Wissenschaft ist der Schlüssel zur Bewältigung der großen Probleme unserer Zeit. Dass fundierte Lösungen und kluge Ideen nicht nur von renommierten Experten, sondern auch von aufstrebenden Nachwuchsforschern entwickelt werden, zeigen zahlreiche innovative Projekte.
Künstliche Intelligenz für die Krebsforschung
Tara Moghiseh, was verbirgt sich hinter CELLnet?
Es handelt sich um einen Leukozytenklassifikator: Mithilfe des von mir entwickelten Modells eines neuronalen Netzwerkes auf Basis von selbstlernenden Algorithmen werden die verschiedenen Typen weißer Blutkörperchen differenziert und klassifiziert. Damit lässt sich die Zusammensetzung der unterschiedlichen Leukozyten bestimmen – insbesondere eine akute Leukämie kann somit früher erkannt und behandelt werden.
Woher kam die Idee zum Projekt?
Ich habe mich immer schon – auch aufgrund familiärer Krankheitsfälle – für Blut und dessen Zusammensetzung interessiert. Während meines Berufspraktikums in einem Hämatologie-Labor habe ich gemerkt, dass die manuelle Differenzierung bei der Erstellung von Blutbildern mit hohem Zeit-, Kosten- und Personalaufwand verbunden ist. Die bestehenden maschinellen Hämatologiegeräte sind zwar sehr schnell, können aber manche Blasten, also Krebszellen, nicht sicher erkennen.
Welche Schwierigkeiten gab es im Laufe der Lösungsfindung?
Ich habe festgestellt, dass mein bisheriges Schulwissen in Biologie, Informatik und Mathematik für meine Forschung nicht ausreicht. Daher waren die Ergebnisse am Anfang nicht zufriedenstellend. Ich habe die Datensätze somit erweitert und oftmals die Parameter ändern müssen. Mittlerweile liegt die Genauigkeit der Klassifikation bei 98%.
Ist CELLnet ausgereift?
In der Forschung kann CELLnet bereits sehr hilfreich sein. Um ein ganzes Hämatologiesystem daraus zu entwickeln, sind jedoch noch viele Schritte notwendig. Besonders in der Medizintechnik müssen hohe Qualitätsansprüche erfüllt werden, denn es geht schließlich um die Gesundheit der Menschen.
Welchen Berufswunsch hegen Sie?
Ich bin noch nicht ganz sicher, wo und wie es jetzt für mich weitergeht. Ich wünsche mir aber, in Zukunft in der Krebsforschung tätig zu sein.
Ultraschall-Entgratanlage in der Medizintechnik - Per Ultraschall zum Schraubenfeinschliff
Als Jonas Münz 2017 ein Praktikum beim Medizintechnikhersteller ulrich medical absolvierte, kam ihm der Geistesblitz. Er war gerade damit beschäftigt, Knochenimplantats-Schrauben aus Titan, die bei Verletzungen der Wirbelsäule eingesetzt werden, mittels eines Mini-Bohrers zu entgraten – also bei der Herstellung oder Bearbeitung entstandene Metallsplitter oder -kanten zu entfernen. Dabei stellte er fest, wie mühsam dieses Vorgehen ist. Häufig leide zudem die Stabilität des Werkstoffes oder es blieben Rückstände. Also recherchierte er und stieß auf das Verfahren des Ultraschallentgratens, das bisher allerdings nur Kunststoffe und Aluminium entgraten konnte.
Um das Verfahren zu optimieren, tüftelte der Gymnasiast mit seinem Freund Jakob Rehberger im Schülerforschungszentrum Südwürttemberg an einem Prototyp einer Ultraschall-Entgratanlage. Da Grate jedoch an jeder Schraube unterschiedlich ausgeprägt und oft mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind, waren langwierige Versuchsreihen nötig. „Wir haben den Einstrahlwinkel optimiert, mit verschiedenen Wasserzusätzen experimentiert, die Temperatur angepasst, um die Kavitation zu verstärken, die Beschalldauer sowie Intensität der Ultraschallbestrahlung korrigiert und eine verbesserte kavitationsbeständige Sonotrode entwickelt – ein Werkzeug, das durch Einleitung von Ultraschallschwingungen in Resonanzschwingungen versetzt wird.“ Das Ergebnis nach etwa 350 Betriebsstunden: Sauber entgratete und keimfreie Schrauben. Die Material- und Laborkosten des Projektes übernahm ulrich medical. Beim Medizintechnikhersteller werden derzeit zwei Anlagen zur Entgratung von Knochenschrauben gebaut, die baldmöglichst in der Produktion eingesetzt werden sollen.
Aus der Idee ist nun sogar ein Start-up entstanden, die ultraTEC Anlagentechnik Münz GmbH. Das Verfahren soll nicht nur in der Medizintechnik, sondern in nahezu der gesamten verarbeitenden Industrie eingesetzt werden. „Ein weiterer großer Vorteil dieser Anlage ist, dass sie sehr ressourcenschonend arbeitet“, erzählt Münz. Im Gegensatz zu einem Hochdruckwasserstrahl, der häufig beim Entgraten solcher Bauteile verwendet wird, verbraucht der ultraTEC nur 2% der bei diesem herkömmlichen Verfahren benötigten Energie.
Mikroplastikfilter - Saubere Lösung für Waschmaschinen und Weltmeere
„Als wir im Urlaub vor zwei Jahren mehr Müll als Muscheln im Meer gefunden haben, begann mein aktives Engagement gegen die zunehmende Umweltverschmutzung der Weltmeere“, erzählt Leonie Prillwitz aus dem bayerischen Friedberg. Mit ihrem Mikroplastikfilter sollen Kunststofffasern, die sich beim Waschen von der Kleidung lösen und anschließend ins Grundwasser gelangen, aufgefangen werden.
Von der Idee bis zum Prototyp hat es ungefähr ein halbes Jahr gedauert. Die Funktionsfähigkeit des Mikroplastikfilters hat die 16-Jährige daheim in unzähligen Waschvorgängen getestet. Neben den physikalischen Überlegungen war im Hinblick auf den mehrstufigen Filteraufbau auch die Kombination der Maschenweiten für die Filterbeutel und ihre Form selbst wichtig. Die zentrale Frage war: Nach wie vielen Waschgängen läuft der Filter über? Unterstützung und Motivation kamen stets von der Familie, besonders in stressigen Situationen, „wenn die Waschküche mal wieder unter Wasser stand“.
Der Waschvorgang mit Mikrofaser-Filtersystem:
Text: Elisabeth Stockinger
Copyrights: Stiftung Jugend forscht e. V.