„Digital-holografisches Mikroskop für Open Science (HolMOS)“ – so lautet der Name für ein Projekt, das es selbst interessierten Laien erlaubt, ein digital-holografisches 3D-Mikroskop aufzubauen. Das Stichwort lautet "Open Innovation": Basis ist ein normales, preiswertes Experimental-Mikroskop, wie es z. B. an jeder Schule als Klassensatz vorhanden ist und lediglich um eine einfache Digitalkamera und eine handelsübliche Laserquelle erweitert werden muss. Das eigentlich 3D-Bild entsteht dann im Computer: Eine speziell entwickelte Software errechnet aus den Kamerabildern sogenannte Phasenbilder und 3D-Bilddaten. Schüler, technikbegeisterte Laien – eigentlich jeder – kann dabei auf vorbereitete Softwaremodule zurückgreifen oder selbst – mit ein wenig Vorkenntnissen – eigene kleine Auswertungen programmieren.
Eine im Projekt aufgebaute Internetplattform dient dem Austausch innerhalb der HolMOS-Nutzer-Community. Der Reiz von 3D-Aufnahmen sowie die Möglichkeit, auch ohne Programmierkenntnisse faszinierende Bilder aus einer anderen Welt zu erhalten, motiviert interessierte Bürger, ihre Umwelt mit eigenen Ideen zu erforschen und das Gelernte untereinander auszutauschen.
Das Projekt verschafft vielen Menschen Zugang zu außergewöhnlichen 3D-Ansichten mikroskopischer Objekte – praktisch unabhängig von Vorkenntnissen. Es vermittelt so auf spielerische Weise den Umgang mit moderner Technik und die Faszination an naturwissenschaftlichen Fragen. Menschen aus ganz unterschiedlichen gesellschaftlichen Gruppen können so erfahren, wie wichtig die Naturwissenschaften für unser modernes Leben sind.
Diese Erfahrung sollte im Idealfall schon sehr früh in den Familien gemacht werden. Dafür gibt es bereits ein großes kommerzielles Angebot an mechanischen bzw. elektronischen Lern- und Bastelspielen, die ein technisch-naturwissenschaftliches Verständnis sowie die Freude und Faszination daran vermitteln. Aber auch in der Optik gibt es bereits viele gute Angebote wie z. B. astronomische Teleskope und insbesondere Mikroskope, die oft als Experimentierkästen angeboten und auch von Erwachsenen gerne genutzt werden. Das Problem dabei ist heute, dass viele Jugendliche im Alltag ausschließlich die Faszination des Computers und der digitalen Welt erleben. Der tägliche Umgang damit bleibt jedoch meist an der Oberfläche, auf Anwenderwissen beschränkt. Programmiererfahrung oder ein tiefergehendes Verständnis der internen technisch-naturwissenschaftlichen Vorgänge wird dadurch nicht gefördert.
Mit der Entwicklung eines digital-holografischen Mikroskops, das als Bausatz von interessierten Laien verwendet werden kann, verknüpft das Projekt HolMOS die Faszination optischer Phänomene mit den Möglichkeiten der digitalen Welt. Oft bereits vorhandene Experimental-Mikroskope lassen sich mit wenigen Open-Source-Bauteilen zu einem digital-holografischen Mikroskop erweitern. Damit wird der Nutzer in die Lage versetzt, echte 3D-Aufnahmen von Objekten zu machen.
Mithilfe der Open-Source-Software kann der Nutzer an seinem PC oder Laptop unterschiedliche Anwendungsalgorithmen testen und auch selbst programmieren. So kann er z. B. mithilfe numerischer Propagation selbst optisch unscharfe bzw. aus dem Fokus laufende Objekte digital nachfokussieren. Dieses System weckt aufgrund der 3D-Aufnahmen die Faszination für die Optik und ermöglicht mit Hilfe einfacher Programmierwerkzeuge, die vom Nutzer in wenigen Schritten erlernt und schnell erweitert werden können, die Einbeziehung der digitalen Welt.
Das digital-holografische Mikroskop wird vom Freiburg Seminar getestet und auf die Anforderungen interessierter Bürger hin optimiert – z. B. im Hinblick auf die Experimentier- bzw. Programmiervorkenntnisse. Der assoziierte Partner Kosmos prüft, inwieweit eine Integration in die eigene Produktpalette möglich ist. Unabhängig davon werden sowohl die Baupläne für die Nachrüstung bestehender Experimental-Mikroskope sowie die Software-Algorithmen als Open Source veröffentlicht und über eine Internet-Plattform dokumentiert. Dort werden auch die Entwicklung weiterer Software-Varianten sowie der Erfahrungsaustausch über eine Wiki-ähnliche Plattform aufgebaut.
Das Projekt HolMOS (Digital-holografisches Mikroskop für Open Science) ist Anfang Juni 2016 gestartet und wird im Rahmen der Förderinitiative „Open Photonik“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bis voraussichtlich Ende Mai 2019 mit rund 660.000 Euro finanziert.
Ansprechpartner
Dr. Alexander Bertz
Abteilung Produktionskontrolle
Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
Heidenhofstraße 8
79110 Freiburg
alexander.bertz(at)ipm.fraunhofer.de