Regionalentscheid „Jugend forscht“

Beim diesjährigen Regionalentscheid "Jugend forscht" hat Tom Gaimann in der Kategorie Physik einen hervorragenden zweiten Platz erreicht.

Herr Nickel und Herrn Bärthlein gratulieren ihm dazu im Rahmen der Urkundenübergabe herzlich. Sein Forschungsprojekt ist aus seiner W-Seminararbeit erwachsen, die uns Tom in eigenen Worten wie folgt zusammenfasst:

Sprachassistenten wie Alexa und Google Home sind populär und nahezu jeder hat zumindest schon einmal von diesen Geräten gehört. Sie erleichtern alltägliche Aufgaben wie einen Wecker zu stellen oder schnell etwas auf die Einkaufsliste zu setzen. Es gibt sogar Türschlösser, die sich mit so einem intelligenten Lautsprecher öffnen lassen. Aber haben diese Geräte auch Schwachstellen, wenn sie sicherheitsrelevanten Systemen wie Türschlössern interagieren?

Genau das habe ich mich in meiner Seminararbeit mit dem Titel „Hacken von Sprachassistenten mithilfe von Audio-Injektion durch Laser“ gefragt. Es ging darum, einen Laser auf das Mikrofon eines Sprachassistenten zu richten und über diesen Laser dem Sprachassistenten Befehle zu geben. In meiner Seminararbeit habe ich mich jedoch darauf beschränkt, die Wandlung von Licht zu Sprache zu untersuchen, da die Gerätschaften für das eigentliche „Hacken“ extrem teuer sind.

Die in Sprachassistenten verbauten Mikrofone werden MEMS-Mikrofone genannt und haben eine Membran im Inneren. Durch den Schalldruck der Sprache wird diese Membran dann normalerweise in Schwingung versetzt und diese Schwingung wird anschließend von einem Kondensator in elektrische Spannung umgewandelt.

Richtet man nun einen Laser auf das Mikrofon, ruft dieser auch eine Schwingung im Inneren des Mikrofons hervor. Gebündeltes Licht erzeugt im Mikrofon demnach denselben Effekt wie Sprache. Meine Hypothese für dieses Phänomen war, dass die Membran auf den Laser wegen winzigen Temperaturänderungen, hervorgerufen durch den Laserpunkt, reagiert. Dies konnte ich mit einigen Experimenten schlussendlich auch beweisen. Um eine Reaktion durch Licht zu erwirken, reicht auch schon eine handelsübliche Glühbirne. Ihre Strahlung reicht aus, um die Membran des Mikrofons in Schwingung zu versetzen. Lustigerweise hat die Glühbirne auf dem Mikrofon eine Frequenz von genau 100 Hz erzeugt, was genau das Doppelte der Netzspannung ist.

Ob Einbrecher diese Technik jemals verwenden werden, um sich Zugang zu Türen zu verschaffen, ist natürlich fragwürdig, auch wenn diese Möglichkeit theoretisch besteht.