Roboter für Alle!

Als Befürworter von Programmieren für Alle, und das möglichst früh, habe ich mich über die vielen – vor allem der visuellen – Programmierumgebungen gefreut, die (auch ganz) jungen Adressaten einen Zugang dazu ermöglichen. Ich erwähne nur Scratch und daran anknüpfende Alternativen (wie Snap!, Turtle Art, Blockly, App Inventor) aber auch Greenfoot oder BlueJ. Daneben gibt es seit einiger Zeit verstärkte Bemühungen, das Programmieren mit der Steuerung von Robotern, Sensoren und Aktoren zu verbinden. Damit soll einerseits die Motivation gesteigert werden, denn dadurch sind spannende Projekte realisierbar, bei denen „sich etwas tut“, andererseits sind so Anknüpfungspunkte an aktuelle realweltliche Fragestellungen gegeben. Ergebnis ist ein ganzer „Roboterzoo“ und dieser Beitrag ist ein Versuch, für mich ein bisschen Ordnung in der unübersichtlichen „Artenvielfalt“ zu schaffen (auf die Seite Educational Robots bin ich leider erst nach Abfassen dieses Beitrags aufmerksam gemacht worden. Dank an Thorsten Leimbach!).

Die Klassiker: Für die Programmiersprache Logo gab es schon lange die ansteuerbaren Bodenturtles. Als aktuelle Nachfolger kann Terrapins Bot-Serie, mit Blue-Bot und Pro-Bot, angesehen werden. Beide werden mit Terrapin Logo-Kommandos gesteuert; der Pro-Bot kann mit Stiften bestückt werden und damit seine Spuren zeichnen.

BurkersTurtleMan kann natürlich auch versuchen, eine Bodenturtle selber zu bauen. Josh Burker hat das auf der Basis des Adafruit METRO Mini Einplatinencomputer gezeigt. Programmiert wird sie mit Turtle Art bzw. Turtle Blocks. (Photo: Josh Burker)

Lernumgebungen: In dieser Tradition entwickelte Mitchel Resnick mit Stephen Ocko u.a. am MIT die Programmable Bricks, programmierbare Bausteine, die dann als LEGO/Logo auf den Markt kamen. Es entstanden die LEGO Mindstorms-Systeme RCX und NXT. Die aktuelle Version wird als EV3 Lernsystem für die MINT-Fächer vermarktet. Ihre Programmierung erfolgt in einer auf LABVIEW basierenden visuellen Programmierumgebung. Speziell auf den Sachunterricht der Jahrgangsstufen 2 – 4 ausgerichtet ist das LEGO Education Lernkonzept WeDo 2.0. Kennzeichnend ist die Erweiterung um Sensoren, so dass vielfältige Experimente durchgeführt werden können, was über die Turtlegrafik weit hinausgeht.

Auf den gleichen LEGO-Mindstorms-Systemen RCX, NXT und EV3 basiert die Roberta-Reihe. Das Material ist seit 2002 im Projekt Roberta – Mädchen erobern Roboter entstanden. Es gibt neben der Roberta-Box Lehr- und Lernmaterialien, Schulungen und ein europaweites Netzwerk. Programmiert wird im Browser mit der grafischen Programmierumgebung Open Roberta/NEPO.

Bausätze: In diese Kategorie fallen eine Reihe sehr unterschiedlicher Roboter, die vor Inbetriebnahme zunächst zusammen gebaut werden müssen (streng genommen gilt das natürlich auch für die LEGO-Mindstorm-Systeme). Das kann neben mechanischen Arbeiten manchmal auch elektronische Arbeiten (z.B. das Löten zum Bestücken von Platinen) erfordern. Viele richten sich deshalb eher an versierte Bastler. Zu nennen sind z.B. der AREXX ASURO-Miniroboter, der nicai systems NIBO burger, das fischertechnik ROBOTICS TXT Discovery Set, der FRANZIS Arduino Robot oder der Boe-Bot Roboter von Parallax (in BASIC programmierbar!). Alle sind nicht ganz billig.

Ich dachte zunächst, bei den auf dem Raspberry Pi basierenden Robotern falle die finanzielle Hürde weg. Dem ist – zumindest bei den kommerziell vertriebenen Produkten – aber nicht so (bei dem GoPiGo oder dem DiddyBorg). Bei reinen Bastelprojekten sieht es natürlich anders aus (wie z.B. den PiBot-A bzw. PiBot-B).

