
Bild â roboconstructor.ru
Eine bekannte Parabel besagt, dass, als eine junge Mutter mit ihrem Kind in den Armen zu einem Weisen kam und fragte, ab wann sie mit der Erziehung ihres Sprösslings beginnen solle, der Weise antwortete, dass sie zu spĂ€t sei, umso mehr Jahre, wie das Kind bereits alt sei. Die Situation mit der Wahl des zukĂŒnftigen Berufs ist Ă€hnlich. Es ist schwierig, von einem Kleinkind das Bewusstsein fĂŒr seine Neigungen und Interessen zu verlangen, aber bereits in der Mittelstufe beginnen diverse Spezialisierungen, und bis dahin wĂ€re es gut zu wissen, in welche Richtung das heranwachsende Kind gehen sollte. Aber eines wissen wir fast mit Sicherheit â in den nĂ€chsten Jahrzehnten werden 30 bis 80 % der Berufe vollstĂ€ndig automatisiert sein.
Robotik, Kybernetik, das VerstĂ€ndnis von Algorithmen â das ist die FĂ€higkeit, mit der es einem Menschen wahrscheinlich nicht droht, in eine ungewisse Zukunft zu geraten. Sicherlich wird parallel zur Ablösung der ArbeitskrĂ€fte durch Roboter auch das Konzept des bedingungslosen Grundeinkommens entwickelt werden, aber wahrscheinlich möchten Sie fĂŒr Ihr Kind ein solches Zukunftsszenario nicht.
Es gibt viele Möglichkeiten, um der jungen und interessierten Zielgruppe die Grundlagen der Programmierung und Robotik schnell zu vermitteln. All diese Methoden sind kostengĂŒnstig, relativ einfach zu erlernen und vermitteln bereits nach wenigen Stunden ein VerstĂ€ndnis der Grundlagen von Algorithmen und Konzepten kybernetischer GerĂ€te. In UnterrichtsrĂ€umen kann man jedoch auch auf die Nachteile dieser Plattformen stoĂen â die begrenzte VerschleiĂfestigkeit (und um die Wahrheit zu sagen, auch die âidiotensichereâ QualitĂ€t) von Prototypen-Platinen, sowie die nicht besonders kindgerechten Software-OberflĂ€chen fĂŒr Kinder im Alter von 11-12 Jahren, die den Spielelement-Charakter nur in begrenztem MaĂe bieten.
Mit all diesen MĂ€ngeln kĂ€mpft die bekannteste Firma fĂŒr Bildungssysteme, LEGO Education, seit ĂŒber zwanzig Jahren. Gemeint ist natĂŒrlich die Plattform MINDSTORMS Education EV3. Vom ursprĂŒnglichen Mindstorms RCX aus den frĂŒhen 90er Jahren bis zu dem modernsten System MINDSTORMS Education EV3 bleibt das Grundprinzip der Plattform unverĂ€ndert. Im Kern steht der âintelligente Steinâ (âintelligent brickâ), ein Mikrocomputer mit Bildschirm und Ein-/AusgĂ€ngen, an den alle anderen Komponenten angeschlossen werden. Wie in jedem Robotersystem sind die PeripheriegerĂ€te in Sensoren und Aktoren unterteilt. Mit Hilfe von Sensoren nimmt der Roboter seine Umgebung wahr, und durch Aktoren reagiert er gemÀà dem programmierten Ablauf. Die Komponenten der Plattform werden einfach ĂŒber nicht lötbare Kabel verbunden, und die mechanischen Konstruktionen sind lediglich durch die Festigkeit der Plastikteile und die Fantasie der Konstrukteure begrenzt.
haben wir die Möglichkeiten solcher Lösungen im Allgemeinen betrachtet, möchten jetzt jedoch detaillierter auf LEGO MINDSTORMS Education EV3 eingehen.
EV3
LEGO MINDSTORMS Education EV3 ist mit Lego Technic-Teilen kompatibel. Das bedeutet, dass die Plattform fĂŒr die Erstellung der unterschiedlichsten und sogar unglaublichen Konstruktionen genutzt werden kann, von einfachen âFahrzeugenâ und âRoboterhĂ€ndenâ bis hin zu komplexen FörderbĂ€ndern oder sogar âLösungenâ fĂŒr den Rubik-WĂŒrfel. TatsĂ€chlich kann jedes Lego Technic-Set zur Quelle von Teilen fĂŒr Projekte werden, und auch der Austausch beschĂ€digter Ersatzteile bereitet keine Probleme. Ja, sie sehen nicht so robust aus wie der alte sowjetische Aluminium-Baukasten, erweisen sich aber in der Praxis sogar als stabiler als Metallprodukte. Zumindest in meiner Sammlung, die 1993 begann, gibt es bisher kein einziges kaputtes Teil.

