Wissen als Erlebnis

Am 12. Januar herrscht gegen elf Uhr gespannte Stille im Kinosaal des Dortmunder U. Rund 150 Zuschauer*innen verfolgen an diesem Samstagmorgen gebannt, wie Marcus Weber auf der Bühne ein Experiment aufbaut. Der Physiker will die Kraft der Erdatmosphäre, die alles auf unserem Planeten umgibt, sichtbar machen. Er hat dazu ein durchsichtiges Rohr mitgebracht, in dem ein Tischtennisball steckt. Beide Enden sind mit einer Folie verschlossen, durch ein Ventil saugt er die Luft aus dem Rohr ab. Dann zielt er mit der Konstruktion auf eine leere Getränkedose am anderen Ende der Bühne.

Weber erklärt mit einfachen Worten das physikalische Prinzip: „Ein Vakuum ist ein leerer Raum. Das heißt: Da ist kein einziges Luftmolekül drin. Gleichzeitig ist dieses Rohr aber umgeben von Luft, die durch diese Differenz jetzt mit voller Kraft von außen gegen die Folien drückt.“ Als Auslöser piekst Weber ein kleines Loch in die Folie – mit einem Knall schießt der Ball los, angetrieben von der plötzlich einströmenden Luft. Als Weber anschließend die Getränkedose hochhebt, klatscht das Publikum begeistert Beifall: Der Plastikball hat ein Loch durch den Blechzylinder geschossen.

Experimente mit Überraschungseffekt

Genau diese Mischung aus Unterhaltung und Aha-Effekt ist das Konzept der Gruppe „Die Physikanten“. „Wir wollen mit Wissenschaft begeistern und gleichzeitig die Begeisterung für die Wissenschaft wecken“, sagt Weber. „Der Kniff liegt in der Inszenierung. Wir setzen dabei beispielsweise auf Überraschung oder Humor. An diese Momente erinnern sich die Leute.“ Das Vortragsformat hat er vor fast 25 Jahren gemeinsam mit seinem damaligen Kommilitonen Jörg Gutschank während des Physikstudiums an der TU Dortmund entwickelt. Mit ihrer Erfahrung als Kleinkünstler wollten sie physikalische Phänomene unterhaltsam auf die Bühne bringen.

Marcus Weber, der das Unternehmen hinter der Show seit dem Ausstieg von Gutschank alleine leitet, erzählt:  „Heute habe ich sechs Beschäftigte sowie ein großes Team an freien Mitarbeitenden aus Wissenschaft, Technik und Schauspiel. Wir treten nicht nur in ganz Deutschland auf, sondern auch im Ausland.“

Professor Hövel, wie macht man Physik greifbar?

Das Ziel der Vorträge ist es, die Themen möglichst einfach und nicht nur für Physiker*innen zu erklären, so dass jede*r es verstehen kann. Schon seit dem ersten Vortrag sind daher Experimente ein ganz wichtiger Bestandteil der Reihe. Viele Redner*innen, auch aus den theoretischen Forschungsgebieten, versuchen deswegen, neue Versuche auszutüfteln. Dabei können sie sich auch am Fundus unserer Vorlesungssammlung bedienen, die direkt an die Physikhörsäle angeschlossen ist. Oder sie bringen ihre eigenen Experimente mit, wie beispielsweise Prof. Alfred Pflug, der in seinem Vortrag zur „Physik in Küche und Haushalt“ im Hörsaal ein Wiener Schnitzel gebraten hat, um die Krustenbildung bei einer bestimmten Temperatur zu zeigen. Das gemeinsame Erlebnis macht die Reihe so besonders – insbesondere im Hörsaal, in dem sich das Lachen ausbreitet und man die Experimente hautnah erlebt.

Woher nehmen Sie die Themen für Ihre Vorträge?

