Solarleuchten für Tansania | Nachwuchsförderung im Bereich Mikroelektronik
Wie können Schüler:innen aus Deutschland mit selbst gelöteten Solarleuchten den Schulalltag in Tansania verändern und nebenbei die Welt der Mikroelektronik entdecken? Der Solarleuchten-Workshop des Netzwerks Chipdesign Germany (CDG) zeigt, wie praxisnahe Bildung, soziale Verantwortung und technische Innovation Hand in Hand gehen. Nils Stanislawski, Projektmanager des CDG-Netzwerks und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Mikroelektronische Systeme an der Leibniz Universität Hannover (LUH), gibt spannende Einblicke in die Projektidee, die Workshopinhalte und insbesondere in sein Schwerpunktthema Nachwuchsgewinnung und Nachwuchsförderung.
Herr Stanislawski, bevor wir unseren Fokus auf das Thema Nachwuchs richten, können Sie uns kurz erläutern, was das Netzwerk Chipdesign Germany überhaupt ist und welche Ziele es verfolgt?
Das Netzwerk Chipdesign Germany (kurz CDG) ist ein vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR, vormals BMBF) gefördertes Projekt. Es dient bundesweit als zentrale Austauschplattform für alle Akteure des Chipdesigns, von Wissenschaft und Akademia bis hin zu Industrie, kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) sowie Start-ups. Unser primäres Anliegen innerhalb des Projekts ist, diese Akteure zu vernetzen und den vorwettbewerblichen Dialog zu fördern. Dazu gibt es innerhalb des CDG-Netzwerks verschiedene Arbeitsgruppen, wie z. B. die AG Chiplets, die AG Vertrauenswürdige Elektronik und natürlich die AG Nachwuchs, in denen unterschiedliche Schwerpunktbereiche diskutiert, gemeinschaftliche Maßnahmen formuliert und letztendlich auch durchgeführt werden, um u. a. Talente zu fördern und Forschungsbedarf festzustellen.
Neben den Arbeitsgruppen, die die Akteure zusammenbringen, gibt es zusätzlich noch die Hochschulallianz. Hier vernetzen wir aktiv die im Bereich Chipdesign forschenden Hochschulen in ganz Deutschland. 70 von knapp 100 vorab identifizierten Hochschulen sind bereits Teil dieser Allianz, die maßgeblich von der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) aufgebaut wird. In der Allianz gibt es wiederum sogenannte Kompetenzcluster für Forschungsbereiche wie Analog- und Mixed-Signal Design, Leistungselektronik, Testinfrastrukturen, Digitaldesign, Packaging und Chiplets sowie Curricula, die dazu da sind, sich auf Hochschulebene auszutauschen, um gemeinsame Interessen festzustellen, die dann – ähnlich wie bei den Arbeitsgruppen – über das Netzwerk Chipdesign Germany nach außen kommuniziert werden.
Natürlich organisieren wir auch Netzwerk-Veranstaltungen sowie Workshops und sind selbst auf vielen Events, Industriemessen und Konferenzen vertreten, um Industrie, Wissenschaft, aber auch Einzelpersonen miteinander zu vernetzen, die Arbeit des Netzwerks zu zeigen und den Dialog zwischen Wissenschaft und Öffentlichkeit zu fördern. Des Weiteren unterstützen wir KMU dabei, ihren Weg in den Markt zu finden. Insgesamt sind wir also sehr vielseitig aufgestellt, im Fokus stehen bei uns Vernetzung und gemeinsames Vorankommen.
Welche Projektpartner sind im CDG involviert?
Das Netzwerk wird maßgeblich von der edacentrum GmbH, der Leibniz Universität Hannover (LUH), an der auch ich arbeite, der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) und der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) vorangetrieben.
Und wie ist der Zulauf zum Netzwerk? Wie viele Mitglieder gibt es bereits?
In den knapp anderthalb Jahren, die das Projekt bereits läuft, haben wir mehr als 170 Mitglieder gewonnen – und wir wachsen stetig weiter. Wir wollen auf das Thema aufmerksam machen und setzen daher einen Schwerpunkt auf den Bereich Wissenschaftskommunikation, um regelmäßig über neue Veranstaltungen und Aktionen, aber auch Chipdesign im Allgemeinen zu berichten. So startete im Mai auch die erste Staffel des neuen Podcasts »Chip Happens – Kleine Dinge, die alles verändern«. Hier sind die Themen super interessant und auch für Nicht-Technolog:innen gut aufgearbeitet. Ich freue mich selbst jeden Donnerstag auf die neue Folge und jetzt natürlich auf die zweite Staffel, die sich mit dem globalen Thema »Wasser« beschäftigt.
