Das Projekt Singapur der Talentförderung Physikusse eröffnet Schülern seit 2014 die außergewöhnliche Chance, die Kultur eines anderen Landes und aktuelle universitäre Forschung kennen zu lernen.

Ein mehrwöchiger Schüleraustausch ist kein Abenteuerurlaub
mit eingebautem Spaßfaktor, keine Bildungsreise,
kein Sprachkurs – sondern viel mehr. (Focus)

Das Projektziel ist die Stärkung der drei Schlüsselkompetenzen (laut OECD) “acting autonomously, using tools interactively (and interdisciplinary) and functioning in socially heterogeneous groups.” Die Schüler lernen, sich in pluralistischen und multikulturellen Gesellschaften zurecht zu finden und mit anderen gut auszukommen, zusammenzuarbeiten und Konflikte handhaben und lösen zu können. Sie lernen in Gruppen über soziale Differenzen hinaus zu agieren sowie mit Unterschieden und Gegensätzen umzugehen.

Projekt Singapur

Kooperation mit der Universität Bonn

Die Physikusse bedanken sich bei der Hennef Stiftung der Kreissparkasse Köln,  die dieses Projekt finanziell unterstützt.

Am Institute of Physical and Mathematical Sciences der Nanyang Technological University in Singapur erforscht die Arbeitsgruppe um Professor Claus-Dieter Ohl die Bildung und Auflösung von kleinen Hohlräumen (Nanoblasen). Diese Kavitation genannten Phänomene macht man sich bei der Reinigung von Oberflächen, zum Beispiel bei Ultraschallreinigungsbädern, zu Nutze. Bei wohl dosierter Anwendung können Verunreinigungen entfernt werden, ohne dass das Objekt beschädigt wird. In der Grundlagenforschung beschäftigen sich die Forscher derzeit mit den Eigenschaften von Verunreinigungen und wie sie sich unter verschiedenen Bedingungen verhalten.

Vom 30. Juni bis 17. Juli 2014 waren Physikusse vor Ort, um das komplexe Datenmaterial in 3D Animationen umzusetzen.  Das Datenmaterial besteht  hauptsächlich aus Aufnahmen einer Hochgeschwindigkeitskamera in Verbindung mit einem Totalreflexionsfluoreszenzmikroskop (TIRF).

Ein TIRF wird zur Untersuchung von Strukturen genutzt, die sich sehr nahe an einer Glasoberfläche befinden. Das Licht trifft hierbei in einem flachen Winkel auf die Glas-Wasser-Grenzfläche und wird total reflektiert.  Obwohl sich das Licht im Wasser nicht weiter ausbreiten kann, bildet sich ein evaneszentes Lichtfeld aus. Die Intensität fällt exponentiell ab, so dass eine nutzbare Eindringtiefe lediglich bei

100 – 200 nm (0,0001 – 0,0002 mm) liegt

Mit dem Totalreflexionsfluoreszenzmikroskop betrachten wir im Folgenden insbesondere die Grenze zwischen den drei Materialien Glas, Wasser und Luft. Die Vorgänge an der Glas-Wasser-Luft-Grenze werden von Hochgeschwindigkeitskameras mit bis zu 1 Mio. Frames/Second aufgenommen. Um herauszufinden, wie man Oberflächen reinigen kann wird zunächst erforscht, wie sich Wasser bei Berührung mit Objekten verhält. Objekte die potentiell Oberflächen verschmutzen sind Luftblasen, Partikel (Staubkörner) oder hydrophobe Flüssigkeiten (Öl). Was passiert nun, wenn sich die Grenze eines Tropfens (Luft-Wasser-Grenze) über ein Objekt (Glas) bewegt? Im Experiment bewegen die Forscher hierzu einen Wassertropfen in einem kleinen Kanal durch Überdruck auf einer Seite.

Die Institutsmitarbeiter stellen das Datenmaterial zur Verfügung. Nina und Ingo Wentz bereiten dieses didaktisch auf. Die Schüler verbinden die zwei- und dreidimensionale Ansichten in einer 3D-Simulation. Dabei werden die Aufnahmen der Wasserwand auf dem Glasboden Frame für Frame als Referenz genommen. Die Aufnahmen dazwischen werden simuliert.

Die Arbeiten am Projekt dauerten über die Aufenthaltsdauer in Singapur an. Erste Simulationen sind fertig, werden aktuell am Institute of Physical and Mathematical Sciences diskutiert und gegebenenfalls modifiziert.

Professor Claus-Dieter Ohl und seine Mitarbeiten nahmen sich viel Zeit, den Schülern die Labore zu zeigen, Experimente vorzuführen und gaben Gelegenheit den Alltag an der Uni Singapur zu erfahren.

2014

Neben der Arbeit im Institute of Physical and Mathematical Sciences besuchten die Schüler einige der vielen Universitätsbibliotheken für eigene Recherche und andere Labore. Besonders herzlich wurden wir in der Division of Thermal and Fluids Engineering der School of Mechanical & Aerospace Engineering empfangen. Die Schüler wurden hier direkt zu einem Praktikum im nächsten Jahr eingeladen.

