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8 Junge Wissenschaft 87 // 2010 Neues In einer wässrigen Umgebung lagern hier die Seiden-Proteine in hoher Konzen- tration und warten auf ihren Einsatz. Die für die festen Quervernetzungen verantwortlichen Bereiche dürfen sich dabei nicht zu nahe kommen, da sonst die Ei- weiße augenblicklich verklumpen wür- den. Es musste also eine Art Speicher- form dieser Moleküle geben. Die Untersuchungsmethode der Wahl war die Kernmagnetische Resonanz-Spektroskopie (NMR), mit der die Struktur eines Regulationselements aufgeklärt wurde, das für die Bildung des festen Fadens verantwortlich ist. "Unter den Speicherbedingungen in der Spinndrüse sind immer zwei dieser Regulationsbereiche so miteinander verknüpft, dass die quervernetzenden Bereiche beider Ketten nicht parallel zueinander liegen können," erläutert Thomas Scheibel die Ergebnisse. "Die Vernetzung ist damit wirkungsvoll unterbunden." Die Eiweißketten lagern sich dann so zusammen, dass polare Bereiche außen sind und die Wasser abweisenden Teile der Kette innen. Dies stellt die gute Löslichkeit in der wässrigen Umgebung sicher.“ Gelangen die so geschützten Proteine in den Spinnkanal, finden sie dort eine völlig andere Salzkonzentration und -zusammensetzung vor. Die beiden Salzbrücken der Regulatordomäne werden dadurch instabil und die Kette kann sich entfalten. Werkstofftechnik Nicht mehr sichere Helme duften Spinnenseiden sind inhomogen aufgebaut und erreichen so sowohl hohe Festigkeit als auch hohe Elastizität. Wie ein solcher Faden in Sekundenbruchteilen entsteht, wurde nun herausgefunden. Durch die Strömung im engen Spinnkanal treten zudem starke Scherkräfte auf. Die langen Eiweißketten werden parallel zueinander ausgerichtet, und nun liegen auch die für die Quervernetzung verantwortlichen Bereiche direkt nebeneinander. Ein stabiler Spinnenseidenfaden entsteht. Am Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik wurden Kunststoffe mit Mikrokapseln, die Duftöle enthalten, entwickelt. So können kleine Risse zum Beispiel in Fahrradhelmen durch Duftstoffe angezeigt werden. Fahrradhelme sollen den Kopf des Trägers schützen. Doch nur einwandfreie Helme halten im Notfall, was sie versprechen. Daher empfiehlt es sich, den Kopfschutz nach einiger Zeit auszutauschen. Aber wer erneuert schon gerne auf Verdacht seine Ausrüstung? Ein beschädigter Fahrradhelm setzt Duftstoffe frei. Rechts unten: die aufgerissene Mikrokapsel. (Quelle: Fraunhofer IWM) Daher haben Forscher des Fraunhofer- Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik in Oberhausen ein Verfahren entwickelt haben, um Risse durch Geruch erkennbar zu machen. Die Forscher arbeiten die Mikrokapseln als Zusatzstoff in eine Polypropylenmasse ein, die sie dann im Spritzgussverfahren zum endgültigen Bauteil formen können. Im Fall des Fahrradhelms haben sie die Kügelchen in eine dicke Folie aus dem Polymerwerkstoff Polypropylen eingebracht. Die Folie wird am Kopfschutz befestigt. Eine Schicht aus Melaminformaldehydharz verschließt die Kapseln geruchsdicht und mechanisch. Sie schützt die Kügelchen, schließlich müssen diese im Spritzgussverfahren Temperaturen von 200 bis 300 Grad Celsius aushalten und darüber hinaus statischen Drücken von bis zu 100 bar standhalten Das Verfahren eignet sich nicht nur für alle schwer auf Defekte zu testenden Teile wie Fahrrad-, Motorrad- oder Bauhelme. Vielmehr lässt es sich auch zum Überprüfen von Druckschläuchen wie Waschmaschinenzuleitungen einsetzen, die verdeckt verbaut sind. Geruchssensoren könnten auch Kunststoffrohre für die Wasser- und Gasversorgung auf kritische Risse überwachen, da sie ausströmende Duftstoffe über weite Entfernungen hinweg registrieren. „Bei beschichteten Bauteilen aus Metall wird die Geruchsdetektion bereits eingesetzt. Wir wenden das Verfahren erstmals auf Polymerwerkstoffe an,“ erläutert einer der Forscher.