Der Podcast ist sicher auch eine gute Möglichkeit, um Nachwuchs auf das Thema aufmerksam zu machen. Sie sagten bereits, dass das ein wichtiger Bereich im CDG-Netzwerk ist – lassen Sie uns daher einen genaueren Blick auf die AG Nachwuchs werfen. Welche Ziele verfolgt die AG?
In der AG Nachwuchs arbeiten wir mit verschiedenen Projekten, Verbänden, Firmen und auch Einzel-Personen zusammen, um Studierende, aber auch Schüler:innen, an das Thema Chipdesign heranzuführen – und das in ganz unterschiedlichen Jahrgangsstufen. Es ist wichtig, den Einstieg in die Mikroelektronik früh zu ermöglichen und rechtzeitig die Begeisterung für den Themenbereich bei Kindern und Jugendlichen zu wecken. Das schaffen wir, indem wir möglichst alltagsnahe Bezüge herstellen. Dabei zeigen wir den Schüler:innen, wo Mikroelektronik überall verbaut ist – im Smartphone und im Auto beispielsweise. Außerdem müssen natürlich Fragestellungen aufgeworfen werden, die Kinder und Jugendliche nachvollziehen können und die ihr eigenes Interesse an der Problemlösung wecken, sodass sie das Gebiet später eigenständig aktiv weiterverfolgen wollen.
Ein Praxisbeispiel sind unsere Solarleuchten-Workshops, die wir im Rahmen des CDG-Netzwerks und vor allem der AG Nachwuchs durchführen. Hier haben wir mit Schüler:innen gemeinsam Solarleuchten entworfen und gebaut. Das tolle an der Sache: Die Schüler:innen haben ihr neu erworbenes Wissen direkt weitergeben können – und zwar an eine tansanische Partnerschule.
Wie ist die Idee zu diesem Projekt entstanden?
Die initiale Idee kam von dem Helene-Lange-Gymnasium in Hannover, das eine Partnerschule, die Msitu wa Tembo Secondary School, in Tansania hat. Vor dem Hintergrund, dass die tansanischen Schüler:innen nach Sonnenuntergang oft kein Licht mehr haben, um zu lesen oder zu lernen, wollten sie gemeinsam mit dieser Partnerschule Solarleuchten bauen. Mit diesem Anliegen ist die Helene-Lange-Schule auf die LUH und damit auf das CDG-Netzwerk zugekommen und hat uns um Unterstützung gebeten. Daraufhin haben wir uns mit der Schule zusammengesetzt und ein Konzept entwickelt, wie man Solarleuchten mit ausreichender Leuchtstärke herstellen kann und das Ganze so gestaltet, dass die Schüler:innen die Teile selbst zusammenlöten können.
Nachdem wir im August die Idee mit der Helene-Lange-Schule besprochen haben, fand dann im September der erste Workshop statt. Bei diesem haben wir den Schüler:innen das Löten beigebracht und gemeinsam erste Exemplare der Solarleuchten gefertigt. Dann ging es am 26. September – also kurz danach – für die Schüler:innen mit vielen weiteren Bausätzen für die Solarleuchten schon nach Tansania.
Bevor wir zu dem Workshop dort kommen: Welche technologischen Anforderungen gab es bei der Entwicklung der Solarleuchte und wie komplex war es für die Schüler:innen, diese zusammenzubauen?
Die Anforderungen an die Solarleuchte wurden maßgeblich durch die Bedürfnisse und die Einsatzsituation in Tansania bestimmt. Die Leuchten sollten vor allem durch Solarenergie betrieben werden, um den tansanischen Schüler:innen vor Ort eine nachhaltige Möglichkeit zu bieten, auch abends zu lernen. Zudem war es wichtig, dass sie eine ausreichende Leuchtstärke haben, um als Leselampen – auch von mehreren Schüler:innen gleichzeitig – genutzt zu werden. Aus diesem Grund haben wir uns auch entschieden, High-Power-LEDs zu nutzen. Ein weiterer Wunsch war, dass die Leuchten dimmbar sind, um bei Bedarf ihre Betriebsdauer zu verlängern.
