arbeitsergebnisse

Inhalte und Anmeldung

Hier ist eine Beschreibung der einzelnen Module.

 

Die Anmeldung erfolgt wie üblich über die Lern- und Verwaltungsplattform.

Vor einigen Tagen ging das Projekt HOLmos – Digital-holographisches Mikroskop for OpenScience in die nächste Etappe. Zwei Physik-AGs des Freiburg-Seminars haben unter der Leitung von Michael Abendschein und Jens Meinhardt im Laufe der letzten 1 ½ Jahre einen Mikroskop-Prototyp entwickelt, der es ermöglichen soll, 3D-Mikroskopbilder für Schulen und private Interessierte erschwinglich zu machen (siehe unsere vorigen Beiträge). Dabei kooperiert das Freiburg-Seminar mit dem Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik, als dessen Vertreter Dr. Tobias Beckmann anwesend war. Er ist auch der Hauptansprechpartner der Physik-AG für technische Fragen. Zusätzlich konnten wir Frau Parissius, Leiterin von TheoPrax beim Fraunhofer Institut für Chemische Technologie, begrüßen. Sie unterstützt die Schüler/innen beim Projektmanagement.

Seit diesem Schuljahr ist nun eine Biologie-AG unter der Leitung von Nikolaus Ruf mit im Projekt, um mögliche Anwendungen auszuloten und den Prototypen unter schulischen Nutzungsbedingungen zu testen. Nachdem sich die Schüler/innen der Biologie-AG in den vergangenen Monaten intensiv mit klassischer Mikroskopie beschäftigt hatten, kamen die beiden Teams nun am  01.03.2018 zusammen, um künftig eng gemeinsam an der technischen Weiterentwicklung des HOLmos-Mikroskops zu arbeiten. Die Schüler/innen der Physik-AG stellten ihren Arbeitsstand vor und wiesen ihre Kolleg/innen der Biologie-AG ein, wie das Mikroskop bis jetzt funktioniert und welche Tests damit schon möglich sind.

Das Physik-Team hat sich in verschiedene Arbeitsgruppen aufgeteilt. Zunächst zeigte die Mikroskop-Gruppe, wie der Grundaufbau des Strahlengangs ermittelt und unter anderem mit der Software GeoGebra simuliert wurde. Als nächstes erläuterten die Schüler der CAD-Gruppe, welche Bauteile sie entworfen und mit dem 3D-Drucker produziert haben. Diese Bauteile tragen alle relevanten Teile des Mikroskops und ermöglichen es, diese flexibel auf einer kostengünstigen Metallschiene zu montieren. Im Anschluss zeigte die Gruppe „Raspberry Pi“, wie weit die Entwicklung der bildgebenden Software bereits vorangeschritten ist. Schließlich zeigte die Gruppe „Stromtreiber“ ihren Arbeitsstand. Ihre Aufgabe ist es, eine gleichmäßige und zuverlässige Stromquelle zur Verfügung zu stellen, die zum Betrieb des Messlasers zwingend erforderlich ist.

Nach dem Vortrag tauschten sich die Gruppen zusammen mit den Lehrern und den anwesenden Experten intensiv aus, um die weiteren Schritte zu planen und so das Projekt bis zum Ende des Schuljahrs weiter voran zu bringen.

Vortrag

Die Ergebnisse der Arbeit in diesem Schuljahr werden am 05.07.2018 beim Vortrag der Physik-AG präsentiert. Der Vortrag beginnt um 17:30 Und und findet im Vortragssaal der Richard-Fehrenbach Gewerbeschule in Freiburg statt.
   

Am Donnerstag, 05.07.2018 um 17:30 Uhr findet der diesjährige Abschlussvortrag des Projekts HolMOS statt.

In dem Vortrag werden die beteiligen AGs den Entwicklungsstand des Projekts präsentieren. Wie üblich findet die Veranstaltung in der Richard-Fehrenbach Gewerbeschule statt. Der Raum wird noch rechtzeitig bekannt gegeben.

Wir freuen uns über zahlreiche Besucher!

Unter dem Titel Wentzinger-Schüler zeigen mit einer App, wo Barrieren das Leben schwer machen berichtete die Badische Zeitung am 20.02.2018 über ein Projekt der AG „Digitale Geographie“.

Die Regionalgruppe Freiburg der jungen Deutschen Physikalischen Gesellschaft veranstaltet am Mi, 06. Juni 2018 um 8:30 Uhr wieder ein Schülerfrühstück.

Bei diesem Frühstück können physikinteressierte OberstufenschülerInnen mit Professoren und StudentInnen sprechen, um so einen Einblick in das Physikstudium, den Unialltag und aktuelle Forschung zu gewinnen. Solche persönlichen Einblicke sind ansonsten nicht ohne weiteres zu bekommen und können Euch bei Eurer Studienwahl sehr helfen. In diesem Jahr konnten Herr Dr. Pfohl und die Professoren Filk, Fischer und Buchleitner von der Uni Freiburg für das Frühstück gewonnen werden.

Im Anschluss an das Frühstück hält Professor Filk einen Vortrag zum Thema „Hinter den Kulissen der Schulphysik“. Danach werden für die SchülerInnen Laborführungen angeboten.

Weitere Informationen und Anmeldung

Auf der Website der jDPHG Freiburg gibt es weitere Informationen. Dort kann man sich auch anmelden.

Physikfrühstück 2018 der jDPG Freiburg