В рамках 27-й лаборатории изобретателей Центра химии, расположенного в Бенсхайме-на-Бергштрассе, 17-летний ученик школы Штайнмюлен Юстус Шнайдер стал одним из 16 одаренных школьников, которые в течение недели в Университете Рейн-Майн занимались темой «Электромобильность — топливные элементы». В заключение мероприятия перед многочисленной аудиторией, в том числе представителями деловых кругов, вузов и министерств, он вместе с группой представил свои исследовательские идеи и предлагаемые решения.

Среди почти 200 выдающихся кандидатов со всей Гессена Юстус стал одним из 16 отобранных участников. Он и Лука Вайгель из школы «Lahntalschule» в Биденкопфе были единственными представителями всего округа. В «лаборатории изобретателей» на факультете инженерных наук Университета Рейн-Майн в Рюссельсхайме юные изобретатели получили своё задание. Задача заключалась в том, чтобы на месте построить небольшой транспортный средство, приводимое в движение топливными элементами. Но это ещё не всё. На транспортном средстве должны были одновременно работать и другие устройства, в том числе лампа.

Топливные элементы и конденсатор входили в число предоставленных компонентов. Однако на этом помощь исчерпалась. Команда Юстуса Шнайдера изготовила кузов из дерева и картона. Колеса были изготовлены с помощью 3D-принтера. Молодые исследователи использовали конденсатор в качестве накопителя энергии. Благодаря этому лампа продолжала светиться даже тогда, когда автомобиль уже не двигался.

Вдохновленные темой электромобильности и топливных элементов

Производство водорода оказалось настоящим испытанием на терпение. Поскольку топливные элементы имели два разъема для подключения водорода, это и было поставленной целью. В лаборатории талантливые молодые учёные разлагали воду путём электролиза. Однако попытка хранить водород в воздушных шариках потребовала той выдержки, которая необходима для научной работы. «Не сдаваться» — таким был девиз и для Юстуса Шнайдера, когда воздушный шарик несколько раз лопался. В итоге на то, чтобы обеспечить полную герметичность, ушло пять часов.

Успешное выполнение этой задачи вдохновило Юстуса Шнайдера. Правда, ещё до начала проекта он планировал заняться научной деятельностью в области математики или физики. Однако теперь он может себе представить, что будет участвовать в разработке транспортных средств, работающих на топливных элементах. Хотя такие транспортные средства уже существуют, отмечает Юстус Шнайдер, их приобретение обходится сравнительно дорого. Идея Юстуса Шнайдера заключается в том, что заправочные станции могли бы самостоятельно производить водород или получать его от промышленных предприятий. По его наблюдениям, внести изменения в эту сферу несложно.

Податься на участие в конкурсе, в рамках которого когда-то требовалось продемонстрировать практические навыки, Юстуса побудила учительница школы «Штайнмюле» и координатор программы MINT д-р Ютта Тёль-Борсдорф. Вместе с его учителем физики д-ром Райнером Ницке и всей школой она рада тому, что «серия» участия школы «Штайнмюле» в этом престижном мероприятии продолжилась и в этом году.

Если работа в «Лаборатории изобретателей» действительно послужила для Юстуса толчком к выбору его профессионального пути — тем лучше. Кто знает: возможно, именно команда под руководством Юстуса Шнайдера однажды добьётся прорыва в области дальнейшего развития транспортных средств на топливных элементах.

Лена Йоуссен и Янина Сейп одержали победу в конкурсе «Jugend Forscht» под руководством своего научного руководителя д-ра Дитмара фон дер Ахе

На региональном конкурсе «Jugend Forscht» в центральной части Гессена, прошедшем в общественном центре Кляйн-Линден, всё сложилось просто идеально: участие школы «Штайнмюле» увенчалось сразу тремя наградами: Ученицы Лена Ноэль Йоуссен и Янина Зайп вместе со своим учителем д-ром Дитмаром фон дер Ахе получили приз за проект, приз в области охраны окружающей среды и приз за лучшую научную подготовку.

«Продолжайте работу, раскройте весь потенциал этого проекта и снова примите участие в конкурсе». Именно так прозвучал совет жюри ровно год назад, когда тогдашние ученицы 11-го класса впервые представили свою гипотезу экспертной комиссии в рамках конкурса «Jugend Forscht». Они выдвинули предположение, что проблему загрязнения окружающей среды пластиком, возможно, можно решить с помощью большой восковой моли (Galleria Mellonella). Для проведения эксперимента соты, поражённые личинками восковой моли, были помещены в пластиковые пакеты. Уже через короткое время пластик оказался изъеденным и рассыпался. В лабораторных условиях было доказано, что личинки действительно разлагают полиэтилен (ПЭ).