Was die technische Umsetzung angeht, so haben wir bewusst eine einfache und zugängliche Bauweise gewählt, um allen den erfolgreichen Bau einer Solarleuchte zu ermöglichen. Primär haben wir also Bauteile zur Durchsteckmontage genutzt. Die sind leichter zu handhaben als die SMD-Komponenten, die normalerweise in der Forschung und Industrie verwendet werden. Einen kleinen Knackpunkt bildeten da tatsächlich die SMD Hochleistungs-LEDs, denn die sind – gerade für Anfänger:innen – nicht so gut von Hand zu löten. Natürlich haben wir die an unserem Institut vorhandene Ausstattung genutzt, um die Platinen vorzubestücken. Und bevor es an die eigentliche Platine ging, haben die Schüler:innen daher einige Lötübungen durchgeführt, um ein Gefühl für das Arbeiten mit dem Lötkolben zu bekommen.
Die Schaltung selbst wurde ebenfalls simpel gehalten, um den Schüler:innen bei einem späteren zweiten Workshop eine verständliche Einführung in die Elektronik hinter ihrer Solarleuchte zu ermöglichen. Der Lernprozess ergab sich dabei durch die schrittweise Erweiterung der Schaltung: Zunächst haben wir uns auf das Solarpanel und den Akku konzentriert, dann auf die LED-Versorgung und schließlich auf die verschiedenen zusätzlichen Funktionen, wie z. B. eine Akku-Füllstandsanzeige. Die Schüler:innen können so die einzelnen Teile der Schaltung besser nachvollziehen und verstehen, wie sie zusammen funktionieren. Gerade an diesem Punkt wird es möglich, die Brücke zur Mikroelektronik zu schlagen: Die Erkenntnis, dass eine Handvoll diskreter Bauteile schon eine gewisse Komplexität erzeugt, führt anschaulich vor Augen, warum integrierte Schaltungen entwickelt wurden – um zahlreiche Funktionen in einem einzigen Bauteil zu vereinen und so leistungsfähige, kompakte Systeme zu ermöglichen.
Wie wurde das Wissen aus dem Workshop dann in Tansania weitergegeben, und welche Reaktionen gab es vor Ort?
An der Msitu wa Tembo Secondary School wurden die Schüler:innen der Helene-Lange-Schule selbst zu Lehrenden. Sie haben das im ersten Workshop erworbene Wissen direkt an ihre tansanischen Mitschüler:innen weitergegeben und ihnen eigenständig gezeigt, wie die Solarleuchten gelötet und zusammengebaut werden und welche technologischen Komponenten sie beinhalten. Das hat unglaublich gut funktioniert. Ich denke, für alle war dieser Workshop ein voller Erfolg. Sowohl die Schüler:innen aus Deutschland als auch die aus Tansania haben viel von dieser Kooperation mitgenommen. In Tansania wurden sogar schnell weiterführende Ideen entwickelt. Die Teilnehmenden wollten die Solarleuchten noch optimieren und untersuchten unter anderem, wie lange es dauert, die Leuchten zu laden und wie sich die Betriebsdauer je nach Leuchtstärke verändert. Das Feedback war durchweg positiv und die Schüler:innen waren alle sehr motiviert. Toll war natürlich, dass von rund 100 gelöteten Solarleuchten fast alle auf Anhieb funktioniert haben.
Wie ging es nach diesem ersten Workshop weiter?
Nach dem Workshop im September 2024 wurde das Projekt mit der Helene Lange Schule im Juni 2025 weitergeführt. Im Rahmen eines Gegenbesuchs waren einige der tansanischen Schüler:innen und Lehrkräfte bei uns in Deutschland zu Gast. Gemeinsam mit den deutschen Teilnehmenden nahmen sie an einem ganztägigen Workshop bei uns an der LUH teil. Dieser widmete sich dem schon erwähnten Entwurf des Schaltplans und der Platinen für die Solarleuchte. Neben der Arbeit an den Designs gab es natürlich auch eine Führung durch unser Institut, bei dem unsere Gäste Einblicke in verschiedene Forschungsbereiche erhielten. Auch hier zeigte sich wieder großes Interesse.
Besonders gefreut haben uns die vielen Folgefragen und Praktikumsbewerbungen der deutschen Schüler:innen im Anschluss an die beiden Workshops. Ich denke, das zeigt sehr gut, dass wir erfolgreich Interesse an dem Thema Mikroelektronik geweckt haben.
