Sensorik und Medizin (Sekundarstufe II)
Einblicke in die Entwicklung von medizinischen Sensoren
An ihrem Besuchstag erwarten die Schulklassen der Sekundarstufe II verschiedene Lernstationen zur medizinischen Sensorik. Hier erhalten sie Einblicke in die Grundlagen medizinischer Diagnostik, Sensortechnologie und Nanotechnologie.
Das Team vom klick!:labor stellt zunächst Sensorkonzepte aus der aktuellen Forschung vor. Anschließend erforschen die Schülerinnen und Schüler die zugrundeliegenden Phänomene der Piezoelektrizität und Magnetostriktion. Am Ende des etwa sechsstündigen Labortages können sie einen eigens entwickelten Sensor bauen und testen. Der ganztägige Versuchstag entstand ursprünglich im Verbund mit dem Profilseminar-Schwerpunkt Sensorik. Medizinisch und technologisch interessierte Klassen können ihn jedoch auch unabhängig davon buchen.
Die Lernstationen im Überblick
Die Vermessung des Herzens – Aufbau, Funktion und Kardiografie
Hier erfahren die Schülerinnen und Schüler, wie ein menschliches Herz aufgebaut ist und welche Komponenten einen Herzschlag ausmachen. Auch vermessen sie diesen an einem Modell mithilfe eines Elektrokardiogramms (EKG). Gemeinsam schauen sie sich die verschiedenen Bestandteile des Kardiogramms an. So sind die Teilnehmenden schließlich in der Lage, EKG von gesunden sowie von kranken Modellpatientinnen und -patienten zu interpretieren. Abschließend stellen wie EKG und MKG (Magnetokardiogramm) einander gegen und besprechen die jeweiligen Vor- und Nachteile.
Piezoelektrizität – Von der Waage zum Sensor
An dieser Station lernen die Jungen und Mädchen das Phänomen der Piezoelektrizität kennen. Hierbei handelt es sich um eine Eigenschaft bestimmter Materialien, aus mechanischer Verformung elektrische Spannung zu erzeugen. Piezoelektrische Kristalle finden wir vielerorts in unserem Alltag beispielsweise in elektrischen Waagen oder Feuerzeugen. Die Lerngruppen bekommen verschiedene Kristalle gezeigt, vermessen sie und erarbeiten ein Modell der Funktion. Optional können die Teilnehmerinnen und Teilnehmer die Kristalle mit einem Vorlauf von etwa zwei Wochen selbst in der Schule herstellen.
Magnetostriktion – Ein Magnetfeld erzeugt Bewegung
Das Phänomen der Magnetostriktion beschreibt die Eigenschaft eines Materials, sein Volumen durch die Wirkung eines Magnetfelds zu verändern. Dies wird in Sensoren genutzt, um das untersuchte Magnetfeld in eine messbare Bewegung umzusetzen. An dieser Lernstation untersuchen die Schulklassen ein Modellmaterial und erarbeiten einen Versuchsaufbau. Dieser stellt die Grundlage für die Vermessung des eigenen Sensors dar.
Sensorbau
Am Nachmittag wenden die Teilnehmerinnen und Teilnehmer das zuvor gesammelte Wissen an. Mit verschiedenen Materialien entwerfen und bauen sie einen eigenen Sensor. Bedingt durch den Aufbau zur Vermessung ist hierbei lediglich die Größe vorgegeben. In allen anderen Punkten sind der Fantasie der Lerngruppe keine Grenzen gesetzt. Zu guter Letzt stellen wir den Sensor gemeinsam auf den Prüfstand, vermessen ihn und nehmen gegebenenfalls letzte Verbesserung vor.