Wir bedanken uns herzlich bei der Hennef Stiftung der Kreissparkasse Köln, der Stadt Hennef, der Dr. Reinold Hagen Stiftung und der Firma GKN für ihre großzügige Unterstützung, die dieses Projekt erst möglich gemacht hat. Von den Spendengeldern konnten wir Flug und Hotel bezahlen. Ein dickes Dankeschön geht insbesondere an Stefan Hanraths, der sich enorm für uns eingesetzt hat.

Die Globalisierung betrifft große Konzerne, kleine Betriebe und jeden Einzelnen. Fremdsprachenkenntnisse und Auslandserfahrungen werden bei jeder Bewerbung selbstverständlich vorausgesetzt. Das Projekt Singapur vermittelt den Schülern Kompetenzen und Erfahrungen, die sie für ihren Lebensweg in dieser globalisierten Gesellschaft benötigen.

Das Projekt Singapur der Talentförderung Physikusse eröffnet Schülern bereits seit 2014 die außergewöhnliche Chance, nicht nur die Kultur eines anderen Landes, sondern auch aktuelle universitäre Forschung kennenzulernen. Vom 9. bis 27. Juli 2017 besuchten Physikusse mit ihren Mentoren die Institutes of Physical and Mathematical Sciences der Nanyang Technological University in Singapur, an denen Professor Claus-Dieter Ohl Nanoblasen und Nanotropfen erforscht.  Vor drei Jahren haben Physikusse hier komplexes Datenmaterial (3D Daten von Rasterkraftmikroskopen, 2D Daten von Fluoreszenzmikroskopen und Transmissions-elektronenmikroskopen) in 3D- Simulationen umgesetzt. Professor Ohl und seine Mitarbeiter haben den Physikussen nicht nur Einblicke in eigene Forschungen geboten, sondern auch viele Kontakte aktiviert, die ihnen Zugang zu weiteren Laboren ermöglicht haben. Unzählige Mitarbeiter erzählten mit leuchtenden Augen von ihren high-end-Forschungen. Das war ein sehr eindrucksvolles Erlebnis. Hanyang Leong vermittelte den Physikussen wichtige

Sehenswürdigkeiten, wie die Haw Par Villa, die Gardens by the Bay, das alte chinesischen Viertel und vieles mehr standen selbstverständlich genauso auf dem Programm wie der obligatorische Blick vom Marina Bay Sands. Auf über 190m stellt sich ein Gefühl ein, als ob einem Singapur zu Füßen liegt.

Der Verbindung von Kunst und Wissenschaften im Artscience Museum ist ganz nach dem Geschmack der Physikusse, die bereits eigene Projekte zu dem Thema entwickelt haben. Das Museum in Singapur ist einerseits lehrreich, aber macht andererseits einfach nur unglaublich viel Spaß. Bunte digitale Welten laden zum stundenlangen Spielen ein. Die Ausstellung „Human“, bei der es um die Optimierungsmöglichkeiten des menschlichen Körpers ging, dagegen war harte Kost.

Ein Lieblingsausflugziel ist der alte chinesische Friedhof Bukit Brown, der von Jahr zu Jahr schrumpft. Es ist immer wieder traurig zu sehen, wie sich – durchaus sinnvolle und notwendige - Infrastrukturmaßnahmen, wie zum Beispiel Autobahnen, regelrecht in unberührte Naturlandschaften hineinfressen. Auch das gehört zu nachhaltig prägenden Eindrücken, die die Schüler noch lange beschäftigen werden.

2017

Projekt splitting droplets (SpliDs)

Ein Kooperationsprojekt der Talentförderung Physikusse mit der Universität Bonn und der Universität Singapur

Kurz vor Abreise nach Singapur besuchten die Physikusse Professor Ulrich Kubitscheck im Institut für Biophysikalische Chemie der Universität Bonn. Die Schüler erhielten hier Einblicke in das wissenschaftliche Arbeiten an sich und den Ablauf universitärer Forschung - von der mühsamen Konstruktion winziger Apparaturen bis hin zur Auswertung komplexer Daten.

Jana Bürgers erklärte auf didaktisch höchstem Niveau die aktuellen Forschungsprojekte des Institutes. Die Abläufe an Zellkernporen werden am Institut bereits seit Jahren erforscht. Hier konnten Physikusse in den letzten Jahren bereits mitarbeiten. Neu sind spannende Forschungen an Maushirnen. Die Physikusse selbst brachten eigene Themen mit. In der Grundlagenforschung zu makroskopischen Tropfen untersuchen sie das Verhalten kugelförmiger Wasser- und Öltropfen beim Auftreffen auf ein Skalpell. Jana Bürgers und Ulrich Kubitscheck konnten viele Fragen technischer Art beantworten und stellten Material, wie spezielle – sehr teure -  Nanopartikel und Flüssigkeiten mit geeigneten Brechungsindizes zur Verfügung. Wir möchten uns für die tolle Unterstützung herzlich bedanken.