12 Junge Wissenschaft 87 // 2010 Magazin MINT Roberta lässt die Puppen tanzen Anja Tempelhoff ist Realschulrektorin und unterrichtet an der Wolfgang-Borchert-Schule in Berlin- Spandau Informatik. Sie ist Landesmentorin für Roberta in Berlin und MINT Botschafterin der Initiative MINT Zukunft schaffen. Frau Tempelhoff, Sie haben beobachtet, dass an den Informatikkursen in Ihrer Schule im Allgemeinen höchstens 20 Prozent Mädchen teilnehmen. Woran kann das liegen? Anja Tempelhoff: Im Informatikunterricht in der Realschule muss ich immer wieder feststellen, dass Mädchen und Jungen eine völlig unterschiedliche Herangehensweise an Computer besitzen. Während Mädchen verstärkt den kommunikativen Aspekt der Technologie erlernen und nutzen wollen, wie Chat-rooms und E-Mail, oder sich für Homepages von Popstars interessieren, wollen sich die Jungen verstärkt mit den technischen Aspekten beschäftigen. Tauschen Jungen Erfahrungen über Computer aus, so schließen sie dabei häufig Mädchen aus, indem sie – sicherlich zum Teil unbewusst – technische Fachtermini verwenden, ohne diese weiter zu erklären. Außerdem zeigen sich viele Jungen beinahe „ritterlich“, indem sie Mädchen schnell bei Computerproblemen helfen oder beraten. Mädchen reagieren bei Fehlermeldungen auch häufig ängstlich und unsicher, zum Teil sogar frustriert, während Jungen ohne Zögern versuchen, die Probleme selbstständig zu lösen. Informatik als mathematisch-technische Disziplin ist für viele Mädchen schlichtweg mit Vorurteilen belastet. Sie versuchen das zu ändern und bringen im Informatikunterricht Roboter ins Spiel. Anja Tempelhoff: Richtig, denn Roboter strahlen eine gewisse Faszination aus. Sie halten auch immer stärker Einzug in den Alltag der jungen Generation und sind ein attraktives Mittel, um technisches Wissen zu vermitteln. Mit Hilfe von Robotern lassen sich die Grundlagen der Programmierung in der Informatik begreifbar machen. Einfache Befehle können programmiert und sofort am Roboter erprobt werden. Die Schülerinnen erhalten somit eine unmittelbare Kontrollmöglichkeit ihrer Programmier- fähigkeiten und ihrer Programme. Während der Konstruktion und Programmierung von Robotern erfahren die Berlin STOMPYs - ein Roberta Team der Wolfgang-Borchert-Oberschule aus Berlin Spandau (Quelle: MINT Zukunft schaffen) Schülerinnen, dass die Arbeit mit Technik Spaß macht. Der Umgang mit Robotern kann ein sehr kreativer sein, da besonders LEGO-Roboter den Bau zahlreicher Modelle ermöglichen, die sich durch Umbau immer weiter optimieren lassen, so dass immer wieder neue Aufgaben gelöst werden können. Was beobachten Sie noch bei der Arbeit mit den Robotern? Anja Tempelhoff: Neben dem fachlichen Wissen wird bei der Arbeit mit Robotern auch die Sozialkompetenz der Schülerinnen gefördert. Diese arbeiten im Team zusammen, teilen sich in der Regel zu dritt oder viert einen Roboter- Baukasten, präsentieren nach der Bearbeitung einzelner Aufgabenstellungen ihre Ergebnisse, tauschen ihre Erfahrungen in der Konstruktion und Programmierung aus und erläutern ihre Problemlösungsstrategie. Durch diesen hohen Stellenwert der Präsentation während der Arbeit mit Robotern, wird insbesondere die Kommunikations- und Dokumentationsfähigkeit der Schülerinnen gefördert. Welche Bedeutung hat das Roberta Projekt der Fraunhofer Gesellschaft? Anja Tempelhoff: Es gibt bisher kaum Unterrichtsmaterial, das die Interessen und Fähigkeiten der Mädchen im Fach Informatik berücksichtigt. Obwohl bekannt ist, das Mädchen eine andere Herangehensweise an Computer und Technik haben, wird in der Informatikdidaktik dieses Problem weitgehend außer Acht gelassen. Das Fraunhofer- Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS versucht, auf diesem Gebiet mit ihrem Roberta- Projekt Abhilfe zu schaffen. Das Fraunhofer-Institut hat in ihren Roberta- Kursen bereits die Erfahrung gemacht, dass Mädchen erst dann bereit sind, sich mit einem Thema auseinanderzusetzen, wenn sie einen Grund dafür
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