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Praktische Lehrveranstaltungen

Ein Bachelor-Studium an der Technischen Fakultät bietet Ihnen eine umfassende und anspruchsvolle Grundbildung in den Informatik- und Ingenieurstudiengängen. Sie erhalten fundiertes Fachwissen sowie praktische Kenntnisse, die eine ausgezeichnete Basis für Ihre akademische oder berufliche Laufbahn bilden. Auch im Master-Studium gibt es praktische Lehrveranstaltungen, mit denen Sie sich weiter qualifizieren können.

 

Praktische Lehrveranstaltungen im Bachelor-Studium

System Design Projekt mit Roboterwettbewerb

Teilnehmende: Alle Bachelor-Studierenden

Zum Studieneinstieg nehmen die Studierenden im ersten Semester am System Design Projekt teil. Während dieses Praktikums lernen sie an einem makroskopischen System die wesentlichen Grundzüge eines Systementwurfs sowie die darauf aufbauende Realisierung und anschließende Optimierung kennen. Sie setzen alle wesentlichen Komponenten ein, die sich auch in einem Mikrosystem finden können: Sensoren, Aktoren, Mechanik, Informationsverarbeitung und Regelung. Die angestrebte Funktionalität wird durch interdisziplinäres Ineinandergreifen der individuellen Komponenten erreicht.

Aus diesem Praktikum resultiert ein Roboterwettbewerb, der jedes Jahr durchgeführt wird. Dabei treten die Studierenden in fachübergreifenden Gruppen von je 4 Personen in den Kategorien „schnellster Roboter“, „am besten designter Roboter“ und „innovativster Roboter“ gegeneinander an.

Ausgestattet mit dem Lego-Roboter-Baukasten LEGO MINDSTORMS bauen die Teilnehmenden in interdisziplinären Teams ein Fahrzeug, das selbstständig einen unbekannten Parcours abfahren und dabei verschiedene Aufgaben erledigen muss.

Der Wettbewerb wird organisiert an der Professur für Elektrische Messtechnik und Eingebettete Systeme (Prof. Stefan Rupitsch) und an der Gips-Schüle Professur für Power Electronics (Prof. Oliver Ambacher). Ansprechpartner sind Alexander Richter und Till Steinmann.

 

Impressionen System Design Projekt Roboterwettbewerb 2023

SDP Abfahrt

SDP Strecke Fahrt
Tunnel 1 Tunnel 2 Parcours

 

 

Sieger Innovation
Gruppenname: „Y Space?“

Innovation 2023

 

Sieger Schnelligkeit
Gruppenname: „404 group not found“

schnelligkeit 2023

 

Sieger Design
Gruppenname: „Lorem Ipsum“

design 2023

 

Weitere Informationen über den Roboterwettbewerb 2023

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Reinraum-Praktikum

Teilnehmende: Alle Bachelor-Studierenden

Um den Studierenden möglichst früh wertvolle Praxiskenntnisse zu vermitteln, nehmen sie bereits im ersten Bachelor-Studienjahr am Reinraum-Praktikum teil, das in kleinen Gruppen von nur vier Teilnehmenden durchgeführt wird.

Während des Praktikums erlernen die Studierenden die Sicherheitsanforderungen und Verhaltensregeln in einem Reinraum und können die wichtigsten Prozesse der Halbleitertechnik selbst durchführen. Auch die gängigen Techniken des praktischen und wissenschaftlichen Arbeitens (Versuchsplanung, -durchführung, -auswertung, -interpretation und Protokollierung) werden erworben und angewandt.

360-Grad-Ansicht des Reinraum Service Centers (RSC)

Reinraum

Über das Reinraum Service Center:

Neben den Laboren der einzelnen Professuren verfügt das Institut für Mikrosystemtechnik IMTEK über einen eigenen Reinraum, dessen Betrieb vom RSC koordiniert wird. Der ca. 600 qm große Reinraum der Klasse ISO 4 - 6 bildet das prozesstechnologische Rückgrat des Instituts und ermöglicht es, sämtliche Standardprozesse der Silizium-Halbleitertechnik und zahlreiche damit kompatible Technologieschritte auszuführen. Die Reinraumfläche ist mit variablen Wandelementen in einzelne Weiß- und dazwischenliegende Grauräume aufgeteilt und gewährleistet so flexibles Arbeiten. Schwerpunkt der Forschung im IMTEK-Reinraum ist die Entwicklung von Funktionsmustern von Mikrosystemen mit Anwendungen, die von der Sensorik und Mikroaktorik bis hin zur Mikrooptik reichen.

