MINT-EC-Camps

Vom 13. bis zum 17. November durfte ich mit 15 weiteren Schülerinnen aus ganz Deutschland am MINT-EC-Girls-Camp zum Thema Künstliche Intelligenz teilnehmen. Nach einer langen Anreise wurden wir am Willms-Gymnasium in Delmenhorst begrüßt. Zum Einstieg stellten wir uns einander vor und erhielten eine kurze Stadtführung, um uns dort im weiteren Verlauf des Camps zurechtfinden zu können. Während der ersten drei Tage begleiteten uns zwei Mitarbeitende des Fraunhofer-Instituts für Intelligente Analyse- und Informationssysteme (IAIS). Um uns einen Einblick in das vielfältige Anwendungsfeld von künstlicher Intelligenz zu geben, besuchte uns eine ihrer Kolleginnen Frau Dr. Theresa Bick, die mit Hilfe von Deep Learning ein System zur automatisierten Schadensanalyse beispielsweise für Hagelschäden an Autos entwickelt hat. 

Als Einstieg in den Workshop ging es um die Geschichte der KI-Entwicklung, wie beispielsweise den KI-Winter in den 1980ger Jahren und dass die große Menge an verfügbaren Daten, die verbesserten Verfahren, die immer günstiger werdenden Technologien und die wachsende digitale Erfahrung den aktuellen KI-Boom bedingt. Um das Konzept hinter KI zu verstehen war es nötig sowohl die menschliche als auch die künstliche Intelligenz definieren und zwischen „Machine“ und „Deep Learning“ zu differenzieren. Bei aktuellen KI-Anwendungen handelt es sich um künstliche neuronale Netze, diese sind aufgebaut aus Input, Hidden und Output Units. Einfach ausgedrückt wird das Wissen der KI in der Gewichtung der Kanten, mit denen die Units verbunden sind, gespeichert und während dem Prozess des Lernens werden diese angepasst. 

Am zweiten Tag des Camps haben wir im Open Roberta Lab unter Miteinbeziehung eines künstlichen neuronalen Netzes programmiert. Am Nachmittag wurden wir zuerst über die grundlegenden Aspekte eines digitalen Geschäftsmodells informiert und erhielten den Auftrag ein eigenes Modell zu entwickeln. Zum Abschluss des Tages berichtet uns eine Data Scientist bei Cewe über ihren Arbeitsalltag und wie KI zur Bildbearbeitung zum Einsatz kommt. 

Zu Beginn des dritten Tages präsentierten wir unsere Geschäftsmodelle mit besonderem Fokus auf den verschiedenen Verwendungsmöglichkeiten von Künstlicher Intelligenz. Im weiteren Verlauf haben wir uns mit verschiedenen Verfahren der Datenanalyse, wie beispielsweise Clustering, Regression und Klassifikation, beschäftig. Im Anschluss ging es um die Funktionsweise künstlicher neuronaler Netze und dessen Training. Jedes künstliche Neuron erhält verschiedene Inputs, die mit den jeweiligen Gewichtungen multipliziert werden. Diese werden mit einer Aktivierungsfunktion, beispielsweise einer Schritt-, einer Sigmoid- oder einer ReLU-Funktion, verrechnet. Überschreitet das Errechnete einen bestimmten Schwellenwert, „feuert“ das Neuron bzw. „feuert“ nicht. Während des Trainings passt das künstliche neuronale Netz die Gewichtung und den Schwellenwert an, hierbei verwendet man das sog. Gradientenabstiegverfahren, um das Minimum der Verlustfunktion zu ermitteln. Danach haben wir ein künstliches neuronales Netz, das Bilder von Kleidungsstücken verschiedenen Kategorien zuordnet, mit Python programmiert. 

Am Vormittag des vierten Tages hörten wir einen Vortrag zum Thema Ethik und KI von Dr. Julia Maria Mönig von der Universität Bonn. Hierbei ging es unter anderem um Rassismus bei KI und Halluzinationen von großen Sprachmodellen. Nachmittags erhielten wir eine Führung im KI-Transferzentrum in Bremen. Uns wurde der Roboter Pepper vorgestellt und wir durften zum einen den Fachbereich Optimierung und optimale Steuerung besichtigen und zum anderen zeigte uns die Arbeitsgruppe Nachrichtentechnik die Verwendungsmöglichkeiten von KI in ihrem Fachbereich. 

