Ein Heliostat, der sich im Browser entwerfen lässt

Ein Heliostat ist ein Spiegel, der sich selbst zur Sonne dreht und das Licht auf einen ausgewählten Punkt reflektiert. Sunspot besteht aus 37 sechseckigen Facetten mit 2 mm starkem Acrylspiegel. Die Seitenlänge einer Facette beträgt 30 mm, die Spiegelfläche 865 cm² und die gesamte Spiegelbaugruppe wiegt 5,64 kg.

Jede Facette wird von zwei Servos geneigt, insgesamt 74. Der Spiegelsatz funktioniert dadurch wie ein einzelner Spiegel mit einstellbarer Krümmung: Der Lichtfleck lässt sich auf ein Ziel in 4 m oder 30 m Entfernung fokussieren. Das gesamte System dreht sich in zwei Achsen, Azimut und Elevation, mit 28BYJ-48-Schrittmotoren, unter einer PMMA-Kuppel mit etwa 724 mm Durchmesser.

Die Anwendung sunspot.hexart.io stellen wir kostenlos und ohne Konto bereit. Sie zeigt beispielhaft, was wir heute leisten: ein Engineering-Projekt von den Anforderungen bis zum Produktionspaket.

Die Anwendung ruft kein KI-Modell auf. Jede Zahl wird vom Code anhand von Formeln aus Fachliteratur und Normen berechnet, die sich in der Berechnungsdokumentation überprüfen lassen. Derselbe Parametersatz ergibt dieselben Abmessungen der Teile.

Die Sonnenposition berechnet der NOAA- und Meeus-Algorithmus unter Berücksichtigung der Refraktion. Die direkte Normalstrahlung (DNI) liefert das Meinel-Modell mit der Laue-Korrektur, die Luftmasse die Formel von Kasten und Young aus dem Jahr 1989 und die Sonnenscheibe das Buie-Modell. Die Windlast wird nach EN 1991-1-4 berechnet, die Zahnradzähne nach ISO 6336 und die Lager nach ISO 76 und ISO 281.

Wo KI im Einsatz war

AI half beim Schreiben des Codes. Die Anforderungen legte Paul Lazniak fest. Ein Team von AI-Agenten schrieb den Code in mehreren Wellen: Die Autoren bearbeiteten getrennte Dateibereiche parallel. Anschließend folgten Integration und Prüfung durch separate Agenten. Die Entwickler der Funktionen arbeiteten mit Claude Opus 5.5, einzelne Beiträge prüfte Claude Sonnet 5.5.

Sieben Recherche-Agenten erstellten 30 Datenblätter zu Komponenten mit Katalogdaten. Eine koordinierende Sitzung steuerte 25 Agenten. Die Arbeitsregel lautete: keine erfundenen Zahlen, jeder Wert muss eine Quelle haben.

Gerät und Ziel werden auf der Karte oder durch Eingabe einer Adresse festgelegt. Das Gelände basiert auf Höhendaten, die Gebäude stammen aus OpenStreetMap und das Stadtmodell aus der Photogrammetrie von Google Photorealistic 3D Tiles über Cesium ion. Als Ziel eignet sich jeder Punkt im Raum: ein Fenster, ein Bedienfeld oder ein Wandabschnitt.

Datum und Uhrzeit lassen sich im Kalender auswählen oder der Tag wird im Zeitraffer abgespielt. Dieselbe Szene funktioniert in einer VR-Brille und im AR-Modus mit Blick auf die Umgebung (WebXR).

Die Schaltfläche „Druckpaket herunterladen“ liefert ein ZIP-Archiv mit 38 Dateien und etwa 111 MB. Darin befinden sich 28 STL-Dateien für 211 Teile zum Drucken und Schneiden sowie 4 SVG-Zeichnungen der Platten und Spiegel zum Ausschneiden aus einer Platte. Dazu kommen ein Arduino-Sketch, eine Materialliste in CSV und Markdown, eine Kalkulation und die Projektparameter im JSON-Format.

Für die Standardkonfiguration umfasst die Stückliste 107 Positionen. 80 Teile müssen gekauft, 20 im 3D-Druck gefertigt und 4 aus Plattenmaterial geschnitten werden. 3 Teile können gegossen oder gedruckt werden. Allein die Verbindungselemente umfassen 340 Stück: 70 Schrauben, 30 Muttern und 240 Unterlegscheiben. Dazu kommen 74 Servos, 5 PCA9685-Treiber, 2 28BYJ-48-Motoren und eine DS3231-Uhr.

Das gesamte Gerät wiegt 74,4 kg. Die Materialien kosten laut Preisliste vom Oktober 2026 netto 8.608,73 PLN, der FDM-Druck dauert etwa 24,7 h.

Handbuch und Forschungsbogen

Aus den aktuellen Parametern erstellt die Anwendung ein Bauhandbuch und ein Forschungsdatenblatt mit den Berechnungsergebnissen, auf Polnisch und Englisch, druckfertig als PDF. In der Version vom 26. Oktober 2026 umfasste das Bauhandbuch 61 A4-Seiten und das Forschungsdatenblatt 32.

Der Generator wählt das Board passend zur Anzahl der Spiegel aus: Arduino Uno für 61 Facetten, Mega 2560 für 432, ESP32 für 864. Für 37 Facetten wählt er das Mega 2560. Der Sketch umfasst dann 2 128 Zeilen und belegt laut Schätzung etwa 44,9 kB Flash-Speicher.

Die Servos steuern PCA9685-Module an, mit jeweils 8 Facetten pro Modul. Die UTC-Zeit liefert eine DS3231-Uhr, die Nullposition ein Hall-Sensor mit in EEPROM gespeicherter Kalibrierung. Der Controller verfügt über eine SAFE-Taste und eine Leistungsbegrenzung für den gebündelten Strahl.

Virtuelles Arduino im Browser

Der Kern der Skizze funktioniert auch in der App. Der C++-Code wird nach JavaScript übersetzt und auf emulierter Hardware ausgeführt: Mikrosekunden-Timing, Schrittunterbrechungen, Hallsensor-Hysterese, Servos und EEPROM. Bevor etwas auf die Platine kommt, sehen Sie, was der Controller tut.

Die Zahlen auf dieser Seite stammen aus einer Simulation, nicht aus Messungen an einem gebauten Gerät. Die Anwendung weist selbst in der Fußzeile darauf hin: „Technische Simulation. Geschätzte Ergebnisse. Vor dem Bau durch Messungen überprüfen.“

In der Projektdokumentation führen wir eine Liste mit 14 bekannten Einschränkungen. Beispiel: Das Gehäuse der Steuereinheit hat noch kein Innenleben, und in die Halterungen für 28BYJ-48-Motoren passt kein NEMA-Motor. Den VR- und AR-Modus haben wir im Emulator geprüft. Der Test mit der Quest 3 steht noch aus.

Gebündeltes Licht kann Verbrennungen verursachen und Brände auslösen. Seine Reflexion kann die Augen schädigen. Bevor das Gerät im Freien aufgestellt wird, muss geprüft werden, wohin der Lichtstrahl im Laufe des Tages fällt.