Elektronik

Teilnehmende: Studierende Mikrosystemtechnik und Embedded Systems Engineering im 3. Semester

Elektronik zum Anfassen!
Das Elektronik-Praktikum wird durchgeführt an der Gisela-und-Erwin-Sick-Professur für Mikrooptik (Prof. Zappe). Auf Basis der theoretischen Grundlagen, die sie in der Vorlesung gelernt haben, vermessen die Studierenden in diesem Praktikum zum ersten Mal die Bauelemente und Schaltungen.

Sie bekommen zwei Hightech-Koffer zur Verfügung gestellt, die mit Messgeräten, Sonden und Elektronikbauteilen ausgestattet sind. In Zweierteams arbeiten die Studierenden am Zusammenschalten von Verstärkern mit bipolaren und MOSFET Transistoren, Leuchtdioden Treiber mit Operationsverstärkern sowie digitalen Logikgattern.

Die Studierenden lernen, wie man mit Leistungsquellen, Funktionsgeneratoren und Oszilloskopen umgeht, wie man ausführliche Messungen durchführt und letztendlich wie man die Messdaten professionell präsentiert und interpretiert.

Am Ende des Praktikums ist die Elektronik kein Geheimnis mehr, sondern ist für die Studierenden zu einem wichtigen Werkzeug der Mikrosystemtechnik geworden.

Elektronik - Digitale Schaltungen 

 

Messtechnik

Teilnehmende: Studierende Mikrosystemtechnik, Embedded Systems Engineering und Sustainable Systems Engineering im 4. Semester

Das Messtechnik-Praktikum wird durchgeführt an der Professur für Elektrische Messtechnik und Eingebettete Systeme (Prof. Stefan Rupitsch) und setzt sich aus mehreren Versuchen zusammen, die auf Anwendungen in der Mikrosystemtechnik abgestimmt sind. Die Versuche vermitteln grundlegende Kenntnisse in der elektrischen Messung und Auswertung physikalischer und mechanischer Größen. Dafür werden elementare elektronische Messschaltungen unter anderem mit Simulationen (LTSpice) analysiert sowie in der praktischen Übung aufgebaut und angewendet. Dazu wird der Umgang mit den für die elektrische Messtechnik typischen Labormessgeräten, wie Oszilloskop, Digitalmultimeter und Frequenzgenerator vertieft.

Die für das Praktikum benötigen Bauteile werden in dem Messtechnik-Praktikums-Koffer zur Verfügung gestellt.

 

Messtechnikkoffer Messtechnik 1
Messtechnik 2 Messtechnik 3

 

Eingebettete Sensortechnik für das Umweltmonitoring (ESUM)

Teilnehmende: Studierende Mikrosystemtechnik, Embedded Systems Engineering, Sustainable Systems Engineering

Das ESUM-Praktikum wird durchgeführt an der Professur für Elektrische Messtechnik und Eingebettete Systeme (Prof. Stefan Rupitsch). Ansprechpartner ist Dr. Jochen Kieninger.

Sensoren werden heute in fast allen technischen Systemen eingesetzt und bekommen meist erst durch den Einsatz in eingebetteten Systemen ihre Bedeutung. Dafür braucht es Kenntnisse der gesamten Kette, von der Physik des Messprinzips, über die technische Realisierung des Sensors hin zur richtigen Messtechnik und Datenverarbeitung. In diesem Praktikum liegt der Schwerpunkt auf Sensorparametern aus dem Bereich der Umweltsensorik.

Modul 1: Beschleunigungssensoren – Erdbebendetektion
Airbags, Robotik und Human Machine Interfaces (HMI) in Mobiltelefonen oder Spielekonsolen sind typische Anwendungsfelder für Beschleunigungssensoren. Deutlich weniger Beachtung findet dagegen deren Einsatz zur Detektion und Beurteilung von seismischer Aktivität. Neben der Beobachtung von natürlichen und anthropogenen Erdbewegungen kommen spezielle, integrierte Sensoren vor allem für sicherheitskritische Anlagen zur Notabschaltung zum Einsatz. Mit dem im Praktikum verwendeten Sensor können die Studierenden sowohl seismische Aktivität als auch die Bewegung von Gebäuden aufgrund von Verkehr (LKWs, Bahn) beobachten. Sie können sich eine spezielle Aufgabenstellung wählen und beispielsweise untersuchen, ob sie Erdbeben an der Wahrnehmungsschwelle detektieren können, eine Unterscheidung zwischen ICE und Güterzug herausarbeiten, die tageszeitabhängige Bewegung ihres Zuhauses an einer Durchgangsstraße beschreiben oder die Schwankung der Aussichtsplattform eines Turmes analysieren.

Modul 2: Optische Sensorik - Feinstaub
Dieses Modul beinhaltet Wissen um die Sensortechnologie und das eigene Aufzeichnen der Daten (beispielsweise auch als Citizen Science-Aktivität). Als Sensor wird in diesem Modul ein optischer Feinstaubsensor verwendet, der, basierend auf Lichtstreuung, Partikelkonzentration und Größenverteilung ermitteln kann. Schwerpunkt der Softwareseite liegt in der Anbindung des Microcontrollers über eine drahtlose Internetverbindung an die Cloud – eine klassiche Internet-of-Things-(IoT)-Anwendung.

Modul 3: Radioaktive Strahlung
Während Atomkraftwerke und die Sorge um ungewollte Freisetzung von Radioaktivität bei Unfällen und die Problematik des radioaktiven Abfalls häufig im Vordergrund stehen, spielt eine andere Gefahrenquelle in der öffentlichen Wahrnehmung eine geringere Rolle: Radon, ein gasförmiger Alpha-Emitter, der in manchen Gebieten im Schwarzwald und dessen Randlagen durch den Zerfall von natürlich vorkommenden Uran aus dem Erdreich in Häuser eindringen kann. Hauptaugenmerk in diesem Modul liegt daher auf der Messung von Radon mit einem Szintillatorzähler in Kellerräumen. Schwerpunkt der Softwareseite liegt in der Datenspeicherung auf eine SD-Karte, um Messungen über einen längeren Zeitraum aufzuzeichnen (Datenlogger).

Die für das Praktikum benötigen Bauteile werden in dem ESUM-Praktikums-Koffer zur Verfügung gestellt.

ESUM 

Embedded Systems Engineering

Teilnehmende: Studierende Embedded Systems Engineering im 4.- 6. Semester

Das Praktikum Embedded Systems Engineering wird durchgeführt am Lehrstuhl für Betriebssysteme (Prof. Christoph Scholl). In diesem Praktikum sollen die vermittelten Kenntnisse im Bereich der Modellierung eingebetteter Systeme praktisch umgesetzt und vertieft werden. Dabei wird das in der Industrie weit verbreitete Softwarepaket Matlab/Simulink verwendet.

Im ersten Teil des Praktikums wird zunächst der praktische Umgang mit dem Softwarepaket Matlab/Simulink sowie der Erweiterung Stateflow anhand einer Schritt-für-Schritt-Anleitung erlernt und mit kleineren Aufgaben vertieft.

Im zweiten Teil des Praktikums werden die erworbenen Kenntnisse beim Entwurf einer Zündsteuerung für einen Ottomotor mit vier Zylindern vertieft. Die Steuerung muss dabei fortlaufend aus den Positionssignalen der Kurbelwelle die Stellung der Kolben berechnen und zu den richtigen Zeitpunkten eine Zündung auslösen. Die Umgebung ist hierbei ein physikalisches Modell des Motors, welches auf die Zündsignale der Steuerung reagiert. Der richtige Zeitpunkt der Zündung hat einen direkten Einfluss auf die Leistung des Motors. Danach wird die Motorsteuerung um eine automatische Drehzahlregelung erweitert. Insgesamt ergibt sich so ein komplexes Zusammenspiel aus digitaler Steuerung und physikalischem Modell.

Schließlich wird im dritten Teil des Praktikums der Modellierungsaspekt durch die Codegenerierung für einen Atmel-Mikrocontroller erweitert. Die Aufgabe besteht aus dem Entwurf einer Automatikschaltung für ein Rennrad und der anschließenden Synthese des Systems. Dabei wird der automatisch erzeugte C-Code auf ein Entwicklungsboard (Arduino Uno) übertragen. Das Entwicklungsboard ist an einem Rennrad montiert und mit einer elektronischen Schaltung verbunden. Hier ist also nicht mehr die reine Simulation das Ziel, sondern man erhält eine voll funktionsfähige Hardware, deren Verhalten nur durch Statecharts modelliert wurde.

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Motorsteuerung für einen 4-Takt-Ottomotor

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Aufbau der Hardware

 

Software-Praktikum (SoPra)

Teilnehmende: Studierende Informatik und Embedded Systems Engineering im 3. Semester

Das Software-Praktikum wird durchgeführt an der Professur für Softwaretechnik (Prof. Andreas Podelski). In diesem Praktikum soll ein Softwareentwicklungsprozess, beginnend bei Anforderungserhebung über die Entwurfsphase bis hin zur Implementierung, die Organisation der Arbeit innerhalb einer Gruppe und der Umgang mit komplexen Systemen erlernt werden.

Die Studierenden werden in Gruppen eingeteilt und müssen eine bestimmte Aufgabenstellung realisieren. Hierzu müssen sie sich selbst organisieren, die Anforderungen definieren, Arbeit geschickt auf Gruppenmitglieder verteilen und neue Technologien selbstständig erlernen.

 

In den letzten Iterationen des Software-Labors wurden verschiedene Spiele entwickelt:

1. Trainiere Monster namens Tavis, um den bösen Zauberer zu besiegen:

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2. Baue eine Basis und weise die Roboter an, sich gegen Massen von außerirdischen Kreaturen zu verteidigen:

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3. Platziere deine Einheiten, um das Schloss gegen Überfälle zu verteidigen:

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4. Nutze die Fähigkeiten deiner drei Helden, um an infizierten Computern vorbeizuschleichen und deren KI-Mastermind auszuschalten:

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5. Stelle eine Gruppe von Fantasy-Helden zusammen, um Dugeons auszuschalten und einen Teufel zu besiegen:

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Praktische Lehrveranstaltungen im Master-Studium

Sensors Lab Course

Dieses Praktikum richtet sich an Master-Studierende Microsystems Engineering, Mikrosystemtechnik und Embedded Systems Engineering.

Der Sensors Lab Course wird durchgeführt an der Professur für Elektrische Messtechnik und Eingebettete Systeme (Prof. Stefan Rupitsch). Ansprechpartner ist Dr. Jochen Kieninger.

In den drei Modulen des Laborpraktikums vertiefen die Studierenden das Wissen aus den Vorlesungen zu Sensoranwendungen durch praktische Erfahrungen.

Studierende können Beschleunigungen und Drehrate auf einem Karusell, den Druckunterschied während einer Aufzugsfahrt, die Stärke des Erdmagnetfelds in Freiburg und die Luftqualität in Innenräumen bestimmen. Alle Experimente verwenden die Arduino Nicla Sense ME Plattform, die vier hochmoderne integrierte Sensoren von Bosch Sensortec, einen Arm Cortex M4 Prozessor und Bluetooth-Konnektivität umfasst. Bei den verschiedenen Sensoren handelt es sich um eine Inertialmesseinheit (IMU), die Beschleunigung und Drehrate misst, einen Drucksensor, einen Magnetometer und einen Gassensor, der Parameter wie die äquivalente Konzentration von CO2 und flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) zusammen mit Temperatur und Luftfeuchtigkeit liefert.

Sensors Lab Course

 

COSIMA – der Wettbewerb für Studierende

COSIMA ist ein bundesweiter Studierendenwettbewerb im Bereich Mikrosystemtechnik und steht für "Competition of Students in Microsystems Applications". Mit dem Wettbewerb werden Masterstudierende der Mikrosystemtechnik aufgefordert, neue Einsatzmöglichkeiten von Sensoren und Mikrosystemen zu finden. Gesucht werden insbesondere Anwendungen, die die Interaktion zwischen Mensch und Technik in verschiedensten Bereichen des täglichen Lebens verbessern und erleichtern.

Die Besonderheit: Es gibt keine konkrete Aufgabenstellung. Gefragt sind Pioniergeist, Kreativität sowie Erfindungsreichtum und die Fähigkeit, ein Projekt durchdacht zu planen, durchzuführen und das Ergebnis vor Publikum zu präsentieren. Die Teams akquirieren ihr Budget selbst.

Die drei erstplatzierten Teams der Gesamtwertung erhalten einen Geldpreis und qualifizieren sich automatisch für die Teilnahme am internationalen Wettbewerb iCAN - einer chinesischen Initiative, bei der die drei Siegerteams der regionalen Wettbewerbe aus China, Japan, Taiwan, Singapur, USA und Europa aufeinandertreffen.

COSIMA wird vom Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (VDE) mit Unterstützung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung veranstaltet.

 

Wettbewerbserfolge der Universität Freiburg

SmartFaraday: 1. Platz
2017 belegten Konstantin Hoffmann, David Stork, Dominik Leclerc und Ann-Kathrin Leiting mit ihrem Projekt "SmartFaraday" den 1. Platz.

SmartFaraday ist ein mit Sensoren ausgesattetes Fahrradpedal, welches Daten zu Trittfrequenz, Leistung, Klimafreundlichkeit, Sprungdauer, Position, Route oder zum Höhenprofil liefert und zudem bei Diebstählen und Notfällen warnt.

SmartFaraday_Pedal

Faraday

 

CABLE-bot: 3. Platz
2015 wurden Karl Lappe, Konstantin Hoffmann und Wesley Custódio für ihr Projekt "CABLE-bot" mit dem 3. Platz geehrt.

CABLEbot ist der Prototyp eines Roboters, der bei der Elektrifizierung von Gebäuden entsprechende Leitungen in Leerrohre einziehen soll. Während stromführende Leitungen, Antennen-, Netzwerk- und Telefonkabel überlicherweise entweder per Druckunterschied oder mechanisch mithilfe einer Zugschnur durchgeführt werden, wird mit CABLE-bot die Zugschnur durch eine elektrisch angetriebene Robotereinheit durch das Leerrohr gezogen. Dadurch können zeit- und apparativ aufwändige Verfahren ersetzt werden.

Besonders bemerkenswert: 2016 sicherte sich das Freiburger Team mit seinem CABLEbot den 1. Platz beim internationalen Wettbewerb iCAN.

Cable bot

 

Smart Shower: 3. Platz
2014 belegten Eva Grether, Moritz Berger, Ronja Khelifa, Felicia Wieland und Kim Allinger  mit „Smart Shower“ den 3. Platz.

Smart Shower ist ein energieautarker Sensor-Duschkopf, der für ein umweltbewussteres Leben sensibilisieren soll. Der Duschkopf kann den Wasserverbrauch und die Wassertemperatur messen und die ermittelten Daten per Bluetooth-Funkschnittstelle auf ein Mobiltelefon übertragen. So erhält man eine Übersicht über seinen Energie- und Wasserverbrauch und damit Informationen über die mit dem Duschen verbundenen Kosten. Die für die Messung und die Datenverarbeitung notwendige Energie wird ausschließlich durch den Wasserdurchfluss erzeugt. Das Wasser treibt eine Turbine an und durch einen Generator wird elektrische Energie gewonnen.

Smart Shower 


Weitere Pluspunkte für Ihren Studienerfolg!

Es gibt viele gute Gründe, weshalb Sie Informatik, Mikrosystemtechnik, Embedded Systems Engineering oder Sustainable Systems Engineering an der Technischen Fakultät der Universität Freiburg studieren sollten.

Die 10 wichtigsten Punkte haben wir hier für Sie zusammengestellt.


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Kerstin Steiger-Merx
Referentin Marketing & PR
Technische Fakultät

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