Schülerwettbewerb "Invent-a-Chip 2019"

Finn Liebner wird bei Invent-a-Chip mit dem ersten Platz ausgezeichnet

Invent-a-Chip ist ein Schülerwettbewerb, welcher Schüler im Bereich der Mikrosystemtechnik fördert. Veranstaltet wird dieser jährlich von dem Verband der Elektrotechnik (VDE) und dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).

Die Preisverleihung fand im Rahmen des Mikrosystemtechnikkongresses in Berlin statt. Dort wurden die Projekte ausgestellt, es gab Vorträge und zum Abschluss einen Besuch am Fraunhofer IZM, wo wir uns die Herstellung von Silizium-Chips anschauen konnten. Finn wurde zuvor mit seinem Projekt "Datenreiches Licht" zusammen mit weiteren 9 Projekten ausgewählt und hat nach einem Grundlagen-Workshop an der Leibniz-Universität Hannover für Mikrosystemtechnik innerhalb von 4 Monaten sein gesamtes optisches Datenübertragungssystem entworfen, konstruiert, programmiert und optimiert.

Bei dem Kongress wurden alle vier ausgezeichneten Invent-a-Chip-Projekte ausgestellt. Es gab dort ein automatischen Tablettenspender, eine Katzenklappe mit Mauserkennung, sowie "RISCkant" - einen Beschleuniger für Künstliche Intelligenz und "Datenreiches Licht". An den Ausstellungstagen wurden die Projekte Experten aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik vorgestellt, wobei sich des öfteren interessante Fachdiskussionen ergaben. Am Abend des zweiten Tages fand schließlich die Preisvergabe statt. Dort wurde mein Projekt mit dem ersten Platz ausgezeichnet, worüber ich mich sehr freute. Am dritten Tag verbrachten wir wieder den Tag beim Kongress und präsentierten unsere Projekte.

Die Ausstellungstage bei dem Mikrosystemtechnikkongress gingen leider sehr schnell vorbei. Am vierten und letzten Tag besuchten wir das Fraunhofer IZM. Dabei war die Größe des Instituts beeindruckend. Einerseits von außen, denn das IZM ist in riesigen Hallen untergebracht, andererseits auch innen, denn die Halbleiterfertigung, welche übrigens im Reinraum stattfindet, besteht aus zahlreichen aneinandergereihten einzelnen und für sich schon großen Stationen. Dort werden in einem Teil zum Beispiel aus großen Silizium-Wafern kleine Stücke, sogenannte Chips, herausgesägt.

Weil uns noch etwas Zeit blieb, bis wir wieder nach Freiburg zurückkehrten, haben wir uns noch ein bisschen Berlin angeschaut und dabei das Brandenburger Tor oder auch den Berliner Fernsehturm gesehen.

Bilder von Henning Schacht & Anja Rottke / VDE

Über das Projekt "Datenreiches Licht"

Ziel des Projektes ist es, Daten optisch durch den Freiraum, d.h. die Luft, zu übertragen. Das System, welches dieses ermöglicht, ist nach dem folgenden Schema aufgebaut:

Bei dem optischen Übertragungssystem werden die Daten von einem über UART angeschlossenen Rechner bereitgestellt. Der FPGA, welcher programmierbare Logikgatter enthält, ist das Kernstück des Projektes. In diesem habe ich Module für Ver- und Entschlüsselung (nach dem AES-Verfahren) sowie Kodierung und Dekodierung von Daten implementiert. Die Daten werden damit auf die Eigenschaften der optische Übertragung angepasst. Die eigentliche Übertragung erfolgt mithilfe von analogen Schaltungen. Diese bilden einen Sender, welcher aus einer Laserdiode sowie einer Treiberschaltung für den Laser aufgebaut ist und ein Empfänger, bestehend aus einer Photodiode und einem Photodiodenverstärker mit analogen Filtern. Die Schaltungen sind in blaue 3D-gedruckte Gehäuse eingebaut, die zusätzlich eine Linse beinhalten.

Der FPGA (Field Programmable Gate Array) hat gegenüber GPPs (nicht spezialisierten Prozessoren) den Vorteil, dass Aufgaben parallel, d.h. gleichzeitig ausgeführt werden können. Dadurch können Verschlüsselungsalgorithmen oder auch Kodierungsvorgänge auf dem FPGA effizienter bzw. in kürzerer Zeit ausgeführt werden, weil die einzelnen Rechenoperationen von diesen sehr gut parallel ausführbar sind. Insgesamt erhöht das die Übertragungsrate des Übertragungssystems.

Link zu einem kleinen Bericht über "Datenreiches Licht" vom VDE