Mit ‘Mathematik’ getaggte Artikel

Montag, 17. Oktober 2011, von Elmar Leimgruber

Informatiker bauen drahtlose Fahrradbremse

Professor Holger Hermanns präsentiert die drahtlose Bremse seines Drahtesels
Foto: Saar-Uni/Angelika Klein

Informatiker an der Universität des Saarlandes haben eine drahtlose Fahrradbremse entwickelt und deren Funktionsfähigkeit an einem sogenannten Cruiser Bike demonstriert. Darüber hinaus bewiesen sie die Zuverlässigkeit des Bremssystems mit mathematischen Methoden, die auch bei Steuersystemen von Flugzeugen oder chemischen Fabriken zum Einsatz kommen. Die drahtlose Bremse ist laut den Wissenschaftern zu 99,999999999997 Prozent sicher, „was bedeutet, dass drei aus einer Billiarde Bremsversuchen fehlschlagen“, erklärt Holger Hermanns, der an der Saar-Uni den Lehrstuhl für Verlässliche Systeme und Software leitet.

Das „Cruiser Bike“ ähnelt eher einem Easy-Rider-Motorrad ohne Motorblock als einem herkömmlichen Fahrrad. Doch gerade an der gradlinigen, langgestreckten Fahrradgabel fällt besonders gut auf, was das neu entwickelte Bremssystem so besonders macht: Weder schlängelt sich ein Bremskabel den Lenker hinunter, noch steht ein Bremsgriff für die Vorderbremse vom Lenker ab.

Um zu bremsen, muss der Fahrradfahrer lediglich den rechten Gummigriff am Lenker fest umgreifen. Je stärker er greift, desto stärker bremst, wie von Geisterhand, die Scheibenbremse im Vorderrad. Möglich macht dies ein Zusammenspiel von mehreren Komponenten. Im schwarzen Gummigriff ist ein Drucksensor integriert, der ab einem bestimmten Druck einen kleinen Sender aktiviert. Dieser sitzt in einem blauen Kunststoffkästchen von der Größe einer Zigarettenschachtel, das ebenfalls an der Lenkstange befestigt ist. Seine Funksignale gehen unter anderem an einen Empfänger am Ende der Radgabel. Dieser wiederum gibt das Signal an einen „Aktuator“ weiter, der es in eine mechanische Bewegung umsetzt, die letztendlich die Scheibenbremse greifen lässt.

Um die Ausfallssicherheit zu erhöhen, befinden sich in den Speichen des Hinterrades und an der Gabel des Vorderrades jeweils ein weiterer Sender. Sie fungieren als sogenannte Replikatoren, indem sie das Senden des Bremssignals wiederholen. Auf diese Weise soll sichergestellt sein, dass die entscheidende Funknachricht auch dann noch rechtzeitig ankommt, wenn die anderen Funkverbindungen zu langsam sind oder gar ganz ausfallen. Die Saar-Informatiker haben unter anderen herausgefunden, dass noch mehr Replikatoren nicht unbedingt noch mehr Sicherheit bieten. „Wenn es schlecht konfiguriert ist, können es auch ganz schnell drei aus fünf Bremsversuchen sein, die schiefgehen“, so Hermanns.

Die drahtlose Fahrradbremse
Saar-Uni/Angelika Klein

Mit der aktuellen Ausstattung schafft es das Cruiser Bike spätestens nach 250 Millisekunden zu bremsen, was bei einer Geschwindigkeit von 30 Kilometer pro Stunde einem Reaktionsweg von zwei Metern entspricht. Dabei wollen es die Forscher jedoch nicht belassen. „Es ist jetzt nicht mehr schwer, ein Antiblockiersystem und Antischlupfregelung zu integrieren. Das ist schnell gemacht.“ Nach ersten Gesprächen mit namhaften Herstellern sucht Hermanns bereits ein Ingenieursbüro, das die drahtlose Fahrradbremse umsetzt. Die Arbeiten zu der drahtlosen Fahrradbremse wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsbereiches „Automatic Verification and Analysis of Complex Systems (AVACS) unterstützt. Die Ergebnisse haben die Saar-Informatiker im Fachaufsatz „A Verified Wireless Safety Critical Hard Real-Time Design“ dokumentiert, der von der weltweiten Ingenieursorganisation IEEE publiziert wurde.

Die drahtlose Fahrradbremse stellt für die Forscher jedoch weitaus mehr als nur eine akademische Spielerei dar. „Drahtlose Netze funktionieren nie hundertprozentig, das ist technologisch bedingt“, erklärt Hermanns, der zusammen mit seiner Gruppe die drahtlose Fahrradbremse entwickelte. Dennoch gehe man zunehmend dazu über, Systeme drahtlos zu realisieren, die,wie eine einfache Fahrradbremse, immer funktionieren müssen. „Konkrete Pläne existieren zum Beispiel für den künftigen Europäischen Zugverkehr“, berichtet Hermanns und führt weiter aus, dass Experimente mit Zügen und Flugzeugen viel zu aufwändig seien und bei Fehlfunktion sogar Menschen gefährden könnten. Daher untersuchte seine Forschergruppe den Brems-Prototypen mit Rechenverfahren, die sonst bei Steuersystemen von Flugzeugen oder chemischen Fabriken zum Einsatz kommen. „Die drahtlose Fahrradbremse bietet uns die notwendige Spielwiese, um diese Methoden für den Einsatz in weitaus komplexeren Systemen zu optimieren“, so Hermanns.

