Wetterstation der nächsten Generation

Freiburg | 14.07.2015 | Freiburger Studenten entwickeln eine Wetterstation, die Passanten zur Interaktion einlädt
Gruppenbild Team von „Molae quaesitae" Das Team: M. Gangwisch, L. Franke, T. Schaechtle, E. Bäumker (Bild: privat)

„Es klappert die Mühle am rauschenden Bach…“ Wer bei diesen Zeilen an Mühlenromantik denkt, liegt nicht ganz falsch. Trotzdem war das Müllerhandwerk weniger romantisch als wir es uns heute vorstellen und dienten Mühlen in erster Linie der Energiegewinnung. Weil das heute mithilfe fossiler oder alternativer Quellen weitaus effizienter geht, ist die Mühle als Energiespender in Vergessenheit geraten. Trotzdem lässt sich ein Mühlrad auch heute noch zur Energiegewinnung verwenden.

So zum Beispiel in Freiburg, wo eine Gruppe von Studenten derzeit an einer ‚messenden Mühle‘ arbeitet. Unterstützt werden sie dabei von der MFG Stiftung, die das Vorhaben mit dem Karl-Steinbuch-Stipendium fördert.

Dr. Andrea Buchholz Dr. Andrea Buchholz

Technisch anspruchsvoll und alltagsnah zugleich

„‚Molae quaesitae‘ ist ein sehr spannendes Projekt, weil es technisch anspruchsvoll, aber zugleich alltagsnah umgesetzt ist“, sagt Dr. Andrea Buchholz, Leiterin des Projektteams Talent- und Forschungsförderung bei der MFG Innovationsagentur Medien- und Kreativwirtschaft Baden-Württemberg. Denn das Mühlrad, das sich künftig an Freiburger Ufern drehen soll, ist kein herkömmliches. Kombiniert mit Hightech und Sensortechnik soll es die Aufmerksamkeit und das Interesse von Freiburger Passanten wecken.

Dafür schließen Thomas Schaechtle und Eiko Bäumker, unterstützt von Marcel Gangwisch und Layla Franke, ihr selbst entworfenes Mühlrad an ein Smartphone und eine rotierende LED-Anzeige an und machen es so zur Wetterstation der nächsten Generation.

Die ‚messende Mühle‘, so die Übersetzung des lateinischen Projektnamens ‚Molae quaesitae‘, erhebt und speichert auf diese Weise Umweltdaten wie Pegelstand, Luft- und Wassertemperatur, Abgaskonzentration und Ozonwerte und stellt sie Vorbeigehenden über eine LED-Anzeige aktuell zur Verfügung. Zwischendrin werden immer wieder Sinnsprüche oder Zitate eingeblendet. Die Passanten wiederum können die Daten nicht nur zur Kenntnis nehmen, sondern über ihr Handy direkt mit dem System kommunizieren, indem sie zum Beispiel eigene Texte eingeben.

Bild rotierende LED-Anzeige Die rotierende LED-Anzeige des Wasserrads. (Bild: privat)

Karl-Steinbuch-Stipendium vereinfacht die Suche nach Sponsoren

Um dies zu ermöglichen, haben die Studenten ein komplexes technisches Gesamtsystem konzipiert, das modernste Funktechnologie, innovative Anzeigetechnik und traditionelle Energiegewinnung miteinander kombiniert. Kernstück des Systems ist die Hauptplatine, die mit allen anderen Komponenten vernetzt ist und sie steuert. Für die nötige Energie sorgt das selbst konstruierte Wasserrad. Dabei erwies sich das Konzept für die Energiegewinnung als durchaus knifflig.

„Wir haben Messungen durchgeführt, um die Größe des Wasserrads und damit die minimal vorhandene Energie für das System zu bestimmen“, erklärt Thomas Schaechtle. Auch die Konstruktion des Schaufelrads war keine triviale Angelegenheit. „Wir mussten vorab eine detaillierte technische Zeichnung des mechanischen Aufbaus anfertigen“, ergänzt Eiko Bäumker. Dafür haben die Stipendiaten eine spezielle 3D-Modellierungssoftware genutzt.