Mit dem zweiten Workshop ist das Projekt an der Helene-Lange-Schule erst einmal abgeschlossen. Aber sicher fließt das Konzept in weitere Zusammenarbeiten ein. Welche weiterführenden Projekte gibt es bereits?
Zunächst muss gesagt werden, dass nur das erste Projektjahr abgeschlossen ist. Die Helene-Lange-Schule wird auch in den kommenden Jahren regelmäßig nach Tansania reisen und das Projekt »Solarleuchte« weiterverfolgen. Dafür wurde sogar ein eigener schulischer Verein gegründet, über den eigenständig Bauteile und Materialien beschafft werden. Und wir unterstützen kräftig weiter, helfen bei der Optimierung der Schaltung und werden auch für die nächsten Jahrgänge die Workshops anbieten.
Des Weiteren hat das Projekt gezeigt, wie viel Potenzial in solchen übergreifenden Kooperationen steckt und welche Rolle ein Netzwerk wie Chipdesign Germany dabei spielen kann. Denn das Netzwerk soll genau solche Formate ermöglichen, begleiten und weitertragen. Es bietet die Plattform, um Expertise aus Hochschulen, Industrie und Forschung mit konkreten Bildungsprojekten und Nachwuchsförderung zu verbinden. Das funktioniert insbesondere dann gut, wenn der erste Impuls – wie in diesem Fall – von einer Schule kommt.
Mittlerweile sind weitere Schulen auf das Projekt aufmerksam geworden und mit einer Schule in Hildesheim ist schon der nächste Solarleuchten-Workshop in Planung. Gerade durch die Verbindung mit dem Netzwerk Niedersächsische Schulen MIT Afrika, das über 60 Partnerschulen in Deutschland und Afrika verbindet, und in dem die beiden Schulen aus Hannover und Hildesheim aktiv sind, ergeben sich viele Möglichkeiten für weitere Kooperationen. Ich hoffe sehr, dass es später ähnliche Programme auch in anderen Schulen geben wird und dass sich diese Projektidee auch über Niedersachsen hinaus weiter verbreitet. Denn genau das ist das Ziel: Dass nach und nach immer mehr junge Menschen von dem Thema Mikroelektronik begeistert werden.
Davon abgesehen bauen wir das Ganze natürlich auch aktiv aus. Wir entwickeln die Workshops didaktisch und technisch weiter. Wir denken z. B. über Verbesserungen im Platinen-Design nach, konzipieren neue Lerneinheiten wie Bauteillehre, Grundlagen zu Solartechnologien oder zur Funktionsweise einfacher elektronischer integrierter Schaltungen.
Ein wichtiger Aspekt bei der Nachwuchsgewinnung in MINT-Fächern ist auch die Geschlechtervielfalt. Gerade in Bereichen wie Mikroelektronik sind Mädchen oft unterrepräsentiert. Wie war das bei dem Solarleuchten-Projekt?
Wir von der LUH bzw. dem CDG-Netzwerk hatten keinen aktiven Einfluss darauf, welche Schüler:innen am Ende teilnehmen – das lag komplett bei der Schule. Allerdings waren tatsächlich knapp 50 % der Teilnehmenden Mädchen. Vielleicht lag diese gute Quote daran, dass der Ursprung des Projekts nicht in der gezielten Technikförderung lag. Natürlich ist Mikroelektronik geschlechterunabhängig spannend, aber gerade im Schulalter ist es nach wie vor häufig ein Thema, das eher Jungs anspricht. Von daher ist es gar nicht schlecht, wenn sich die Schüler:innen dem Thema auch auf Umwegen nähern – wie in diesem Fall zum Beispiel über den sozialen Aspekt.
Ich denke, gerade Projekte wie die Fertigung der Solarleuchte, bei denen es nicht nur um die reine Elektrotechnik oder Mikroelektronik in der Theorie geht, sondern um konkrete Anwendungen, können einen Unterschied machen, wenn es darum geht, Kinder und Jugendliche, und da wieder speziell Mädchen, zu begeistern. Die Schüler:innen müssen sehen, wozu sie diese Dinge brauchen. Das passt gut zu dem pädagogischen Ansatz des Challenge-Based Learnings: Es gibt eine übergeordnete Idee – etwa ein globales oder zumindest gesellschaftlich relevantes Problem – und daraus werden konkrete Fragen und Umsetzungen entwickelt. In unserem Fall war das eben der Bau einer Solarleuchte.
