"Ich habe eine senseBox auf dem Balkon"

Der Geoinformatiker Thomas Bartoschek über einen kleinen Do-it-yourself-Baukasten, mit dem Bürgerinnen und Bürger Umweltdaten messen, Schüler das Programmieren lernen - und der sogar in Grönland und Brasilien im Einsatz ist. Ein Interview mit bmbf.de

Experimentierkasten mit didaktischem Konzept: Schüler programmieren und entwickeln mit der senseBox:edu eigene Projekte. © VDI Technologiezentrum
Thomas Bartoschek ist Doktorand und Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Geoinformatik der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster. Er leitet das vom Bundesministerium geförderte senseBox-Projekt. © André Fister

Herr Bartoschek, was ist eine senseBox?

Die senseBox ist ein Do-it-yourself-Bausatz für stationäre und mobile Sensorstationen. Sie basiert auf einem Mini-Computer und einigen Sensoren, die Werte messen und sie über LAN und WLAN ins Internet übertragen. Es gibt die senseBox in zwei Varianten: Die senseBox:home gehört zur Citizen Science. Sie ermöglicht das schnelle Zusammenklicken der Komponenten für einen Einsatz auf dem Balkon oder im Garten. Somit ist keine Programmierung nötig. Die senseBox:edu hingegen ist für die Schule: Mit ihr können Schüler Schaltungen selbst aufbauen und programmieren. Sie hat mehr Sensoren, zusätzliche Knöpfe oder LEDs und kann mobil eingesetzt werden mit Hilfe von Batterien. Die Schüler lernen so, ihre eigene Umweltmessstation zu entwickeln und zu programmieren.

Auf der CeBIT

Die senseBox wird am 20. März auf der CeBIT in Hannover von Bundesforschungsministerin Johanna Wanka mit dem „CeBIT Innovation Award“ ausgezeichnet. Die Kategorien und die Platzierungen werden erst vor Ort bekannt gegeben. Besucherinnen und Besucher der CeBIT können vom 20. - 24. März 2017 die senseBox auch direkt am Messestand des Bundesministeriums für Bildung und Forschung in Halle 6, Stand A34, besuchen.

Was genau kann man mit der senseBox machen?

Mit der senseBox:home wird die Temperatur, die relative Luftfeuchtigkeit, der Luftdruck, die Beleuchtungsstärke und die UV-Strahlung gemessen. Bei der senseBox:edu kommen noch Sensoren für Schall und Distanz mit Infrarot und Ultraschall hinzu. Diese Phänomene werden gemessen - und mit Hilfe der Kombinationen von verschiedenen Sensoren können die Schülerinnen und Schüler richtige Messgeräte entwickeln. Beispielsweise kann mit dem Distanzsensor und Lautstärkesensor mit sehr wenig Aufwand ein Verkehrszähler entwickelt werden. Die senseBox ist beliebig erweiterbar. Durch die Vernetzung mit der openSenseMap können kleine und große Messnetze entstehen. So wurden bisher rund 300 Messstationen für UV-Strahlung aufgestellt, die das offizielle Messnetz für UV-Strahlung – das sind gerade einmal 10 Stationen - in Deutschland ergänzen könnten.

Nutzen Sie selbst auch eine Box?

Ja, ich habe eine senseBox auf meinem Balkon auf einem Vogelhäuschen. Sie ist ein Hingucker - und Gäste fragen immer wieder mal, was das ist. Gerade habe ich sie mit unserem neuen Feinstaub-Sensor ausgestattet, ich bin gespannt auf die Messwerte. Meine Familie und ein paar Freunde haben mittlerweile auch welche - und die senseBox:edu war das perfekte Weihnachtsgeschenk für meine Nichte.

Mal abgesehen von Ihrem Balkon - was sind die spannendsten Orte, von denen die senseBox ihre Daten sendet?

Wir haben mehrere senseBoxen in der Zugspitzregion installiert. Die stehen auf der Messterrasse der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus und auch abgelegen an einem stillgelegten Lifthäuschen auf dem Schneefernerkopf. Die Datenübertragung läuft mit Richtfunk. Hier testen wir die Hardware und die Gehäuse bei extremen Bedingungen und vergleichen Messwerte mit professionellen Stationen. Weitere senseBoxen stehen in Sao Paulo und auf einer Ferieninsel in Thailand. Gerade ist auch eine auf den Weg nach „Disko Island“ in Grönland zu einer Forschungsstation der Universität Kopenhagen.