Im Lieferumfang des Basisbildungskits MINDSTORMS Education EV3 sind 541 Lego Technic-Teile enthalten. Man kann zusĂ€tzlich entweder ein spezielles Ressourcenset wie oder das Ă€ltere 9648, das noch fĂŒr NXT produziert wurde, kaufen, ebenso wie einfach ein groĂes Baukastenset wie (2800 Teile) oder (fast 4000 Teile), und nach ausgiebigem Spielen mit dem Hauptmodell die Teile fĂŒr kybernetische Experimente verwenden. Im VerhĂ€ltnis zu einem einzelnen Lego-Teil hat dieses Set erheblich Vorteile gegenĂŒber anderen Sets â man zahlt nur 3-5 Rubel pro StĂŒck.

Wenn jemand eine alte Kollektion mit Zehntausenden von Teilen hat, muss man sich um Ressourcen wirklich keine Sorgen machen.

Screenshot aus dem Dienst Brickset (eine interaktive Datenbank fĂŒr Besitzer von Lego-BausĂ€tzen, die verschiedene Statistiken sammelt) von dem Autor
Dies betrifft jedoch nur "passive" Elemente wie Balken, RĂ€der oder Verbindungsstifte. Sensoren und Aktoren sind natĂŒrlich deutlich teurer, aber im Basis-Kit sind sie mehr als ausreichend. Mindstorms EV3 wird mit drei Motoren (zwei gröĂere und leistungsstĂ€rkere und einem kompakten Servomotor), einer Reihe von BerĂŒhrungssensoren (eine Art "intelligente" Tasten), sowie einem Ultraschall-, Gyroskop- und Farbsensor (dieser kann auch im Beleuchtungssensor-Modus arbeiten) geliefert. AuĂerdem bleibt die KompatibilitĂ€t zu den Sensoren der vorherigen Generation von Lego Education â Mindstorms NXT (auch ein GerĂ€uschsensor gehört dazu) erhalten.

Kommen wir zurĂŒck zum "intelligenten Ziegelstein", dem Herzen des Systems. Dies ist tatsĂ€chlich ein ziemlich schwerer und voluminöser "Ziegel", ausgestattet mit einem monochromen LCD-Bildschirm 178x128 (auf dem nicht nur das MenĂŒ, sondern auch verschiedene benutzerdefinierte Bilder wĂ€hrend des Betriebs angezeigt werden) mit einstellbarer Hintergrundbeleuchtung. Sensoren und Aktoren (bis zu vier GerĂ€te jedes Typs) werden ĂŒber Standardkabel mit RJ-12-Anschluss angeschlossen; es gibt einen Slot fĂŒr microSDHC und einen USB-Port.

