Jugend forschtNie wieder verschlafen? Das Weckerbett macht’s möglich!

Das Thema „Smart Home“ gewinnt immer mehr an Bedeutung und bereits viele Menschen verwenden es bei sich zu Hause. Produkte wie „Amazon Echo“ oder „Google Home“ sind beliebt, doch sie bringen auch große Nachteile mit sich: Man macht sich nicht nur von einem Server im Internet abhängig, sondern geht auch die Gefahr ein, dass die Spracherkennungssoftware die eigenen Gespräche im Haus mithört und damit in die Privatsphäre eindringt. Angesichts dieser Probleme entwickelten wir, Ben und Benedikt, selbst eine Smart-Home-Sprachsteuerung. Allerdings eine, die die Probleme herkömmlicher kommerzieller Produkte behebt und zudem ganz schön wach macht! Aber der Reihe nach.

Unser Vorhaben begann vor etwa fünf Jahren, als die erste Generation von „Amazon Echo“, die erste erfolgreiche Smart-Home-Sprachsteuerung, auf den Markt kam. Als wir wenig später bei einer Aktion eines lokalen Elektronikgeschäfts kostenlos ein „Google Home Mini“-System ausprobieren konnten, zeigten sich allerdings einige Probleme:

Für alle wichtigen Funktionen der Sprachsteuerung brauchten wir ein Backup-System, wie zum Beispiel manuelle Lichtschalter oder ein FM-Radio. Ein weiteres Problem war, dass sich viele schon im Haushalt vorhandene Geräte nicht einfach mit Googles Smart- Home-Plattform verbinden lassen. Das größte Problem aber, war der Datenschutz. Zur Verarbeitung der gesprochenen Sätze werden direkte Audioaufnahmen an die Server des Herstellers der Sprachsteuerung gesendet, dort verarbeitet und als Befehle zurückgeschickt. Dabei speichert das System die Audios, um die Spracherkennung zu verbessern. So werden auch private Gespräche, die nicht als Sprachbefehle gedacht waren, ungewollt an den Hersteller des Smart-Home-Systems gesendet.

Trotz dieser Schwierigkeiten begannen wir vor vier Jahren mit unserem eigenen Smart-Home-Projekt. An unserer Schule, dem Johann-Andreas-Schmeller Gymnasium Nabburg, findet jedes Jahr ein großer schulinterner Technikwettbewerb statt, der vom ortsansässigen Unternehmen EMZ gefördert wird.
Im Jahr 2019 war das Thema „Baue ein Smart Home!“. Wir bauten als Wettbewerbsbeitrag ein Google-Home-System in ein selbst gebasteltes Modellhäuschen ein. Neben verschiedenen Lampen und einer kleinen Fernseher-Attrappe verbauten wir als Gag für die Preisverleihung ein Puppenbettchen, welches sich auf Kommando aufkippen ließ. Dadurch wurde eine Holzfigur aus dem Bett geschleudert – unsere Interpretation eines radikalen Weckers. Alles in diesem Haus war zu 100 Prozent sprachgesteuert, aber genau dies führte zu den vorhin schon genannten Problemen. Um die Komponenten zu bedienen, waren Umwege nötig und aufgrund des damals recht instabilen Internets an unserer Schule gab es des Öfteren Ausfälle. Umso mehr motivierte uns dies, uns genau diese Probleme vorzunehmen.

Wir verbrachten viel Zeit mit der Recherche im Internet und entdeckten kostenlose Open-Source-Softwarepakete, die wir so kombinierten, dass sie ein leistungsfähiges sprachgesteuertes Smart-Home-System ergaben. Und unser System arbeitete vollständig offline auf einem in Bastlerkreisen sehr bekannten Minicomputer: einem „Raspberry Pi“. Es fehlte nun nur noch ein geeignetes Testobjekt, das wir steuern konnten. Uns kam das umklappende Weckerbett aus dem Puppenhaus wieder in den Sinn. Wir beschlossen, es diesmal in Lebensgröße zu bauen, und zwar so, dass wirklich ein Mensch wortwörtlich „aus dem Bett geschmissen wird“. Nach drei Monaten Entwicklungszeit mitten im Corona-Lockdown Anfang 2021 war es soweit: Das Weckerbett war einsatzbereit – und es hatte noch viele weitere Features dazu bekommen!

Ausschließlich über Sprachsteuerung kann der Benutzer die Weckzeit einstellen. Ist es soweit, weckt das Bett zunächst mit sanfter Musik. Der schlaue Schläfer steht dann am besten sofort auf, läuft zum anderen Ende des Zimmers und betätigt den Ausschaltknopf. Denn in diesem Fall rollt das Weckbett nicht nur automatisch die Decke auf, sondern macht ihm sogar in einer Frühstücks-Maschine Kaffee und Marmeladenbrot zurecht. Doch wehe dem, der nicht rechtzeitig aufsteht! Nicht nur die Weckmusik wird dann zusehends unangenehmer, auch das rüttelnde Kissen, die weggezogene Bettdecke und eine mit Druckluftkompressor betriebene Tröte erinnern ihn deutlich an die Pflicht, den Tag jetzt endlich zu beginnen. Hartnäckige Kandidaten bestraft das System endgültig durch Aus-dem-Bett-Werfen. Dazu pumpt ein Drucktank Luft in einen Gymnastikball, der dadurch das Bett umklappt.

Das Bett reichten wir nun bei „Jugend forscht“ ein. Damit gewannen wir zuerst die Regionalrunde Amberg-Weiden, und dann auch noch den Landessieg für Bayern. Beide Wettbewerbe fanden nur online statt, sodass ein direktes Treffen mit allen Teilnehmer:innen leider nicht möglich war. Wir qualifizierten uns aber dadurch für den Bundeswettbewerb, der im Mai 2022 in Lübeck in Präsenz stattfinden konnte. Auch wenn es dort keine Preise für uns gab, war es ein voller Erfolg. Wir konnten viele Gleichgesinnte aus ganz Deutschland kennenlernen, uns austauschen und hatten wirklich eine schöne Zeit in den vier Tagen in Lübeck. Obwohl es sich um einen Wettbewerb handelte, waren alle freundlich zueinander und es herrschte, erstaunlicherweise, kein wirklicher Konkurrenzkampf. Auch das Rahmenprogramm war toll, jeden Abend gab es Aktionen und Ausflüge. Insgesamt war es eine tolle Erfahrung!