Eine senseBox Zwischen professionellen Messgeräten auf der Terrasse des Instituts für Astronomie, Geophysik und Atmospäherische Wissenschaften der Universität Sao Paulo. © senseBox

Ist das richtige Wissenschaft?

Die senseBox vereint drei große Communities unter einem Dach: Die der "Citizen Science" aller Bürger, die "Digitale Bildung" in Schulen und die "Maker-Bewegung", also Bastler. Sie ist komplett nach den Prinzipien der Open Science und Open Innovation aufgebaut, die Hardware, die erfassten Daten und die Lernmaterialien sind also für jeden frei verfügbar. Auf der Internetplattform openSenseMap werden die von allen senseBoxen erfassten Daten in einer Karte visualisiert - sie stehen dort frei zum Download. Laien können diese Messstationen mit wenig Aufwand aufbauen und registrieren. Wir nennen die senseBox daher ein “Do-It-Yourself Citizen Science Toolkit”. Durch eine Verbreitung an Schulen, Lernorten und im Zuhause von Bürgerinnen und Bürgern bietet sich so die Möglichkeit, ganze Messnetze aufzubauen. Alleine mit den bisher existierenden Stationen bei den Bürgerinnen und Bürgern wurden bis jetzt über 150 Millionen Messungen vorgenommen.

Wie soll es weitergehen?

Immer mehr Bürger und Schulen sind an der senseBox interessiert, sodass auch unser Messnetz wächst und die Daten immer wertvoller werden – wer weiß, ob sie nicht bald auch einen Beitrag zum Wetterbericht liefern könnten. Aktuell arbeiten wir an einer Erweiterung der senseBox zur Messung von Luftqualität. Da kommt unter anderem ein photonischer Feinstaubsensor zum Einsatz. Außerdem arbeiten wir an der senseBox:water. Mit ihr wird man einige Faktoren der Wasserqualität messen können, den PH-Wert, die Wassertrübung, die Wassertemperatur, die Leitfähigkeit. Eine spannende Weiterentwicklung ist auch die autarke senseBox, die mit einer Solarzelle und einem Niedrigfrequenzfunk-Modul zur Datenübertragung ausgestattet ist. Mögliche Einsatzgebiete hierfür könnten Standorte ohne Internet- und Stromanbindung sein, beispielsweise in Katastrophenfällen.

Die senseBox wird vom Bundesforschungsministerium gefördert. Was bedeutet das?

Das Bundesforschungsministerium fördert uns seit 2015 in der Initiative „Make Light“. Das war für uns der Auftakt zur Weiterentwicklung der senseBox, mit der wir erstmals die verschiedenen Zielgruppen ansprechen konnten. Vor fünf Jahren haben wir bei uns im Schüler- und Forschungslabor GI@School am Institut damit angefangen, Schülerinnen und Schülern mit Hilfe von Mikrocontrollern und Sensoren die Programmierung zu vermitteln. Dies stellte sich als besonders motivierende Methode heraus, um Aufmerksamkeit für Umweltthemen wie Luftverschmutzung oder Klimawandel zu schaffen und im MINT-Kontext zu verankern. Mit Hilfe der Förderung bauten wir ein erstes Messnetz mit 100 Stationen in ganz Deutschland auf und statteten 15 Schülerlabore mit Klassensätzen aus. Durch die mehrjährige Förderung in der Maßnahme „Open Photonik“ des Bundesforschungsministeriums ab April 2016 können wir längerfristig planen, die Forschung rund um die senseBox deutlich vorantreiben und auf eine stabile Personalbasis stellen. Die Förderung brachte uns auch viel Aufmerksamkeit. Wir verzeichnen dank der Förderung einen rapiden Zuwachs an registrierten Stationen. Auch in weiteren vom Bundesforschungsministerium geförderten Initiativen war die senseBox aktiv: So spielt sie eine zentrale Rolle im Gewinnerprojekt „openSea“ des Hochschulwettbewerbs zum Wissenschaftsjahr „Meere und Ozeane“. Außerdem erhielten wir eine Auszeichnung im Wissenschaftsjahr „Zukunftsstadt“.