Letzteren kann man sowohl fĂŒr das Hochladen eigener Programme als auch fĂŒr die Aktualisierung der Firmware verwenden. Der Mikrocontroller ist jedoch auch mit drahtlosen Schnittstellen ausgestattet. Programme können bei Bedarf ĂŒber Wi-Fi (es wird ein externes Modul benötigt) oder Bluetooth (ist eingebaut) hochgeladen werden. AuĂerdem kann man, wenn wir einen Roboter mit Fernbedienung zusammenbauen, ihn mithilfe einer drahtlosen Verbindung mit einem Smartphone oder Tablet steuern.
Im Inneren des âintelligenten Ziegelsâ arbeitet ein 300-Megahertz ARM-Prozessor, 16 Megabyte Flash-Speicher (und dafĂŒr ist die Karte nĂŒtzlich) sowie 64 Megabyte RAM. So bescheiden diese Zahlen auf den ersten Blick erscheinen mögen, um selbst die komplexesten Algorithmen auszufĂŒhren, die Sie oder noch mehr ein Kind im Lernprozess schreiben könnte, reicht die Leistung mehr als aus. Vergleicht man dies mit dem 48-Megahertz-Prozessor der vorherigen NXT-Generation, die vor kurzem zehn Jahre alt wurde, ist der Fortschritt durchaus bemerkenswert. Allerdings kann man nicht sagen, dass das NXT bei der Lösung typischer Aufgaben spĂŒrbar langsamer wĂ€re.
AuĂerdem gibt es jetzt einen vierten Anschluss fĂŒr Motoren, der bereits eine erhebliche Erweiterung der Funktionen darstellt und das Upgrade rechtfertigt.
Der USB-Anschluss unterstĂŒtzt jetzt den Host-Modus, sodass nicht nur ein WLAN-Adapter angeschlossen werden kann, sondern auch mehrere EV3-Module zu einem komplexen Roboter verbunden werden können. Allerdings wird auch das Niveau der Aufgaben dadurch völlig ânicht kinderleichtâ.
SchlieĂlich hat MINDSTORMS Education EV3 UnterstĂŒtzung fĂŒr batteriebetriebene Energieversorgung erhalten. Anstelle von sechs AA-Batterien kann der mitgelieferte Lithium-Ionen-Akku mit zwei Ampere-Stunden installiert werden. NatĂŒrlich steht es jedem frei, mit AA-Akkus vom Typ eneloop zu arbeiten, aber die Notwendigkeit, diese zum Laden herauszunehmen, macht die Benutzerfreundlichkeit unterdurchschnittlich. AuĂerdem ist der Preis fĂŒr ein paar eneloop-Sets mit LadegerĂ€t durchaus mit dem originalen Akku vergleichbar.

Ach ja, es gibt einen groĂen und lauten Lautsprecher, der jetzt nicht nur Retro-Melodien aus der 8-Bit-Ăra abspielen kann, sondern auch angenehmere KlĂ€nge wiedergeben kann.
Jetzt schauen wir uns die Aktoren aus dem Basisset an. Zwei davon sind leistungsstarke Motoren, Àhnlich denen, die bereits im NXT verwendet wurden, lÀngliche GerÀte, die durch ein internes Untersetzungsgetriebe ein erhebliches Drehmoment entwickeln.

FĂŒr den Fall, dass der Motor blockiert, gibt es eine mechanische Kupplung, die zu rutschen beginnt, wenn die Reibung ĂŒber dem berechneten Wert liegt, sodass der Motor recht schwer zu ĂŒberhitzen ist.
Es gibt einen Drehwinkelsensor mit einer Auflösung von einem Grad (der Motor informiert den Controller, um welchen Winkel seine Achse derzeit gedreht ist) sowie die Möglichkeit, die Drehung aller angeschlossenen Motoren prÀzise zu synchronisieren.

Der dritte, sogenannte M-Servomotor (ein Motor mittlerer GröĂe) erzeugt dreimal weniger Drehmoment, dafĂŒr ist seine Drehgeschwindigkeit fast doppelt so hoch.

Was die Sensoren betrifft, so ist es in der Tat nicht unbedingt notwendig, sich auf die von LEGO Education angebotenen zu beschrĂ€nken (obwohl diese fĂŒr jedes Bildungsprojekt mehr als ausreichend sind); mehrere Drittanbieter stellen kompatible und manchmal sehr exotische Sensoren her. Der Quellcode der Firmware und die technischen Spezifikationen sind vollstĂ€ndig .
Software
Wir haben viel ĂŒber die Hardware-Basis gesprochen, aber tatsĂ€chlich definiert nicht nur diese die EffektivitĂ€t des Robotikunterrichts. Vielmehr ist es das Vorhandensein wirklich intuitiver Software auf mehreren Plattformen (Mac, PC, mobile GerĂ€te) und die LEGO MINDSTORMS Education EV3 zur bevorzugten Plattform fĂŒr die Ausbildung macht, insbesondere an der Schwelle zur Grund- und Mittelschule fĂŒr etwa zehnjĂ€hrige Kinder.

