Mit LEGO® & Co. die Photonik erforschen

Experimente zur Messung von Laserleistung, Wellenlänge und Kohärenz auf Basis von Lego®-Bausteinen? Wie das funktioniert zeigt seit 2013 der Fachbereich Physik der Universität Osnabrück unter der Leitung des Experimentalphysikers Prof. Dr. Mirco Imlau in dem Projekt „myphotonics“.

Das Projekt startete mit einem Michelson-Interferometer in der Osnabrücker Forschungsgruppe durch Felix Lager und Stefan Klompmaker. Bis auf den Laser und die zugehörigen Optiken besteht der Aufbau des Interferometers komplett aus LEGO®-Steinen.

Das besondere an dem Projekt: Die Kosten für das Interferometer belaufen sich auf weniger als 150 Euro und sind somit fast um den Faktor 20 geringer als bei professionellen Systemen. So werden diese vormals zu kostspieligen Laboraufbauten auch für den Unterricht in Schulen und im Studium ermöglicht.

„Der Do-it-yourself-Gedanke macht das Projekt zu etwas ganz Besonderem“, so Felix Lager. Das Projekt richtet sich insbesondere an Schüler, die schon in der Aufbauphase involviert sein sollen. Die aktive Mitarbeit steigert die Motivation und führt infolgedessen zu einer massiven Lerneffektsteigerung.

Im Rahmen ihrer Masterarbeit haben Felix Lager und Stefan Klompmaker eine Vergleichsstudie an einem Gymnasium mit jeweils zwei Grund- und Leistungskursen durchgeführt. Die Studie zeigt, dass bei gleicher Unterrichtszeit ein Grundkurs mit einem solchen Experiment bessere Leistungen erbringen kann, als ein Leistungskurs mit professioneller Ausstattung.

Mit dem Aufbau des Laserinterferometers aus den weltbekannten Plastik-Steinchen konnte das Team vom Fachbereich Physik der Universität Osnabrück nachweisen, dass kleinste Längenunterschiede, die beispielsweise bei der thermischen Ausdehnung auftreten, gemessen werden können. Mittlerweile können die Intensitätsänderungen im Interferometer auch mit einem eigens entwickelten Vier-Kanal-Photodiodenverstärker erfasst werden.

myphotonics – next level

Anfang März 2016 ist nun ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördertes Projekt gestartet, das die Idee von myphotonics auf eine nächste Ebene hebt. In den nächsten drei Jahren soll hierfür das myphotonics-Projekt um die Baukastenplattformen fischertechnik®, Arduino und 3D-Druck erweitert werden. Damit sollen in dieser Zeit die Lern- und Ausbildungseffekte der Idee für die Bereiche Open Innovation, Open Education und Open Research in der Photonik erforscht und ausgeweitet werden.

Gegen Projektende soll dann schließlich ein vollständiges Do-it-Yourself-Optiklabor einschließlich photometrischer Komponenten entstehen und als Open Source Hardware zur Verfügung gestellt werden. Ziel des Projektes ist die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses im Bereich der Optik & Photonik durch Einsatz kostengünstiger und verbreiteter Open Source Hardware Komponenten – dies ist insbesondere für das Lernen und Lehren im außerschulischen Bereich, aber auch für Maker von großem Interesse.

Das myphotonics-Projekt (Projekttitel: vom Baukastensystem zum Do-It-Yourself Optiklabor – myphotonics) ist als erstes Projekt im Rahmen der BMBF-Förderinitiative „Open Photonik“ gestartet. Es wird vom BMBF bis voraussichtlich Ende Februar 2019 mit rund 720.000 Euro finanziert. Projektpartner sind neben dem Fachbereich Physik der Universität Osnabrück (unter der Leitung von Prof. Dr. Imlau) die Forschungsgruppe von Prof. Dr. Dirk Berben der Fachhochschule Südwestfalen, die über umfangreiche Kompetenzen in den Bereichen Elektro- und Messtechnik sowie Informatik verfügt.

http://www.myphotonics.eu Erste Anleitungen für Komponenten und Experimente sowie Bauteilelisten auf der myphotonics-Homepage
http://www.photonikforschung.de Das Informationsportal des BMBF für Photonik Forschung in Deutschland
http://www.photonik-campus.de Die Nachwuchsseite der deutschen Photonik-Branche