Donnerstag, 29. Juli 2010, von Elmar Leimgruber

Wirtschaftskammer: Lehrlingskandidaten sind unqualifiziert (Info + Kommentar)

68 Prozent der Wiener Unternehmen haben Schwierigkeiten, geeignete, qualifizierte Jugendliche als Lehrlinge zu finden, was aus einer aktuellen Studie des Instituts für Bildungsforschung der Wirtschaft (IBW) im Auftrag der Wirtschaftskammer Wien hervorgeht. Demnach geht das Niveau der Pflichtschulabsolventen seit Jahren zurück und verfügen immer mehr von ihnen über nur geringe Grundkompetenzen in Lesen, Schreiben, Rechnen.

Die Unternehmen legten Wert auf Basiskenntnisse, die sie voraussetzen, so die Wirstchaftskammer: „Es ist für die Betriebe nicht möglich und auch nicht zumutbar das nachzuholen, was die Jugendlichen in der Schule nicht gelernt haben.“ Die internationale PISA-Studie habe gezeigt, dass unterschiedliche Bildungssysteme zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Die Wirtschaftskammer fordert daher die „Einführung verpflichtender Mindest-Bildungsstandards in den Pflichtschulen oder Bildungs- und Berufsorientierung in allen Schultypen“.

Die Ausbildung der Fachkräfte von morgen habe zwar einen hohen Stellenwert im Bewusstsein der Wiener Betriebe, aber mit den folgenden Fähigkeiten der Jugendlichen seien die Wiener Betriebe (300 aus allen Branchen) nicht oder gar nicht zufrieden:

  • 54% – Mathematik
  • 35% – sprachliches Ausdruckvermögen
  • 35% – logisches Denken
  • 33% – technisches Verständnis
  • 44% – gute Schulnoten im Allgemeinen

Dabei seien gerade die folgenden Qualifikationen besonders wichtig:

  • Jung98% – Logisches Denken
  • 95% – Sprachliches Ausdrucksvermögen
  • 84% – Mathematik
  • 65% – Technisches Verständnis
  • 79% – Gute Schulnoten im Allgemeinen

Es ist ja schon äusserst hilfreich, wenn man als Wirtschaftskammer -aus welchen Gründen auch immer- Fachkräfte aus dem Ausland rekuitieren will, und man dafür Rügen ausgerechnet von der Arbeiterkammer bekommt und gibts und schon gibts eine schöne Studie, die belegen will, dass Österreichs Jugendliche sozusagen als „ungebildete Deppen“ die Pflichtschulen verlassen und demnach nicht als Fachkräfte geeignet sind.

Kein Zweifel: Auf der einen Seite mag tatsächlich das Bildungsniveau der Pflichtschüler stark verbesserungswürdig sein, und nur im Klammer bemerkt: Ich bin mir nicht sicher, ob die von Unterrichtsministerin Schmied so forcierte Gesamtschule wirklich die Lösung dieses Problems darstellt.

Andererseits aber: wir haben eine so hohe (vor allem Jugend-)Arbeitslosigkeit im eigenen Land.

Die meines Erachtens richtigen Antworten auf die aktuellen offenen Fragen können daher nur lauten:

  • Einheimische Fachkräfte haben grundsätzlich Vorrang.
  • Es muss Kindern und Jugendlichen noch mehr privat und öffentlich bewusst (gemacht) werden, wie wichtig eine solide Ausbildung (ob schulisch oder durch Lehre) für das gesamte Leben ist, ja dass diese eine Überlebensfrage für die Zukunft darstellt.
  • In der schulischen Grundausbildung muss stichhaltig überprüft werden, inwieweit das derzeitige Ausbildungssystem für ausreichend Wissen in den wichtigen Bereichen Logisches Denken, Sprachliches Ausdrucksvermögen, Mathematik, Technisches Verständnis führt.
  • Sollte dies nicht der Fall sein, muss dringend eine Pflichtschulreform her, die von ihren Ausbildungszielen her garantiert, dass Pfichtschulabsolventen für eine Lehre optimal vorbereitet sind und grundsätzlich ein gewisses Niveau an Allgemeinwissen vorweisen.
  • Und aktuell gilt es, auch rasch in jenen Bereichen Fachkräfte (um welche Bereiche geht es da überhaupt?) selbst auszubilden, in denen man sie braucht: Dies gilt für die Lehre genauso wie für den Schul- und den Universitätsbetrieb. Immerhin klagt man seit 10 Jahren über sogenannten Fachkräftemangel. Und warum hat den bislang niemand durch Ausbildung entsprechender Nachwuchskräfte behoben?