Der BegrĂŒĂungsbildschirm der App auf dem iPad
Die Visualisierung von Algorithmen in der nativen Software LEGO MINDSTORMS Education EV3 ist einfach von höchster QualitĂ€t â man kann die grundlegenden Arten des Zusammenwirkens logischer Blöcke (Ăbergangsbedingungen, Schleifen usw.) in nur wenigen Minuten erfassen und die KomplexitĂ€t der Programme im Laufe der Zeit schrittweise erhöhen. NatĂŒrlich gibt es auch fertige Lernprojekte fĂŒr Dutzende verschiedener Robotermodelle, und wenn man möchte, kann man in Internetgemeinschaften Tausende interessanter Programme finden.

Beispielprogramm in der App fĂŒr iPad
Fortgeschrittene Benutzer können LabVIEW oder RobotC installieren â das "Gehirn" von LEGO MINDSTORMS Education EV3 ist vollstĂ€ndig mit diesen Paketen kompatibel. Leider kann man alte Projekte fĂŒr NXT nicht ohne zusĂ€tzliche Konvertierung exportieren.
Aus bildungstechnischer Sicht ist die . Diese ermöglicht es, elektronische NotizbĂŒcher der SchĂŒler zu fĂŒhren, durch die der Lehrer aus seiner Version der App die Erfolge eines bestimmten SchĂŒlers bewerten und seinen Fortschritt beobachten kann. AuĂerdem kann man nicht nur die im System vorhandenen Lehrmaterialien (von denen es viele gibt) verwenden, sondern mit dem integrierten Inhaltseditor auch eigene Materialien erstellen.

Schulungsvideos zur Nutzung des Inhaltseditors EV3
AuĂerdem gibt es in der Desktop-Version ein Datenregistrierungstool, mit dem Sie die Bereiche des Diagramms je nach Schwellenwerten programmieren können. Das heiĂt, der Lehrer kann jetzt problemlos moderne Technologien im Rahmen des Smart Home demonstrieren, zum Beispiel.
Der Mikrocomputer EV3 wird Daten von Sensoren in Echtzeit sammeln und je nach Temperaturumgebung ein bestimmtes Programm des Modells starten. Bei hoher Temperatur wird der Ventilator aktiviert, bei niedriger der HeizlĂŒfter. SchĂŒler können die Daten aufzeichnen und analysieren und das Modell weiterentwickeln.