Als Vortragende widmen wir uns Themen, die uns selbst interessieren. Ich war zum Beispiel lange aktiver Segelflieger – daher habe ich mich bei Brötchen und Borussia mit der Physik des Fliegens und der Wolken auseinandergesetzt. Als ich später den Laufsport für mich entdeckt habe, habe ich etwas über den Stoffwechsel beim Training gemacht und mir dafür ein Experiment mit einem Raumluftmessgerät einfallen lassen. Um herauszufinden, ob ich mit so einem Gerät tatsächlich meinen Stoffwechsel anhand meiner Atemluft auswerten kann, habe ich kurzerhand meine heimische Dusche als Messkabine ausprobiert – und das hat tatsächlich geklappt. Wenn man über mich sagt, ich sei ein Nerd, dann muss ich also sagen: Das stimmt! Querverbindungen zwischen Alltag und Wissenschaft zu finden und spaßig zu vermitteln, das macht für mich „Zwischen Brötchen und Borussia“ aus.

Was begeistert Sie an „Zwischen Brötchen und Borussia“?

Mit unserer hybriden Vortragsreihe erreichen wir ein ganz gemischtes Publikum, von Schüler*innen bis hin zu interessierten Senior*innen. Ich bin immer wieder von unseren Zuschauer*innen und ihren interessanten Fragen begeistert, die sie im Hörsaal oder auch im Live-Chat stellen. Oft sind es sehr junge Schüler*innen, die den Expert*innen Löcher in den Bauch fragen und sie mit ihren Diskussionsthemen überraschen. Manchmal meldet sich jemand nach dem Vortrag noch einmal mit weiteren Nachfragen bei uns, zum Beispiel für eine Facharbeit an der Schule. Wir bieten außerdem ein Schülerdiplom an: Dabei beantworten Schüler*innen zu drei Vorträgen ein Quiz und dürfen bei erfolgreicher Teilnahme unsere Labore besichtigen. Natürlich freuen wir uns ganz besonders, wenn wir Teilnehmende später als Studierende wiedersehen! Ein paar Nach­wuchs­wissen­schaftler*innen haben wir sogar von der Teilnahme an „Zwischen Brötchen und Borussia“ bis zur Promotion begleitet.

Zum Videoarchiv von „Zwischen Brötchen und Borussia“

Interview: Marlén Major

Vor Roidl ist auf dem Hallenboden ein gelbes Quadrat aus Laserlicht zu sehen, in das er nun hineintritt. Augenblicklich ertönt ein helles, durchdringendes Surren: Die Drohnen erheben sich zeitgleich in die Luft. Sein Schritt in das Laserquadrat gab ihnen den Befehl, loszufliegen.

Drohnen, Laser und ein schräges Outfit – diese Mischung zieht seit Jahren Besucher*innen an: Beim Tag der offenen Tür der TU Dortmund, als Vorführung für Kindergärten, Schulklassen und Politiker*innen oder zur Demonstration für Partner aus Forschung und Industrie. Seit 2017, als die Versuchshalle in der heutigen Aufmachung eröffnet wurde, hat Moritz Roidl, Oberingenieur des Lehrstuhls, die Drohnen schon hunderte Male vor Publikum fliegen lassen und schätzt, dass mehrere Tausend Menschen dabei zugeschaut haben.

Jede Drohne weiß, wo sich die anderen befinden

Die Drohnen fliegen ganz autonom, ohne Steuerung durch einen Menschen: Die Halle wird von 52 Infrarotkameras beobachtet, die Teil eines Motion-Capturing-Systems sind, das normalerweise für Spezialeffekte beim Filmdreh zum Einsatz kommt. Jede Drohne ist mit den gleichen hellen Kugeln versehen, die Moritz Roidl auf seinem Kopf trägt. Diese reflektieren UV-Licht und erlauben es, die Position jeder einzelnen Drohne – und von Moritz Roidl – zu bestimmen. Per Funkverbindung zu einem Steuerungspanel erhalten die Drohnen dann die Informationen und können somit den anderen Objekten ausweichen. Wohin jede einzelne Drohne gerade unterwegs ist, sieht das Publikum auch an kleinen Laserstrichen auf dem Boden, die deren Richtung und Bewegung anzeigen.