Auch der Rollenwechsel »Lernende werden zu Lehrenden« ist für die Schüler:innen sicher sehr spannend. Übrigens sind auch wir Lehrenden zu Lernenden geworden, denn wir selbst haben natürlich auch viel aus den Workshops mitgenommen.
Sie haben bereits erwähnt, dass das Feedback aus den Workshops in den Optimierungsprozess eingeflossen ist. Gibt es konkrete Beispiele dafür, was Sie aus dem Workshop mitgenommen haben und vielleicht sogar schon während der Workshopzeit ändern mussten?
Ein gutes Beispiel ist der Umgang mit Materialien und Bauteilen vor Ort. Unsere erste Idee war, für die Lampengehäuse Glasflaschen zu verwenden. Aber schnell war klar: Glas ist in Tansania nicht so verbreitet wie bei uns und wir wollten nicht einfach Glasware nach Afrika bringen, das ist weder praktikabel noch sicher. Stattdessen haben wir Modelle entworfen, mit denen die vor Ort vorhandenen Plastikflaschen sicher und funktional weiterverwendet werden können. Die Idee war, die Flaschen zurechtzuschneiden und in 3D-gedruckte Halterungen einzusetzen, sodass sie als Leuchtkörper dienen. So konnten wir eine technische Lösung mit einem weiteren Umweltgedanken verbinden, denn PET-Flaschen stellen vor Ort auch ein Problem dar, weil sie oft bzw. gar nicht recycelt werden.
Welche weiteren Initiativen plant das Netzwerk Chipdesign Germany, um junge Menschen für Mikroelektronik zu begeistern? Auf welcher Altersgruppe liegt hier generell der Fokus?
Wir konzentrieren uns im Rahmen der AG Nachwuchs nicht nur auf Schülerinnen und Schüler, sondern auch Studierende spielen bei uns natürlich eine wichtige Rolle. So haben wir im letzten Jahr bereits verschiedene Summer Schools an Universitäten innerhalb des Netzwerks unterstützt. Vor kurzem hatten wir unsere eigene, große Summer School an der LUH, die aus dem CDG-Netzwerk heraus organisiert und in Zusammenarbeit mit vielen Universitäten, Forschungseinrichtungen und auch Industriepartnern durchgeführt wurde.
Parallel dazu arbeiten wir in der Hochschulallianz an einem digitalen Kompetenzatlas für die deutsche Hochschullandschaft. Dieser soll Interessierten aufzeigen, welche Mikroelektronikangebote es an den Universitäten und Hochschulen im Land gibt. Uns geht es also nicht nur um einzelne Projekte, sondern um eine langfristige Förderung von Nachwuchs auf verschiedenen Ebenen.
Ein wichtiger Punkt, den wir dabei im Blick haben, ist, wie wir Mikroelektronik schon den Jüngsten näherbringen können – idealerweise im Grundschulalter. Wir sind fest davon überzeugt, dass es wichtig ist, frühzeitig Interesse zu wecken. Daher sind wir deutschlandweit aktiv und vernetzt. So nehmen wir z. B. auch am Türöffner Tag der »Sendung mit der Maus« teil.
Generell ist es uns auch ein Anliegen, Räume für Interessierte zu schaffen, in denen sie Gleichgesinnte treffen und sich vorurteilsfrei austauschen können. Es geht um Sichtbarkeit. Darum zu zeigen, dass Technik ein großartiges Berufsfeld ist, das nicht an Geschlechtergrenzen scheitern sollte. Wir wollen zeigen, dass Technik für alle da ist. Nicht für jeden – aber für alle. Und dass es innerhalb der Mikroelektronik eine riesige Bandbreite an Möglichkeiten gibt.
Wie können andere mit dem CDG kooperieren?
Wenn es allgemeine Anfragen gibt, dann ist unsere Website der beste erste Anlaufpunkt. Dort sind alle unsere Kontaktdaten zu finden. Wer sich speziell an die AG Nachwuchs wenden möchte, findet auch dazu Informationen und eine eigene E-Mail-Adresse. Wir unterstützen gern, egal worum es konkret geht. Ob wir nun jungen Menschen den Weg in die Mikroelektronik zeigen sollen oder diejenigen unterstützen, die sich selbst für Nachwuchsförderung einsetzen. Wir unterstützen bei Veranstaltungen, mit Öffentlichkeitsarbeit, durch fachliches Know-how, mit Materialien oder eben beim Konzept von Workshops. Nicht zu vergessen: Wir vernetzen!
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