Datenprotokollierung
Die Offenheit der Firmware des 'intelligenten Bausteins' hat bereits eine Rolle gespielt: Es gibt alternative Optionen mit UnterstĂŒtzung fĂŒr die meisten gĂ€ngigen Programmiersprachen (Dutzende davon). Im Grunde kann die Verwendung von EV3 in jedes Bildungsprojekt integriert werden, das mit Programmierung zu tun hat, da wenig so erfreulich ist wie die Möglichkeit, die Funktionsweise eigener Algorithmen 'in Hardware' zu sehen.
Viele erwarten, dass der Preis in dieser Angelegenheit ein Stolperstein sein könnte. TatsĂ€chlich muss man fĂŒr das Basispaket 29.900 Rubel zahlen, plus weitere 2.500 fĂŒr das LadegerĂ€t. In diesem Betrag sind jedoch die Teile und die Elektronik fĂŒr den komfortablen Betrieb von zwei SchĂŒlern sowie die vollstĂ€ndige Basissoftware mit 48 vorbereiteten Lektionen enthalten (die seit Januar 2016 vollstĂ€ndig kostenlos ist, sowohl fĂŒr Privatpersonen als auch fĂŒr Organisationen). NatĂŒrlich können zusĂ€tzliches Equipment und Aufgabensets die Kosten erhöhen, aber im vertretbaren Rahmen. So kostet das Set fĂŒr 8 SchĂŒler, das Basis- und Ressourcensets LME EV3, LadegerĂ€te, Software und , insgesamt 174.900. Völlig akzeptabel fĂŒr die Ausstattung eines Schulclubs zum Beispiel.
Ja, das ist deutlich teurer als einfache Arduino-Ă€hnliche Plattformen. Aber die Möglichkeiten sowie das Engagement sind deutlich höher. Das Lehrprogramm auf Basis von EV3 kann fĂŒr die gesamte Mittel- und Oberstufe problemlos geplant werden. Zudem wird das LEGO MINDSTORMS Education EV3 bei angemessener Nutzung einfach mehrere einfache Sets ĂŒberstehen, aufgrund der mechanischen QualitĂ€t, der einfachen AustauschgĂ€ngigkeit und der VerfĂŒgbarkeit von Teilen (in meiner Praxis war nur eines von zehn RJ-12-Kabeln im zehnjĂ€hrigen NXT austauschbedĂŒrftig).
Am Ende sehen wir praktisch ein Open-Source-Projekt, das von einem riesigen Unternehmen unterstĂŒtzt wird und alle in einer solchen Situation ĂŒblichen Vorteile bietet â eine lange Lebensdauer, VerfĂŒgbarkeit von Ersatzteilen und Erweiterungen, offizielle und inoffizielle Anleitungen sowie eine aktive Gemeinschaft. Mindstorms ist praktisch zum Standard in westlichen Bildungseinrichtungen fĂŒr Robotik fĂŒr Kinder geworden, und es wĂ€re wirklich groĂartig, eine breite Verbreitung auch in Russland zu sehen.
Wahl des Weges
Kommen wir nun zum Hauptthema. Im Gegensatz zu den WeDo 2.0-Sets richtet sich EV3 an die weiterfĂŒhrende Schule, also an Ă€ltere Kinder, fĂŒr die die Frage der Berufswahl bereits ernsthafter wird.
Mit EV3 wird jeder SchĂŒler in der Lage sein, die FĂ€higkeiten aktiver zu entfalten, die ihm von der Natur, der Erziehung und dem Lernprozess mitgegeben wurden.
Ein geborener Mathematiker wird die Telemetrie der Sensoren aufmerksam verfolgen, wie genau die vom Roboter zurĂŒckgelegte Strecke erfasst wird, wie der Winkel festgehalten wird, um den er sich neigt, und weiteres.
Ein zukĂŒnftiger IT-Spezialist wird selbstverstĂ€ndlich ins Programmieren des Roboters eintauchen und die Algorithmen analysieren, nach denen er sich bewegt. Und er wird auf jeden Fall eigene, nicht in der Standardanleitung vorgesehene erstellen.
Ein von Physik begeistertes Kind wird mit Hilfe des Roboters anschauliche Experimente durchfĂŒhren können, da es an Sensoren in den Sets nicht mangelt, ebenso wenig wie an der Fantasie des Kindes.
Im Allgemeinen, welche Interessen und LieblingsfÀcher ein Kind auch hat, das Lernen mit den MINDSTORMS EV3-Sets ermöglicht es, diese klarer zu definieren und sich in Zukunft auf deren Entwicklung zu konzentrieren.
Im Leben
Aktuell werden die Lösungen des Unternehmens bereits von SchĂŒlern genutzt, um interessante Projekte zu erstellen, sowohl im Rahmen verschiedener Wettbewerbe als auch zur allgemeinen Entwicklung. Ăber einige dieser Projekte wurde in diesem Jahr in den Medien berichtet.
Die Astrakhanschen SchĂŒler Ruslan Kasimov und Michail Gladychev haben in Zusammenarbeit mit dem regionalen Technologiepark einen Roboter-Trainer zur Rehabilitation der Handgelenke entwickelt.