Unseren letzten Tag haben wir in Bremen am Deutschen Forschungszentrum für KI verbracht und eine Führung im Robotic Innovation Center erhalten. Im dazugehörigen Space-Bereich werden Laufroboter wie beispielsweise der sechsbeinige MANTIS entwickelt, der mit Hilfe von Reinforcement Learning (Learning by Doing) die Fähigkeit zu Laufen erworben hat, wenn er auch mit seinen 3,6 km/ h nicht besonders schnell unterwegs ist. Außerdem beinhaltet das Forschungszentrum einen maritimen Bereich, dort werden Roboter beispielsweise zur Inspektion von Öl- und Gaspipelines oder zur Bergung von Unterwasserminen gebaut. Der dort entwickelte Unterwasserroboter DeepLeng ist außerdem Teil des Europa-Explorer- Projekts, welches sich mit der Machbarkeit einer zukünftigen Mission zum dem mit Eis bedeckten Jupitermond Europa befasst. Hierbei steht die Navigation einer robotischen Sonde, die in dem unter dem Eismantel vermuteten Ozean abgesetzt werden soll, im Mittelpunkt. Für mich war diese Woche eine tolle Erfahrung und ich kann eine Camp-Teilnahme jedem empfehlen.  

Bericht und Bilder: Greta Wruk (11b)

In der Woche vor den Herbstferien konnte sich Leonhard Mühlberger in Rahmen der „Math-Talent-School“ mit 36 Mathematikbegeisterten über interessante Teilbereiche der Mathematik unterhalten und selbst an praxisnahen Fragestellungen arbeiten. Er berichtet über seine Erfahrungen:

Mit dem Zug in Kaiserslautern angekommen, wurden wir vom Shuttle-Service in unsere Jugendherberge, die etwas außerhalb lag, gebracht. Dort haben wir zuerst Informationen über den Ablauf des Projekts erhalten und die einzelnen Workshops, die wir während des Camps besuchen konnten, wurden von den jeweiligen Betreuenden präsentiert. Zur Wahl standen Projekte mit Primzahlen, Start-Ups, Quantencomputern, Vliesstoffen, der Modellierung von Krankheiten und der Berechnung des Körperfettanteils. Für Letzteres habe ich mich entschieden. Nach dem Abendessen konnten wir uns während eines Theater-Teambuilding-Workshops kennenlernen und erste Kontakte knüpfen.

Am zweiten Tag wurden wir zum Fraunhofer Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (Frauenhofer ITWM) gebracht. Nach einer kurzen Vorstellung der Örtlichkeit gingen wir in unsere Arbeitsgruppen und betrachteten uns dort erst einmal die genaue Fragestellung, die wir beantworten wollen. Außerdem verschafften wir uns einen kleinen Einblick über das statistische Know-How, das wir in den nächsten Tagen brauchen werden. In meiner Gruppe lautete die Frage „Reicht ein Maßband, um meinen Körperfettanteil zu bestimmen?“. Das Projekt kann man vereinfacht so beschreiben, dass wir einen Datensatz bekommen haben, in dem von vielen Probanden jeweils der medizinisch bestimmte Körperfettanteil und noch weitere Daten, wie beispielsweise Alter, Größe und Umfänge von sämtlichen Körperteilen, enthalten waren.

Unsere Aufgabe war dann, Strukturen in den Daten zu erkennen und schlussendlich zu bestimmen, von welchen Parametern der Körperfettanteil signifikant abhängt und eine Formel für diesen zu finden. Da das ohne technische Hilfe fast unmöglich wäre, haben wir uns nach dem Mittagessen mit der Programmiersprache „R“ vertraut gemacht, diese ist auf die statistische Auswertung großer Datenmengen optimiert und dort sind deshalb, im Gegensatz zu Microsoft Excel, komplexere Operationen schon implementiert. Danach ging es wieder zurück in die Jugendherberge, dort haben nach dem Abendessen eine Nachtwanderung mit unseren Freizeitbetreuern veranstaltet.