Weniger Bastelarbeit erfordern Bausätze, die nur einen mechanischen Aufbau erfordern. Da ist zuallererst die Baureihe von Makeblock zu nennen. Sie beginnt mit dem mBot, der mit Sensoren, Mikro, LEDs u.a. ausgestattet ist und mit dem Motto One Robot per Kid beworben wird. Flexibler sind der größere Ultimate Robot Kit-Blue und das mDrawbot Kit (mit dem gleich vier unterschiedliche Zeichenroboter gebaut werden können). Alle Makeblock-Produkte sind mit dem Scratch-Abkömmling mBlock programmierbar.

mirobotEine preisgünstigere Alternative ist der Mirobot. Den mag ich besonders,  weil er zeichnen kann und relativ leicht zusammen zu bauen ist (auch wenn die Zeichengenauigkeit für meine Zwecke nicht optimal ist). Programmierbar ist er mit Blockly, Javascript, Python oder Scratch – und für mich besonders wichtig: auch mit Snap!. (Photo: Ben Pirt)

Eine interessante Variante des Bausatz-Konzepts ist die Kombination von steckbaren Modulen, die die notwendigen Komponenten (Sensoren, Motoren usw.) in sich bergen und so sehr variable Roboterformen erlauben. Ein entsprechendes Produkt ist MOSS von Modular Robotics. Deren würfelförmige elektronische Bauteile können magnetisch gekoppelt werden. Stromversorgung und Datenfluss werden direkt durch die Kopplung erreicht. Die Programmierung wird durch eine angepasste Scratch-Variante ermöglicht. Dasselbe Prinzip verfolgt Tinkerbots, bei dem vergleichbare Module über Steckverbindungen kombiniert werden. Zusätzlich ausbaufähig sind diese Roboter mit LEGO-Bausteinen. Die Steuerung kann über Handbewegungen, mit Smartphone oder Tablet oder direkte Programmierung des Arduino-Mikrocontrollers erfolgen.

Bleibt die Kategorie der Komplettgeräte, die ohne Bastelei direkt in Betrieb genommen werden können. Eine Sonderstellung nimmt dabei der NAO Evolution ein, ein humanoider Roboter, der Laufen, Zuhören und Sprechen kann. Mit knapp 7.000 € liegt er allerdings außerhalb des hier besprochenen Rahmens.

Erschwinglicher (ab ca. 120,- €) ist der Thymio, der an der ETH Lausanne entwickelt wurde. Er besitzt etliche Sensoren, Aktoren und Steuerungselemente. Programmiert wird er mit Aseba (VPL ist eine grafische Variante dazu) oder Blockly. Er lässt sich in umfangreichere Konstruktionen einbauen, wie ein Pendel, einen Kran oder einen Laufroboter. Ein ähnliches Konzept verfolgt der Finch Roboter (ab 99.00 $), ebenfalls mit Sensoren und LEDs ausgerüstet. Ein Alleinstellungsmerkmal des Finch ist sicher die Unterstützung von mehr als einem Dutzend Entwicklungsumgebungen, darunter Scratch und Snap!, aber auch Java, Python und Processing. Finch kann auch mit dem Raspberry Pi gekoppelt werden, wobei sich mir die daraus erwachsenden Möglichkeiten noch nicht erschlossen haben.

Zwischen Spielzeug und Unterrichtswerkzeug anzusiedeln ist wohl der Ozobot (von der PH Schwyz gibt es dazu Projektideen). Das ist ein winziger (golfballgrosser) Roboter mit Sensoren, der farbigen Linien folgen kann. Ab der Version 2.0 lässt sich der Ozobot mit der visuellen Programmiersprache OzoBlockly steuern.

In die gleiche Richtung zielen Dash & Dot. Auch bei diesen kleinen Robotern (Dash mobil, Dot stationär) mit Sensoren, Mikro, Lautsprecher und LEDs steht der Spielaspekt im Vordergrund, der aber zum Programmieren mit verschiedenen Anwendungen, darunter Blockly, führen soll.

Abschließend möchte ich noch auf Produkte in der Pipeline hinweisen, d.h. solche, die sich noch in der Entwicklung bzw. in der Phase des Crowdfunding befinden.

Mit Robo Wunderkind hat ein weiteres Baustein-System über die Crowdfunding-Plattform kickstarter Marktreife erreicht. Auch hier werden die Komponenten (15 verschiedene Sensoren und Motoren) über ein Stecksystem zusammen gefügt. Programmiert wird über eine grafische Oberfläche. Das Konzept liegt damit allerdings ziemlich nahe an dem von Tinkerbot.

Vom Wyss Institut in Harvard wird Root entwickelt, ein Roboter, der sich horizontal und – dank Magneten – vertikal auf metallenen Whiteboards bewegen kann. Er kann nicht nur zeichnen, sondern seine Spuren auch wieder löschen. Er ist ausgestattet mit Sensoren, Farbscanner, Licht- und Tonausgabe sowie einem Erweiterungsanschluss für Hardware-Ergänzungen. Programmiert wird mit Square, sowohl mit Grafikblöcken oder mit herkömmlicher textueller Programmierung. Das Konzept klingt interessant, das Produkt gehört aber nicht zu den billigen Varianten (er soll ca. 200,- $ kosten, Vertriebspartner werden noch gesucht).

