Die Idee zu diesem Projekt kam ihm bei einer langen Autofahrt. „Ich wünschte mir eine einfachere Möglichkeit, Nachrichten meines Smartphones zu überprüfen, ohne es aus der Tasche ziehen zu müssen.“
Der 14-Jährige beschäftigte sich ausgiebig mit dem Thema der Datenbrillen/“Smart Glasses“. Das dahinterliegende Prinzip sind Widgets und Benachrichtigungen, die auf das Brillenglas projiziert werden. Nicht selten kosten solche Modelle ganz schnell mehr als 1.000 Euro. Das war eindeutig zu viel und der Auslöser für ihn, eine kostengünstigere zu bauen. In der Berücksichtigung beider Faktoren – möglichst viele Funktionen zu möglichst kleinem Preis - lag die Herausforderung.
Startschuss – Prototyp 1
Jonathan baute zunächst einen ersten Prototyp, um die von ihm überlegte Projektionstechnik zu testen. Im Rahmen der Forscher AG seiner Schule hat er in einem eigens erstellten Experiment eine dort vorhandene Strahlenleiterplatte („Beamsplitter“) mit seinem Handy und mit einem vor Ort ebenfalls vorhandenen Spiegel erfolgreich ausprobiert.
Der „Beamsplitter“ lässt die eine Hälfte des Lichts von außen, also von der Umgebung, und die andere Hälfte des Lichts des Displays an das Auge. Er fügte noch einen Polarisationsfilter hinzu, um Doppelreflexionen zu vermeiden und ein klareres Bild zu erhalten. Es entstand ein erster Prototyp, der ein Display und einen „Raspberry Pi“ Microcontroller enthält. Die Kosten belaufen sich auf circa 26 Euro.
Weiterentwicklung – Prototyp 2
Nach dem ersten erfolgreichen Prototyp wollte der findige Schüler eigenständig einen neuen finalen Prototyp mit deutlich mehr Funktionen bauen. Ziel war nicht eine AR-Brille, sondern der Bau einer Datenbrille/„Smart Glasses“. Mit der Hilfe der Software Fusion 360 hat er ein Design entworfen und mit seinem 3D-Drucker gedruckt.
Entstanden ist eine funktionsfähige Datenbrille. Jonathan verwendete einen Raspberry Pi Zero WH, eine Kamera, einen Spezialspiegel in einem selbst gebauten Brillenglas und weitere kleinere Teile. Viele Faktoren waren zu beachten, wie etwa der Akkommodationspunkt des Auges, der Einbau eines Kondensators, geregelte Stromimpulse. Das sind nur einige. Damit die Brille ans Laufen kam, hat er ein Programm mit ganz unterschiedlichen Funktionen dafür geschrieben.
Die Brille kann Mails schreiben, Fotos machen und aufgenommene Fotos anzeigen. Das Foto wird nach Aufnahme per Mail automatisch an Jonathan versandt.
Jonathan hat die Technik extra großzügig ausgewählt, damit die Funktionen der Brille erweitert werden können, ohne die Hardware verändern zu müssen.
„Ich habe in meiner Brille eine 10 000 mAh (Milliamperstunden) Powerbank als Akku eingebaut. Sie wiegt zwar annähernd 200 Gramm, soll nach Angaben des Internets jedoch den Raspberry Pi für 50 Stunden mit Strom versorgen.“
Programmierung
Ein erstes Programm mit noch relativ einfachen Funktionen war der Ausgangspunkt für die Weiterentwicklung. Es fußt auf einem auf Bildern basierenden Graphical User Interface – also einer Benutzeroberfläche. Die Datenbrille startet auf Knopfdruck. Im Normalzustand zeigt sie die Uhrzeit an. Man kann durch Drücken des „Weiter“-Knopfes durch das Menü gehen. Es gibt ebenfalls einen „Enter“- und einen „Escape“-Knopf.
„Eins meiner Hauptziele war es, auch meinen zweiten Prototyp günstig zu halten. Die zusammengerechneten Kosten betragen 10 Euro für das Filament für die 3D-Drucke, 10 Euro für die Teile der Optik und zusätzliche 95 Euro für Technik, in welchen 20 Euro für einen Pi Zero WH enthalten sind.“ Mit insgesamt ungefähr 115 Euro ist Jonathan seinem Ziel sehr nahegekommen. Die Eigenleistung darf man nicht rechnen.
Immer wieder mit Freude dabei
Jonathan blickt auf eine „langjährige Wettbewerbskarriere zurück“. Er ist schon das fünfte Mal bei „Schüler experimentieren“ dabei. Zur Unterstützung belegt er die Forscher AG seiner Schule. Die zwei Stunden wöchentlich reichten aber irgendwann nicht mehr aus. Anfang Dezember 2022 begann die „heiße Phase“. In den folgenden zwei Monaten hat er täglich über zwei bis drei Stunden an seinem Projekt gesessen. Zeit für andere Hobbys blieb in der intensiven Phase nicht so wirklich.
Weitere Ziele
„Bis zum Landeswettbewerb im April werde ich noch weitere Entwicklungen an meiner Datenbrille vornehmen“, erklärt der junge Forscher. „Mein Schwerpunkt liegt dabei auf der Programmierung. Ich werde versuchen die Bluetooth-Verbindung zu erweitern, so dass auch Telefonate, Sprachaufnahmen und das Nutzen des Smartphone-Sprachassistenten möglich sind. Außerdem möchte ich eine Sprachsteuerung einbauen. Durch die integrierten Teile habe ich sehr viele Möglichkeiten durch Programmierung weitere Funktionen hinzuzufügen.“ Zusätzlich möchte er die Steuerung verbessern, indem er entweder ein Gyroskop einbaut, welches Bewegungen des Kopfes ausmacht oder aber eine Möglichkeit finden, zu erkennen, ob ein Auge geschlossen ist oder nicht. So ließe sich durch kurzes Schließen des Auges die Brille steuern. Einen festen Berufswunsch hat Jonathan noch nicht. Diese Arbeiten machen ihm aber so viel Spaß, dass er sich vorstellen könnte, später in einem ähnlichen Bereich zu forschen.