Der Mittwoch verlief ähnlich, am Frauenhofer ITWM haben wir uns in den Projektgruppen zusammengefunden und uns weiter mit dem Statistikprogramm auseinandergesetzt. Ein Highlight des Tages war die Stadttour durch die Innenstadt und das anschließende Abendessen im Gasthaus „Lauterer Brauhaus“. In der Herberge haben wir den Abend mit Gesellschaftsspielen ausklingen lassen.

Am vierten Tag haben wir in unserem Workshop endlich an der eigentlichen Fragestellung gearbeitet und den Datensatz ausgewertet. Außerdem haben wir die erarbeiteten Ergebnisse und die nötigen Hintergrundinformationen direkt in einer Präsentation, um uns bereits auf den Vortrag am nächsten Tag vorzubereiten. Wieder in der Herberge angekommen, konnten wir unsere Präsentationsfähigkeiten zudem bei einer Runde „PowerPoint-Karaoke“ verbessern.

Am Freitag ging es ein letztes Mal in die Gruppen, dort sind noch finale Anpassungen am Vortrag erfolgt. Nach dem Mittagessen am Fraunhofer ITWM hatte jedes Team 15 Minuten Zeit, um ihr Projekt, die erzielten Ergebnisse und vor allem die Schwierigkeiten bzw. Hürden bei der Bearbeitung vorzustellen. Dabei haben alle einen kleinen Einblick in die Aufgaben bekommen, die die anderen Teilnehmenden der „Math-Talent-School“ eine Woche lang intensiv beschäftigt haben. Zudem hatte man die Gelegenheit die eigenen Fortschritte aufzuzeigen und die Zuhörenden zu faszinieren.

Die Arbeit an den Projekten wurde durch zahlreiche Vorträge flankiert, Beispiele sind eine Campusführung an der Uni in Kaiserslautern, die besonders auf den MINT-Bereich spezialisiert ist, oder ein Vortrag über Praktika und Hiwi-Jobs am Fraunhofer ITWM.

Abschließend kann ich sagen, dass mich die Teilnahme an der „Math-Talent-School“ nicht nur inhaltlich, sondern auch persönlich und um neue Erfahrungen sowie Perspektiven bereichert hat. Während des gesamten Camps stand immer die Gemeinschaft mit den anderen Teilnehmenden und das Zusammenarbeiten im Team im Vordergrund, sodass das Klischee des verkappten Mathe-Nerds eindeutig widerlegt wurde. Nicht nur die thematische Gestaltung war gut geplant, sondern auch die verschiedenen Freizeitangebote waren hervorragend.

Ich kann jedem Interessierten nur raten, sich auch für ein MINT-EC-Camp zu bewerben, da man durch die einzigartigen Erfahrungen einen einmaligen Einblick in ein interessantes Sachgebiet erlagen kann.
Bericht und Bilder: Leonhard Mühlberger (11b)

