Pegelstandmessgeräte gebaut

Umwelt-Campus Birkenfeld: Mit MINT gegen Klimafolgen

Schüler der Gemeinschaftsschule Türkismühle beim Löten (Sabrina Brixius, GemS Türkismühle)

Nach der CO2-Ampel im Klassenzimmer jetzt Starkregenereignisse in der Region: Schülerinnen und Schüler im Landkreis St. Wendel nutzen digitale Selbstbauinnovation der Hochschule Trier und beteiligen sich so an der Bewältigung der Klimakrise. Forscher am Umwelt-Campus Birkenfeld der Hochschule Trier und ein Maker aus Stuttgart entwickeln ein quelloffenes System zur Messung von Pegelständen an Gewässern. Und das Beste: Alles im Rahmen der IoT2-Werkstatt auch zum Selbstbau geeignet. Ein erstes Pilotprojekt startete jetzt an der Gemeinschaftsschule Türkismühle im Landkreis St. Wendel. Zur Planung und Umsetzung haben sich dort ortsansässige Handwerksbetriebe, engagierte Lehrkräfte und der Katastrophenschutz des Landkreises zusammengefunden, um Nachwuchskräfte für MINT-Berufe zu werben und digitale Lösungen anfassbar zu machen. 

Erst kürzlich durfte der Umwelt-Campus seine innovativen Ideen auf der Woche der Umwelt beim Bundespräsidenten in Berlin präsentieren. Neben der CO2-Ampel, die mittlerweile bundesweit tausende Mitstreiter[i] gefunden hat, rückt jetzt ein weiteres Exponat in den Fokus, denn die Hochwasserkatastrophe hat ein zentrales Defizit deutlich gemacht: Wir verfügen bisher kaum über das notwendige Wissen, wie sich kleine Gewässer bei Starkregen verhalten und können deshalb auch KI-Prognosen über den Pegelverlauf nur sehr ungenau erstellen. Die großen Flüsse werden von professionellen und entsprechend kostspieligen Pegelstationen überwacht. Aber was ist mit dem kleinen Bach, der durchs Dorf geht? 

Auch hierfür haben die Forscher eine Vorstellung, wie Bürgerwissenschaften (Citizen Science) und Kommunen eine schnelle Lösung unterstützen können: Von einer Brücke oder einem überhängenden Baum aus lässt sich der Abstand zur Wasseroberfläche einfach per Ultraschall messen und über ein IoT-Netzwerk in die Zentrale melden. Dort dienen die Daten z. B. als Entscheidungsgrundlage für den Katastrophenschutz, aber auch interessierte Bürgerinnen und Bürger können die Daten einsehen. Grundlage bildet das Internet der Dinge (IoT) und ein Open-Source Werkzeugkasten zur Programmierung, den der Umwelt-Campus gemeinsam mit der Expertengruppe IoT im nationalen Digitalgipfel und Makern aus der ganzen Welt entwickelt hat[ii].

„Gemeinwohlorientierte Digitalisierung ist das Stichwort unserer Initiative. Wir wollen das Internet der Dinge und KI so für jedermann anfassbar machen, Gesellschaft und Schulen mitnehmen auf den Weg einer gestaltenden Nutzung der digitalen Möglichkeiten. Gerade die Klimakrise und die Pandemie zeigen uns die dringende Notwendigkeit, engagierte Nachwuchskräfte für MINT Berufe zu begeistern.“ meint Professor Klaus-Uwe Gollmer, einer der Entwickler vom Umwelt-Campus.

Schüler der Gemeinschaftsschule Türkismühle beim Löten (Sabrina Brixius, GemS Türkismühle)

Im Rahmen einer Initiative zur Ausbildung im Handwerk haben Schülerinnen und Schüler im Landkreis St. Wendel im März 2021 bereits 600 IoT-CO2-Ampeln für ihre Klassenzimmer selbst realisiert. Dabei konnten sie ihre Kennnisse in Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT) praktisch anwenden und den Mehrwert dieser Kenntnisse besonders beim Lüften in der COVID-Pandemie selbst erfahren.

Pegelmessung und die Übernahme von Gewässerpatenschaften durch die Schulen ist jetzt der nächste logische Schritt, den die Wirtschaftsförderung, ortsansässige Handwerksbetriebe und der Katastrophenschutz des Landkreises gemeinsam mit dem Umwelt-Campus und der Gemeinschaftsschule Türkismühle gehen.

„Vielleicht könnte unsere Initiative einmal dazu führen, dass Bildungspolitik und kommunale Träger bundesweit erkennen, dass Schulen nicht nur Geld kosten, sondern auch Kristallisationskern neuer gesellschaftlicher Entwicklungen sein können.“ meint Professur Gollmer anlässlich der online – Übergabeveranstaltung der ersten Pegelsensoren an den Landrat durch die Klasse 8a/8b am 21. Januar 2022.

Erster Prototyp mit dem IoT-Octopus (Guido Burger)

So könnte langfristig ein flächendeckendes Monitoring-System entstehen, das vor Ort die wichtigen Daten für die zukünftig zu entwickelnden KI-Vorhersagemodelle liefert und gleichzeitig mit LoRaWAN eine redundante Netzstruktur schafft, die auch von anderen Teilnehmern genutzt werden könnte. Die potentiellen Anwendungsgebiete, insbesondere im Umwelt- und Klimaschutz, sind vielfältig[iii]. Und ganz wichtig: Bei allen Themen könnten sich neben den Kommunen auch die Bürger und Bürgerinnen aktiv beteiligen.

Selbstgebaute einsatzbereite Citizen Science Box im Outdoor-Gehäuse der Klasse 8a/b der Gemeinschaftsschule Türkismühle (Sabrina Brixius, GemS Türkismühle).

„IoT, MINT und Makeing sind die Schlüssel zur Bewältigung vieler Probleme unserer Zukunft. Wir brauchen unbedingt mehr Macher-Mentalität und MINT-Fachkräfte in der Gesellschaft um die Resilienz zu erhöhen“ so Guido Burger, Mitinitiator der IoT2-Werkstatt und begeisterter Maker aus Baden-Württemberg. 

An vielen Orten in Deutschland entstehen bereits öffentliche Makerspaces und Innovationslabore, die eine fächerübergreifende Zusammenarbeit verschiedener Disziplinen und Akteure fördern. Der Umwelt-Campus bietet neben dem Innovationslabor INNODIG[iv] einen neuen Bachelorstudiengang zur Angewandten Informatik und Künstlichen Intelligenz. Die Vorhersage von Wasserpegeln ist nur eines der spannenden Themen im breiten Portfolio der angewandten Forschungsprojekte am Campus.

Zur selbstgebauten einsatzbereiten Citizen Science Box im Outdoor-Gehäuse der Klasse 8a/b der Gemeinschaftsschule Türkismühle (Foto: Brixius, GemS Türkismühle)


[i] https://www.umwelt-campus.de/iot-werkstatt/news-detailansicht/digitale-tool-zum-leben-mit-der-pandemie

[ii] https://www.bildung-forschung.digital/digitalezukunft/de/bildung/iot

[iii] https://www.umwelt-campus.de/iot-werkstatt/tutorials

[iv] https://www.umwelt-campus.de/forschung/projekte/innovationslabor-digitalisierung-innodig

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