Schwer einordnen kann ich die Poppy-Plattform, die Open-Spource Werkzeuge für die Entwicklung von Robotern bereit stellt. Gedacht ist sie für Forscher, Künstler und eben auch Lehrer, d.h. unterrichtliche Anwendungen. Der Poppy Humanoid (ähnelt dem o.g. NAO) scheidet da aus Kostengründen (ca. 9.000 €) wohl aus, ebenso der Poppy Torso (ca. 5.000 €). Noch in Entwicklung befindet sich der Poppy Ergo Jr, ein Roboterarm mit sechs Freiheitsgraden, der ca, 300,- € kosten wird. Alle Poppy-Varianten werden wird mit der Python-Variante Pypot programmiert; mit Poppy-spezifischen Blocks geht die Steuerung auch mit Snap!

antboAus dem bisherigen Rahmen fällt Antbo, ein Insektenroboter, dessen Crowdfunding noch bei Indiego läuft. Der Selbstbausatz soll sprachlich oder über eine Antbo App auf dem Smartphone steuerbar oder mit WhenDo bzw. Scratch grafisch programmierbar sein. Mit seinen Erweiterungsmöglichkeiten und seiner Lernfähigkeit dank 30 „Neuronen“ ist der Antbo sicher ein Roboter der etwas anderen Art und mit geplanten 70 $ Verkaufspreis sogar erschwinglich. (Photo: DFRobot | YouTube)

Fazit: Bleibt am Ende die Qual der Wahl zwischen den vielen Alternativen. Entscheidend ist der geplante Kontext, sei es im Unterricht oder bei privaten Anwendungen. Für welche Altersgruppe? Wie flexibel muss der Roboter sein? Werden Sensoren gebraucht? Soll er Zeichnen können? Wie ist er programmierbar? Natürlich kann auch der Preis zum Ausschlusskriterium werden. Bei den Bausätzen ist immer der entsprechende Mehraufwand bis zur Inbetriebnahme einzurechnen – und auch ein wenig Geschick bei Aufbau, Test und Kalibrierung.

Vermutlich ist meine Zusammenstellung unvollständig. Für Hinweise auf weitere Produkte bin ich deshalb dankbar.

5 Gedanken zu „Roboter für Alle!

  1. Lieber Herr Wedekind,

    vielen Dank für den guten und umfangreichen Beitrag „Roboter für Alle!“.

    Gestatten Sie mir, als Leiter der Roberta-Initiative noch folgende Anmerkungen. Das Roberta-Konzept ist prinzipiell nicht auf einen spezielles Roboter-System ausgelegt. In den Roberta-Bänden (vor allem in den ersten Ausgaben) finden sich deshalb auch Beispiele für fischertechnik – wenn auch wirklich nur sehr wenige. Mit Open Roberta möchten wir dies nun grundlegend ändern. Die Programmierumgebung Open Roberta Lab https://lab.open-roberta.org ist deshalb so konzipiert, dass damit viele unterschiedliche Hardware-Systeme programmiert werden können. Die dem zugrundeliegende Programmiersprache nennen wir NEPO (auf blockly basierend und an scratch angelehnt). NEPO ist eine Meta-Programmiersprache, die wir für das jeweilige Roboter/Hardware-System kompilieren. Geplant ist bis Ende dieses Jahres mind. 3 weitere Systeme in unser Lab zu „integrieren“. Und für alle die noch keinen Roboter haben gibt es Open Roberta Sim. Eine 2D-Simulation eines differential getriebenen Roboters, der mit Standardsensoren (Farb, Druck, Ultraschall) ausgestattet ist.

    Es würde mich freuen, wenn Sie einen direkten Link auf Open Roberta im Artikel setzen könnten.

    Zudem könnte evtl. folgender Link Ihren Artikel noch ergänzen: https://educational-robots.zeef.com/roberta.roboter0?shareDialog

    Herzliche Grüße,
    Thorsten Leimbach

    • Vielen Dank für die Präzisierungen. Link ist ergänzt. Die Seite zu Educational Robots hätte ich früher kennen müssen 😉

      Als begeisterter Snap!-Anwender muss ich natürlich nachfragen, ob es evtl. zu den „mind. 3 weitere Systeme“ gehören wird?

      Herzliche Grüße, Joachim Wedekind

  2. Sehr geehrter Herr Wedekind,

    die Stadtbibliothek Mannheim erwägt den Kauf des Thymio für medienpädagogische Angebote.
    Nun habe wir die merkwürdige Situation, dass wir mit I-Pads arbeiten aber über keine weitere Apple-Umgebung verfügen. Nun sind wir sehr unsicher, ob wir denThymio somit nutzen können.
    Bei dem Versuch eine Lösung für diese Fragen zu finden, bin ich auf Ihre Seite gestoßen. Können Sie uns weiterhelfen? Gerne auch telefonisch: 0621 / 293 8911.
    Herzlichen Dank im Voraus und
    viele Grüße
    Andrea Pörner

    • Liebe Frau Pörner,
      laut Angaben auf der Website gibt es die Steuerungssofrware nur für Android (neben Windows und Mac OS), nicht aber für iOS. Aber am Besten bei Entwicklern nachfragen, weil da wohl weiter entwickelt wird. Francesco Mondada: francesco.mondada@epfl.ch
      MfG, JW

      • Ganz herzlichen Dank für die schnelle Antwort.
        Da ich von dem Thymio, auf Grund der Beschreibungen, ziemlich überzeugt bin, werd ich in der Schweiz nachfragen.
        Viele Grüße

        Andrea Pörner

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