foto â rg.ru
Die AchtklĂ€ssler haben fast zwei Monate mit der Entwicklung des Simulators verbracht. Sie prĂ€sentierten ihr Projekt auf der regionalen Etappe des IX. Allrussischen Wettbewerbs fĂŒr Wissenschafts- und Innovationsprojekte im SĂŒdlichen Föderalen Bezirk, wo sie den zweiten Platz belegten. In Zukunft planen sie, ein industrielles Muster zu erstellen â derzeit bieten die Entwickler nur einen Prototyp an, der aus dem Bildungsspielzeug-Kit LEGO MINDSTORMS Education EV3 gefertigt ist.
Das GerĂ€t dupliziert die Bewegungen, die der Arzt ausfĂŒhrt â die Gelenke beginnen zu funktionieren, wodurch die Beweglichkeit nicht nur ihrer selbst, sondern auch von Muskelgruppen wiederhergestellt wird. Momentan sind die GerĂ€te ĂŒber Bluetooth verbunden, in der Zukunft werden sie ĂŒber das Internet oder WLAN kommunizieren.
Ăhnliche GerĂ€te sind auf dem Markt erhĂ€ltlich, jedoch kann das Astrakhan-GerĂ€t gleichzeitig mit Schulter-, Handgelenks- und Ellbogengelenken arbeiten. DarĂŒber hinaus ist es tragbar und lĂ€uft mit einem Akku. Es gibt auch die Möglichkeit der Fernsteuerung, sodass der Patient Zuhause trainieren kann.
Beim Weltwettbewerb fĂŒr Robotik 2015 (WRO 2015) wurde das russische Team DRL aus Sankt Petersburg mit einem Sonderpreis fĂŒr KreativitĂ€t von der Firma LEGO Education ausgezeichnet (LEGO EDUCATION CREATIVITY AWARD).
Das Russische Team DRL stellte das Projekt CaveBot vor. Die Jungs aus Sankt Petersburg unter der Leitung des Trainers Sergey Filippov schufen einen einzigartigen Forschungsroboter zur Entdeckung unerforschter Gebiete in Höhlen. Die Entwicklung berĂŒhrt verschiedene wissenschaftliche Bereiche, da der einzigartige Roboter die DurchfĂŒhrung von Aufgaben unterschiedlicher KomplexitĂ€t ermöglicht.
Das Team baute einen Kletterroboter, der mit verschiedenen Sensoren ausgestattet ist, um Objekte zu entdecken, die spÀter untersucht werden sollen. Die gesammelten Daten können auf dem Computer in 3D-Modelle umgewandelt werden.

Und der 13-jĂ€hrige Shubham Banerjee schuf in Braille aus LEGO-Teilen im Rahmen eines schulischen Forschungsprojekts. SpĂ€ter, mit UnterstĂŒtzung seiner Familie, wurde ein Startup zur Vermarktung seiner Erfindung gegrĂŒndet, das finanzielle UnterstĂŒtzung von der technischen Firma Intel erhielt.

(Foto: Marcio Jose Sanchez, AP)
Die Idee, einen Drucker zu erstellen, kam Shubham nach einer Recherche ĂŒber Braille im Internet. Als ihm klar wurde, dass Drucker fĂŒr die blindengerechte Beschriftung ab 2.000 $ und mehr kosten, beschloss der SchĂŒler, eine gĂŒnstigere Version herzustellen.
Kurz nach der Erfindung begannen blinde Kinder und ihre Eltern, sich an Shubham zu wenden, mit der einzigen Bitte, einen erschwinglichen Braille-Drucker herzustellen, versprechend, "ihn direkt vom Regal zu kaufen".
Wie Sie sehen, ermöglicht die Verwendung von MINDSTORMS Education EV3 im Bildungsprozess den SchĂŒlern, ihre Fantasie maximal auszuleben, indem sie immer neue Mechanismen schaffen, die nicht nur helfen, Ideen zu verwirklichen oder anschauliche Experimente durchzufĂŒhren, sondern auch ermöglichen, sich ĂŒber ihre zukĂŒnftige Berufung Gedanken zu machen.
Wenn Sie Fragen zur Verwendung dieser Lösungen im Bildungsprozess (oder zu den Produkten selbst) haben, schreiben Sie diese in die Kommentare.
Quelle: habr.com