In diesem Bericht möchte ich kurz zusammenfassen, um was es bei dem von mir besuchtem MINT-Camp „Zukunft Werkstoffe – Werkstoffwunder Automobil“ eigentlich gegangen ist. Nachdem wir am Dienstag, dem 28.03.2023 alle angereist waren, bekamen wir erstmal einen kleinen Einstiegsvortrag und eine sehr interessante Führung durch das „Terra Mineralia“, eine Art Museum bzw. Ausstellung in Freiberg mit den verschiedensten Gesteinen. Danach ging es auch schon in die Unterkunft, in welcher wir eine kleine Vorstellungsrunde durchgeführt haben. Wir waren insgesamt 17 Teilnehmer, von welchen über die Hälfte aus Bayern waren. Zwei Betreuer waren auch dabei. Am nächsten Tag ging es erstmal in die TU Bergakademie Freiberg, in welcher wir in zwei Gruppen aufgeteilt wurden. Es gab eine Gruppe, welche sich mit Kupfer beschäftigte und eine Gruppe, die sich mit Stahl auseinandersetzte. In diesen Gruppen war man dann für die nächsten zwei Tage. Da ich in der Kupfer Gruppe war, bekamen wir zunächst eine Präsentation über die Gewinnung von Kupfer von einer Professorin der Uni. Danach durften wir im Labor selbst die Kupfer-Elektrolyse durchführen, welche dann 24 Stunden stehen bleiben musste, damit das Kupfer genug Zeit hatte, sich abzusetzen. Anschließend ging es in die Mensa zum Essen. Danach ging es ans Bronze-Gießen. Dafür mussten wir zunächst Formen für die flüssige Legierung aus Kupfer und Zinn mithilfe von Lehm-Sand bauen. Anschließend wurde die ca. 850°C heiße Bronze-Schmelze in die Formen eingegossen. Selbst gießen wäre zu gefährlich gewesen, deswegen machte dies ein Angestellter der Uni. Die gegossenen Formen waren Lager, welche man für den Automobilbau benötigt. Am Abend haben wir dann gegrillt und durften uns die selbstgebauten Autos der Uni des „Race-Tech Teams“ anschauen, mit welchen auch tatsächlich Rennen gefahren werden. Außerdem ging es in einen Escape Room. Danach hatten wir Freizeit. Am nächsten Morgen ging es zu den Firmen „Saxonia Galvanik“ und „Saxonia Edelmetalle“. Dort bekamen wir Führungen durch die Produktionshallen, was uns einen sehr interessanten Einblick in die Werkstoffindustrie gegeben hat. Die „Saxonia Galvanik“ veredelt Kunststoffe mit einem dünnen Metallüberzug, wodurch sie länger haltbar gemacht werden. Dies findet zum Beispiel in der Automobilindustrie Anwendung, beispielsweise bei Türgriffen, Armaturenbrettern, etc. Die „Saxonia Edelmetalle“ recycelt Produkte, in welchen Edelmetalle verbaut waren, sie holen also die wertvollen Rohstoffe vor allem durch Elektrolyse aus nicht mehr verwendbaren Produkten, wie beispielsweise Handys oder Schmuck heraus. Am Nachmittag ging es dann wieder ins Labor, um die Ergebnisse der Kupfer Elektrolyse vom Vortag auszuwerten. Danach hatten wir drei interessante Vorträge über das Themenfeld der Mikroskopie. Den gesamten Abend hatten wir dann frei. Am nächsten und letztem Tag stellten wir noch den Sponsoren, also in erster Linie der TU Freiberg eine kleine Präsentation vor über die von uns behandelten Themenbereiche während der Tage. Nach dem Mittagessen ging es dann auch leider schon wieder an die Verabschiedung und anschließend wieder nach Hause. Zusammenfassend kann ich sagen, dass das Camp meine Anforderungen auf jeden Fall übertroffen hat, denn es war sehr interessant und zugleich hat es durch die lebendige Gestaltung und die anderen teilnehmenden Jugendlichen sehr viel Spaß gemacht.

In Göttingen durften wir vier Tage lang die Universität und das dazugehörige X-Lab besuchen und viele spannenden Experimente durchführen. Nach einer kurzen Kennenlernphase ging es auch schon los. Zuerst durften wir Experimente mit Lasern durchführen und haben auch dessen Funktionsweise erklärt bekommen. Danach ging es weiter mit dem Aufbau von Solarzellen und ebenfalls Experimenten dazu. So konnten wir beispielsweise herausfinden, wo sich das Maximum der Leistung bei einer Solarzelle befindet. Des Weiteren haben wir auch spannende Einblicke in die Universität und verschiedene Forschungsbereiche bekommen. Beispielsweise durften wir mit einem der Mikroskope Insekten  untersuchen als auch das Teleskop besichtigen. Zudem konnten wir in einem Labor Graphen herstellen. Ein anschließendes Gespräch mit Doktorant*innen und Studierenden war ebenfalls organisiert. Alles in allem war es eine sehr spannende und einzigartige Erfahrung, bei welcher man viele großartige Menschen kennengelernt und eine Menge Neues gelernt hat.