Bildschirm mit technischer Zeichnung Eine detaillierte technische Zeichnung ging dem Zusammenbau voraus (Bild: privat)

Ohne Unterstützung durch die MFG Stiftung hätten sie sich solche Tools und die nötige Hardware freilich nicht leisten können. „Die Idee zu ‚Molae quaesitae‘ gab es schon lange und unabhängig von dem Stipendium“, sagt Eiko Bäumker. „Dank des Karl-Steinbuch-Stipendiums konnten wir das ursprüngliche Konzept aber noch einmal weiterentwickeln und das Projekt professionalisieren, so dass es nun tatsächlich umgesetzt wird.“

Hilfreich sei auch die Seriosität, die ein solches Stipendium nach außen vermittle. „Die Leute zeigen sich sehr hilfsbereit und spendabel, wenn man sie anspricht“, erklärt Thomas Schaechtle. So konnten die Studierenden nicht nur mehrere Sponsoren gewinnen, die verschiedene Sensoren beisteuerten, sondern werden bei ihrem Projekt auch vom Lehrstuhl für Energy Harvesting der Universität Freiburg unterstützt. „Wir können Gerätschaften und die Werkstatt des Lehrstuhls nutzen, um unsere Wetterstation zusammenzubauen“, freut sich Eiko Bäumker.

Messende Mühle Die „messende Mühle" misst und speichert Umweltdaten (Bild: privat)

Passanten können eigene Inhalte beisteuern

Beim Zusammenbau werden die Schaufelräder des Wasserrads in eine Nabe aus Plexiglas gesteckt, die mit der Welle des Wasserrads verbunden wird. Die Welle wiederum bewegt die Zahnräder, die den Generator antreiben und damit alle anderen Komponenten des Systems mit Energie versorgen. Die wichtigste Aufgabe übernimmt ein in die Plattform eingebautes Smartphone. Es verfügt bereits über alle benötigten Module wie WLAN und Bluetooth. Zudem besteht eine Schnittstelle zum Internet, um Daten auf die Homepage hochzuladen und Fehlermeldungen per SMS zu senden.

An das marktübliche Handy werden Sensoren angeschlossen, die Umwelt- und meteorologische Daten messen und aufbereiten. Diese Daten werden zum einen in einer internen Datenbank gespeichert und zum anderen sowohl an das LED-Display als auch an eine selbst entwickelte Web-App weitergeleitet. „Die App koordiniert die Aufnahme der Daten. Über Bluetooth ist sie sowohl mit der Anzeige verbunden als auch mit den Sensoren“, erläutert Thomas Schaechtle.

Passanten sehen damit nicht nur die jeweils aktuellen Umweltdaten auf dem LED-Display, sondern können über ihr eigenes Handy direkt mit dem System interagieren. Sie müssen dafür keine App auf ihr Smartphone herunterladen, sondern können ganz einfach über WLAN und den Web-Browser mit der Software kommunizieren.

Schaufelrad Der Prototyp des Schaufelrads (Bild: privat)

„Interessierte haben die Möglichkeit, sich Verlaufsgrafiken zu den einzelnen Messdaten anzuschauen und nachvollziehen, wie sich der Pegelstand oder die Temperatur entwickelt hat. Außerdem gibt es ein Gästebuch, das man herunterladen und kommentieren kann“, erklärt Eiko Bäumker. Nicht zuletzt können Passanten den vorhandenen Sprüchen und Zitaten eigene Texte hinzuzufügen. „Auf diese Weise entsteht ein individuelles Gesamtkunstwerk, das sowohl technikaffine als auch künstlerisch interessierte Passanten anzieht“, erklärt Eiko Bäumker.

Freiburgs Image als ‚Green City‘ profitiert von dem Projekt

Die Stadt Freiburg hat denn auch bereits Interesse an der ‚Molae quaesitae‘ angemeldet. „Wir verhandeln derzeit noch über einen passenden Standort“, so Thomas Schaechtle. „In Frage kommen die Dreisam oder der Freiburger Gewerbekanal.“ Wo auch immer die Wetterstation am Ende stehen wird, eins steht für ihn schon heute fest: „Mit der ‚messenden Mühle‘ wäre Freiburg nicht nur um eine Attraktion reicher, sondern könnte auch sein Image als ‚Green City‘ weiter festigen.“

Autorin: Michaela Kürschner
Mehr Infos:

Website zum Projekt ‚Molae quaesitae’
Projektbeschreibung ‚Molae quaesitae‘
Lehrstuhl Energy Harvesting an der Universität Freiburg
MFG Stiftung
Karl-Steinbuch-Stipendium
Vorstellung der Karl-Steinbuch-Stipendiaten 2014/2015

Studentischer Forschungsgeist zwischen den Disziplinen

Das Karl-Steinbuch-Stipendium fördert studentische Forschungsprojekte kreativer Querdenker.  In einer Themenreihe stellt die MFG interdisziplinäre Projekte vor, an denen die Stipendiaten aktuell arbeiten: