Mathematik erleben – Ausstellung auf der MS Wissenschaft

Bis September wird es auf den deutschen Wasserstraßen unterwegs sein und dreißig deutsche Städte anlaufen – darunter Koblenz, Mainz, Frankfurt, Hannover und Magdeburg. Die Ausstellung an Bord ist – passend zum Motto des Wissenschftsjahres – der Mathematik gewidmet. Sie lädt ein zum Spielen, Entdecken und Erforschen. Vier Exponate stammen aus Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft.

Kaum zu glauben, was man mit Mathematik alles machen kann: Zum Beispiel Unregelmäßigkeiten auf einer Kuhhaut suchen! Normalerweise wird die Software, die von Forschern am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM entwickelt wurde, von Unternehmen zur Qualitätsprüfung eingesetzt: Eine Kamera erstellt ein Bild des Produkts – beispielweise der Kekspackung, der Bierflasche, des gerade gefertigten Autoteils. Im Rechner wird dieses Bild analysiert und Pixel für Pixel verglichen mit dem vorgegebenen Ideal. Auf der MS Wissenschaft, dem Ausstellungsschiff der deutschen Forschungsinitiative »Wissenschaft im Dialog«, können die Besucher testen, ob sie die Fehler genauso präzise identifizieren können wie die Software: Auf dem Monitor ist eine Tierhaut zu sehen, die nicht ganz gleichmäßig strukturiert ist. Die Abweichungen lassen sich mit dem Joystick ansteuern und markieren. Am Ende vergleicht der Rechner das Ergebnis mit der automatisch erstellten Lösung.

Auch beim Packen hilft Mathematik. Das Befüllen von Containern ist eine Kunst, jeder Winkel muss optimal genutzt werden – Platz ist Geld. Professionelle Packer lösen diese Aufgabe mit Erfahrung. Eine optimierte Lösung lässt sich aber auch errechnen. Die Forscher vom Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI haben ein Computerprogramm entwickelt, das die optimale Befüllung von Behältern mit baugleichen Teilen ermittelt. In der Ausstellung auf der MS Wissenschaft können die Besucher ihre eigenen Fähigkeiten mit denen des Programms vergleichen, indem sie komplex geformte Bausteine möglichst lückenlos in einen Behälter packen. Am Ende wird das Ergebnis mit der vom Computerprogramm errechneten Lösung verglichen und der Gewinner ermittelt – Mensch oder Computer?

Zum Spielen lädt ein elektronisches Scrabble ein. Die Forscher vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM haben Spielbrett, Steine und Datenbank eines Scrabble-Spiels mit einer hochkomplexen Lese- und Auswertelektronik ausgestattet. Mit ihrer Hilfe kann der Spieler herausfinden, ob es das Wort, das er im nächsten Zug legen wollte, überhaupt gibt, ob es das optimale ist oder ob es ein besseres gibt und wie viele Punkte er dafür bekommen wird.

Mathematik kann aber auch Schäden vorbeugen: Die Hochwasser-simulation hilft bei der Stadtplanung Gefahren zu erkennen und Maßnahmen gegen die mögliche Überflutung von Wohngebäuden und Industrieanlagen zu planen. Die Fraunhofer-Institute ITWM und SCAI haben mit Partnern eine Software zur Simulation der Fließvorgänge auf der Erdoberfläche, im Kanalsystem und im Grundwasser entwickelt. Ein interaktives Spiel veranschaulicht einige Aspekte der Berechnung an einem einfachen Beispiel. Es zeigt einen Schnitt durch eine Landschaft mit Bodenprofil und Wasserstand. Der zeitliche Verlauf des Wasserabflusses wird berechnet und dargestellt. Die Intensität des Regens und die Beschaffenheit der Erdoberfläche lassen sich verändern. Die Besucher können außerdem die Auflösung der dargestellten Landschaft wählen und sollen einen Kompromiss zwischen der Genauigkeit des Ergebnisses und der benötigten Rechenzeit für die Simulation finden.

Das Projekt MS Wissenschaft wird finanziell unterstützt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und der Klaus Tschira Stiftung GmbH. Das Schiff ist im Auftrag von »Wissenschaft im Dialog« unterwegs, einer Initiative der deutschen Wissenschaft, die Forschung einem breiten Publikum auf verständliche Weise zugänglich macht. Die Exponate werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Fraunhofer-Gesellschaft, der Helmholtz-Gemeinschaft, der Leibniz-Gemeinschaft und der Max-Planck-Gesellschaft zur Verfügung gestellt sowie von mehreren Hochschulen.