В поисках подходящего фермента
Чтобы глубже изучить эту тему, Лена и Янина решили выяснить, содержатся ли в кишечнике личинок большой восковой моли так называемые симбионты, то есть микроорганизмы, способствующие разложению пластика. Исследования на только что погибшем насекомом, перенос бактерий в питательную среду, их размножение, получение клонов бактерий и проведение полимеразной цепной реакции (ПЦР) позволили установить, что определенный ген из этих бактерий размножается — и одновременно подняли вопрос о том, существует ли этот ген в природе в составе, возможно, уже известного аналогичного фермента и может ли он, благодаря способности расщеплять углеродные соединения, вносить решающий вклад в разложение пластика.

«Мы значительно приблизились к результату», — сообщает учитель биологии д-р Дитмар фон дер Ахе. «Речь идет не только об одной бактерии. Мы сузили круг потенциальных кандидатов примерно до двух дюжин возможных бактерий», — говорит специалист. Проведение дальнейших исследований в этом направлении — это вопрос времени и, прежде всего, затрат.

Неудачи не сломили дух
По словам доктора биологических наук, до ноября казалось, что исследовательская работа не даст результатов. Ученицы двенадцатого класса провели более 200 ПЦР-реакций и, несмотря ни на что, не утратили оптимизма. Благодаря множеству ободряющих слов, слаженной координации и продуманной стратегии проекта школа «Штейнмюле» также получила приз за лучшую научную работу под руководством преподавателя. Актуальная и острая тема «пластик» идеально подошла для экологической премии. Премия за проект в размере 1600 евро была выплачена спонсорским пулом Гессена в рамках конкурса за настойчивую, тщательную и целеустремленную работу.

Условия, созданные школьной лабораторией«
» Важным условием для работы юных исследовательниц из «Steinmühle» является школьная лаборатория «Steinmühle», оборудованная при поддержке благотворительного общества. В июне 2014 года Джасмин Вайденбах, председательница общества поддержки, подала заявку на финансирование (5100 евро) в компанию Roche Deutschland в качестве главного спонсора. Головной офис одобрил заявку через месяц, и лаборатория была оборудована осенью 2014 года. Официальное открытие лаборатории состоялось в феврале 2015 года.

Общий конкурс «Jugend Forscht» организуется одноимённым фондом. Его цель — пробудить у юных исследователей интерес к математике, информатике, естественным наукам и технике, а также стимулировать их интерес к этим профессиональным сферам.

В рамках факультативных занятий (WU) в этом учебном году был расширен спектр предложений в области техники и информатики. Учащиеся 8-го и 9-го классов получили возможность самостоятельно реализовывать проекты по электронике с использованием микроконтроллеров Arduino. Как отмечает в своём отчёте ответственный за этот курс учитель Мальте Климчак, Arduino — это платформа с открытым исходным кодом для прототипирования электронных устройств, обеспечивающая гибкость и простоту использования аппаратного и программного обеспечения. Её в основном используют художники, дизайнеры, изобретатели и любители рукоделия для воплощения своих творческих идей.

К микроконтроллеру можно подключать различные датчики (например, датчики температуры, движения, освещенности и т. д.), а также светодиоды, двигатели, кнопки и дисплеи. Управление отдельными компонентами осуществляется с помощью простого программирования. Таким образом, за короткое время создаются небольшие интерактивные устройства. Так, учащиеся, в частности, собрали небольшого робота, который следует за светом фонарика, автомобиль, управляемый через Bluetooth со смартфона, а также цифровой термометр. Кроме того, одна из групп учащихся самостоятельно разработала систему управления двигателем для дистанционно управляемого модельного самолёта.

Развивается аналитическое мышление

При этом речь шла не только о программировании микроконтроллеров, но и о практической сборке электронных схем. В частности, это позволяет развивать навыки в технической сфере и приобретать компетенции в области информатики и программирования. Тренируются логическое и аналитическое мышление, которые затем применяются в реальных ситуациях. Данная программа является продолжением уроков физики и проектных занятий и представляет собой их целесообразное дополнение.

Первое полугодие завершилось посещением так называемого «Роботикума» Марбургского университета имени Филиппа, расположенного в помещениях школы имени Адольфа Райхвайна. В ходе трёхдневного семинара учащиеся получили возможность опробовать гуманоидных роботов модели NAO. Эти роботы могут ходить, говорить и взаимодействовать со своим собеседником. Искусственный интеллект делает возможным широкий спектр взаимодействий.

В ходе практических занятий учащиеся имели возможность разрабатывать и тестировать диалоги, движения и функции распознавания лиц с помощью роботов. Цель заключалась не только в том, чтобы познакомиться с роботами и понять принципы их работы, но и в том, чтобы усовершенствовать собственное алгоритмическое мышление, которое приобретает особое значение в современном цифровом мире.