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Nachwuchsforscher der Cäci erneut erfolgreich

Foto: JUfo
Foto: JUfo

Auch im Jahr 2015 konnten die Jungforscher der Cäcilienschule beim Regionalwettbewerb „Jugend forscht - Schüler experimentieren“ in Emden mit allen 3 gestarteten Projekten Preise erringen, darunter auch erneut einen Regionalsieg.

Antonia Lücke und Vorjahressieger Christoph Friedrich errangen in Kooperation mit Malte Braband aus Braunschweig mit ihrem Projekt den zweiten Preis in der Kategorie Mathematik. Sie führten zur WM 2014 einen Tippwettbewerb mit über 2500 Teilnehmern durch und wollten herausfinden, wer besser tippt: die Fußballexperten, die „Masse“ der teilnehmenden Laien oder der Computer. Dabei schnitten die “Fachleute“ zwar am besten ab, es hat sich aber auch herausgestellt, dass die von den Teilnehmern erhobenen Daten nicht dazu geeignet waren, das Abschneiden der Fußballmannschaften verlässlich vorherzusagen.

Insgesamt weisen die Ergebnisse des WM-Tippspiels also ähnlich wie Bundesliga-Tipprunden einen hohen Zufallsanteil auf. Für ihre Arbeit erhielten Jugendlichen zusätzlich den Sonderpreis der Hochschule Emden / Leer.

Marco Ruchay, der bereits viermal den Wettbewerb gewann, errang in diesem Jahr in der Kate­gorie Technik mit seinem Projekt eines „schnellen, präzisen Schrittmotor­treibers“  ebenfalls den zweiten Platz.  In diesem ohnehin sehr effektiven Motor hat Marco versucht, die Schaltung und die Logik, die sie treibt, zu optimieren. Dafür mussten auch bei der der Stromregelung bessere Lösungen gefunden werden.

Besonders freuen durften sich Jantje Eilers, Paula Remmers und Neele Hertwig. Sie vertreten die Cäci in der 2. Runde beim Landeswettbewerb in Oldenburg in der Kategorie Technik. Mit dem Projekt „Roboterherde in action“ haben sie mit „einfachen“ Lego Robotern das Verhaltensmuster von Tieren imitiert, die in Herden oder Schwärmen leben. Dazu mussten natürlich nicht nur die lebendigen „Vorbilder“ zunächst genau studiert werden, sondern auch eine entsprechende Programmierung der Roboter vorgenommen werden. Mit ihren Ergebnissen überzeugten die Mädchen die Jury so sehr, dass die drei zusätzlich den Sonderpreis der Handwerkskammer für Ostfriesland gewannen.

Weitere Infos zu den einzelnen Projekten:

Roboterherde in action!

Im Tierreich gibt es zahlreiche Verhaltensmuster von Herden und Schwärmen. Die Tiere interagieren miteinander, um bestimmte Ziele gemeinsam zu erreichen. In der Technik werden verstärkt Roboter eingesetzt, um komplexe Aufgaben im Zusammenspiel lösen zu können. Wir wollen versuchen, mit Hilfe von unseren einfachen Lego-Mindstorms-Robotern mit einem EV-3 Stein diese „Intelligenz“ an ausgewählten Beispielen nachzustellen.

Zunächst haben wir uns mit den kollektiven Verhaltensmustern in der Tierwelt vertraut gemacht. Anschließend mussten wir herausfinden, welche sensorischen Fähigkeiten die von uns verwendeten Roboter besitzen und haben uns in die Programmierung eingearbeitet.

Um ausgewählte Aspekte des natürlichen Herdenverhaltens durch unsere Roboterversuche nachzustellen, wollten wir für die Programmierung unserer Roboter möglichst einfache Regeln erarbeiten und verwenden. Mittels der von uns erstellten und programmierten Regeln können wir nun einfache Bewegungsmuster einer Herde simulieren.
 

Entwicklung eines schnellen, präzisen Schrittmotortreibers

Schrittmotoren sind derzeit die leistungsfähigsten und zu gleich präzisesten Aktuatoren. Allerdings sind sie nur so gut, wie die Schaltung und die Logik die sie Treibt. Die Schwierigkeit liegt hier in der Stromregelung, an die eine hohe Anforderung gestellt ist. Genau mit dieser setze ich mich auseinander.

Wer hat den besten WM-Tipp - die Experten, die große Masse, die Mathematik oder doch das Wettbüro?

Die Cäcilienschule Wilhelmshaven führte zur WM 2014 einen Tippwettbewerb mit über 2500 Teilnehmern durch. Da stellt sich sofort die Frage, wer die besten WM-Tipps abgibt - und natürlich warum der (selbsternannte) „Fussballexperte“ mit seinem Fachwissen, eine Tippgemeinschaft, die die „Weisheit der Vielen“ ausnutzt, ein mathematisches Modell, das die Ergebnisse z.B. aus Ranglisten berechnet (Systemtipp) oder das Wettbüro mit seinen Quoten den größten Erfolg hat. Aus Selbsteinschätzungen der Teilnehmer haben wir Experten identifiziert und weitere Daten zu den Teilnehmern ausgewertet.

Zur wissenschaftlichen Auswertung mussten wir teilweise neue mathematische Beziehungen zwischen den verschiedenen Prognosemodellen herleiten. Außerdem haben wir eine Methodik entwickelt, mit der wir den Verlauf der WM aus den Modellen numerisch berechnen konnten, anstatt ihn wie bisher in der Literatur nur zu simulieren.

Bei der Auswertung ergab sich insbesondere, dass zwar die Experten statistisch signifikant besser abgeschnitten haben als die Durchschnittsteilnehmer und diese wiederum besser als die Anfänger (weiterhin haben die Männer besser als die Frauen und die Alten besser als die Jungen getippt). Allerdings waren die Unterschiede eher gering. Die Systemtipps haben im Mittel aber deutlich besser abgeschnitten als die menschlichen Tipper. Allerdings konnten wir nachweisen, dass auch der beste Systemtipp realistischerweise einen Tippwettbewerb mit sehr vielen Teilnehmern nicht gewinnen kann. Unter den Systemtipps gab es quantitativ und qualitativ relativ wenige Unterschiede, wenn man von zufälligen Schwankungen absieht. Allerdings hat sich auch herausgestellt, dass die von den Teilnehmern erhobenen Daten nicht dazu geeignet waren, das Abschneiden der Teilnehmer verlässlich vorherzusagen.

Insgesamt weisen die Ergebnisse unseres WM-Tippspiels also ähnlich wie Bundesliga-Tipprunden einen hohen Zufallsanteil auf. Verlässt man sich auf Systemtipps statt auf die eigene Intuition, dann wird man mit hoher Wahrscheinlichkeit zu den besten 20% der Teilnehmer gehören. Bei großen Tipprunden hat man aber keine realistische Gewinnwahrscheinlichkeit, da es fast immer viele Tipps gibt, die zufällig besser sind.