Nun kommt der rote Ring zum Einsatz: Roidl wirft ihn mit einem lauten Klatsch auf den Boden. Sofort erscheint um den physischen Ring ein Kreis aus Laser-Licht. „Das ist ein virtuelles Futter, das ich für die Drohnen erschaffen habe“, erklärt er seinem Publikum, während er weitere Laserkreise erzeugt. Umgehend orientieren sich die Drohnen zum „Futter“ hin und bestimmen selbstständig, welche von ihnen sich einen der Lichtkreise „schnappt“ und in ein virtuelles Lager bringt, einen per Laser abgetrennten Bereich auf dem Boden.

Dieses spielerische Element führte letztendlich wiederum zu Forschungserfolgen und neuen Anwendungen. So zeigte sich, dass die kleinen Lichtpfeile Fehlerzustände erkennbar machen, die die Forscher*innen im Code des Algorithmus sonst lange gesucht hätten. Somit haben die Laser – übrigens herkömmliche Discolaser – die Entwicklung des Algorithmus beschleunigt. Die Erfahrungen aus der Drohnenschwarm-Forschung wurde zudem in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (IML) für die Entwicklung von Transportrobotern genutzt: „Ein Paketsortiersystem, das auf Schwarmlogik basiert“, erläutert Roidl. Außerdem ermöglichte seine Vorführung auch schon den Transfer in die Industrie, denn Kund*innen waren im Anschluss so überzeugt von dem Aufbau, dass die Drohnen als mobile Laser-Bodenmarkierungen für Gabelstaplerfahrten eingesetzt wurden.

Es geht auch mal etwas kaputt

Machen Politiker*innen einen Stopp auf dem TU-Campus, steht die Drohnenshow vom Lehrstuhl für Förder- und Lagerwesen meist mit auf dem Programm. Zur Eröffnung der Versuchshalle im Jahr 2017 war die damalige Bundesministerin für Bildung und Forschung Johanna Wanka zu Gast, ihre Nachfolgerin Anja Karliczek kam gleich zweimal, auch Bundesarbeitsminister Hubertus Heil war schon zu Besuch. Andreas Pinkwart, ehemaliger NRW-Wirtschaftsminister, erlebte eine ganz besondere Drohnenshow: „In dem Moment, in dem die Drohnen den Befehl zum Hochfliegen erhielten, stürzte der Steuerungscomputer ab, sodass der anschließende Befehl zum eigenständigen Fliegen nicht rausging“, erzählt Moritz Roidl. Das Resultat: Die Drohnen donnerten in weniger als einer Sekunde an die Decke der Versuchshalle und fielen als Trümmer aus Plastikteilen wieder herab. „Im ersten Augenblick war das für uns ein Schock“, sagt Roidl. „Herr Pinkwart nahm das aber gar nicht negativ auf, im Gegenteil: Er sagte, in Dortmund, da werde noch echte Forschung betrieben, wo auch mal etwas kaputtgehe.“

Mittlerweile geht der Drohnenschwarm an der TU Dortmund ins siebte Jahr und hat noch lange nicht ausgedient: Gemeinsam mit Wissen­schaft­ler*innen des Lamarr-Instituts für Künstliche Intelligenz und Maschinelles Lernen soll der Drohnenschwarm in Zukunft als Versuchsfeld für die Forschung an der sogenannten Embodied AI – der Verbindung von Robotern und KI – genutzt werden. Eine kürzlich vorgenommene Delegationsreise der Beteiligten in die USA weckte großes Interesse bei renommierten Forschungsinstitutionen. Das zeigt: Der Schwarm und die Ausstattung der Forschungshalle können international mithalten.

Text: Adriane Koller

Dies ist ein Beitrag aus der mundo, dem Forschungsmagazin der TU Dortmund.

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