Open-Photonik-Projekt HolMOS biegt auf Zielgerade ein

Open Innovation
14.08.2018
Erstellt von Photonik Forschung Deutschland und Fraunhofer IPM

Wie eine erfolgreiche Open-Science-Kooperation aussehen kann, zeigen Physik-AGs des Freiburg-Seminars. Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM entwickeln sie im Rahmen des BMBF-Projekts HolMOS einen Prototyp für ein digital-holografisches Mikroskop.

Testaufbau des 3D-Mikroskops mit Schülerinnen und Schülern der Physik-AG
Testaufbau des 3D-Mikroskops mit Schülerinnen und Schülern der Physik-AG. Bild: Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM

Anfang Juli präsentierten die Schülerinnen und Schüler zweier Physik-AGs das Ergebnis der Zusammenarbeit mit dem Forschungsinstitut. Im vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützten Projekt „HolMOS – digital-holographisches Mikroskop für OpenScience“ entwickelten sie in den vergangenen zwei Jahren einen Prototyp, mit dem 3D-Mikroskopbilder für Schulen und private Interessierte erschwinglich werden sollen. Unterstützt wurden sie im gerade beendeten Schuljahr außerdem von den Schülerinnen und Schüler der Biologie-AG „Mikroskopie“, die den Prototyp des neuen Mikroskops intensiv testeten und seine Möglichkeiten für praktische Anwendungen ausloteten. Die Ergebnisse stellten die AGs im Rahmen von Experimentalvorträgen vor.

Erst industrielle Anwendung, jetzt Open Science

Basis für die Kooperation sind die Arbeiten am Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM. Dort wird bereits seit Jahren die Technologie der digital-holografischen Messtechnik für die industrielle Inline-Vermessung dreidimensionaler Oberflächen mit kleinen 3D-Strukturen entwickelt. So hat Fraunhofer IPM z. B. für die Werner Gießler GmbH eine vollautomatische Inline-Prüfanlage für Präzisionsdrehteile entwickelt. Das System prüft im Sekundentakt die Dichtflächen etwa daumennagelgroßer Präzisionsdrehteile – diese stecken weltweit in 70 Prozent aller Lkw-Common-Rail-Dieseleinspritzungen.

Die Aufgabe bei HolMOS lag für Fraunhofer IPM nun darin, diese Technologie zusammen mit Schülerinnen und Schülern auch für interessierte Tüftler und Schulen auszugestalten. Wie schon ein Jahr zuvor kamen die verschiedenen AGs zu einem motivierenden Kick-off am Fraunhofer IPM zusammen, zu Vorträgen und einem Laborbesuch. Im Laufe des Schuljahres widmeten sich das Forschungsinstitut und das Freiburg-Seminar erfolgreich den folgenden Aufgaben:

  • Entwurf eines Referenzdesigns des optischen Aufbaus: Diesen konnten die Schülerinnen und Schüler benutzen und vermessen, bevor sie sich mit den Optiken aus der Physiksammlung an eigene Aufbauten machten.
  • Erarbeitung von Justagehinweisen und Unterstützung bei der Interpretation der Rohdaten
  • Erklärung der für den Aufbau des digital-holografischen Mikroskops notwendigen Algorithmen und deren Zusammenhang mit den physikalischen Phänomenen
  • Bereitstellung von Beispielcodes zur Auswertung von Beispielaufnahmen

Große Fortschritte bei Prototyp für preiswertes 3D-Mikroskop

Beim Treffen Anfang Juli wurde deutlich, dass das Projekt HolMOS in vergangenen Schuljahr einen enormen Schritt nach vorn gemacht hat. Der vorhandene Prototyp ist bereits beachtlich klein und besteht aus erschwinglichen Komponenten. Eine ausführliche Dokumentation und erste Anleitungen für den Einsatz stehen bereit, erste Teile des Codes wurden im Internet veröffentlicht. Im kommenden Schuljahr geht es nun auf die Zielgerade: ein kompaktes, preiswertes 3D-Mikroskop für Schulen und technisch interessierte Privatpersonen.
Schon jetzt ist aber klar, dass die Schülerinnen und Schüler der beteiligten AGs etwas Unschätzbares erfahren haben: Sie konnten erleben, wie spannend, herausfordernd und faszinierend Forschung und Entwicklung sein können. Und dass ein großes, fächerübergreifendes Team durch Engagement und durch die fachliche Unterstützung der Wissenschaftler des Fraunhofer IPM viel erreichen kann.

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Pollenkörner werden mit dem 3D-Mikroskop aufgenommen
Pollenkörner werden mit dem 3D-Mikroskop aufgenommen. Bild: Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
Gesamtaufbau des 3D-Mikroskops mit Auswertungssoftware am Bildschirm
Gesamtaufbau des 3D-Mikroskops mit Auswertungssoftware am Bildschirm. Untersucht wurden Pollenkörner. Bild: Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM