Ladybug Robot: Lernroboter mit Zahnbürstenantrieb
Was braucht man, um einen Roboter zu konstruieren? Nicht viel: zwei Zahnbürsten, zwei Vibrationsmotoren, vier Sensoren, eine kleine Platine sowie einige weitere elektronische Bauteile. Jetzt noch ein rotes Gehäuse darauf – fertig ist der Roboter in Gestalt eines Marienkäfers.
Roboter für den Schulunterricht
Entwickelt wurde der Ladybug Robot(öffnet im neuen Fenster) von Hitoshi Sato. Der japanische Robotiker ist Gründer und Chef des Unternehmens JS Robotics(öffnet im neuen Fenster) . Sato stellt seinen für den Schulunterricht konzipierten Roboter auf der Internationalen Funkausstellung in Berlin am Gemeinschaftsstand der japanischen Stadt Tsukuba (Halle 11.1, Stand 3) vor.
Der Roboter wird mit Hilfe der beiden Zahnbürsten angetrieben. Sie sind an einem Metallwinkel befestigt, an dem auch ein Vibrationsmotor sitzt – vergleichbar denen, die die Mobiltelefone in Vibration versetzen. Die Vibrationen setzen sich auf die Borsten fort und bewegen so den Roboter. Werden beide Seiten gleichzeitig aktiviert, macht der Roboter eine Satz nach vorn, pausiert und macht den nächsten Satz. Vibrieren die Motoren abwechselnd, kriecht der Roboter vorwärts.
Arduino-kompatibles Board
Herzstück des Roboters ist ein kleines, Arduino-kompatibles Board, das allerdings keinen USB-Anschluss hat. Den braucht der Ladybug Robot auch nicht. Er werde mit Hilfe von vier optischen Sensoren und einem bedruckten Papier programmiert, erklärt Erfinder Sato im Gespräch mit Golem.de.
Die Programmierkarte ist bedruckt mit einer Matrix aus Kästchen, die in vier Reihen angeordnet sind. Der Roboter ist ein 6-Bit-System. Das bedeutet, je zwei Reihen à drei Kästchen enthalten einen Befehl. Die rechte Reihe ist gegenüber den anderen versetzt und besteht abwechselnd aus weißen und schwarzen Kästchen. Um den Roboter zu programmieren, male der Nutzer die Kästchen schwarz an oder lasse sie weiß, sagt Sato.
6 Bit
Eine Dreierreihe gibt die Art der Aktion an, die der Roboter durchführen soll: Drei weiße Kästchen – sprich: drei Nullen – stehen für Warten. Weiß-weiß-schwarz sind Kommandos, die den Motor ansteuern, also die Bewegung des Roboters regeln, weiß-schwarz-weiß hingegen lässt den Roboter Musik machen. Insgesamt gibt es acht solcher Bereiche. Die zweite Reihe des Sechserblocks enthält dann den konkreten Befehl.
Kommandos in Schwarz-Weiß
Sato nimmt einen Stift und malt: weiß-schwarz-weiß für das Abspielen von Tönen, dann zwei weiße Kästchen und rechts ein schwarzes. Das bedeutet, der Roboter wird ein C (do) spielen. Der nächste Sechserblock: drei weiße Kästchen – warten. Wie lange? Schwarz – weiß – schwarz: eine Sekunde. Dann weiß-schwarz-weiß, weiß-schwarz-weiß: ein D (re). Noch ein Wartebefehl, noch ein Ton: weiß-schwarz-schwarz, ein E (mi). Das kurze Programm zum Tonabspielen ist fertig.
Sensoren lesen Befehle
Die Hilfe der optischen Sensoren werde es in den Roboter übertragen, erklärt Sato. Diese erkennen Schwarz und Weiß. Sato nimmt den Roboter und zieht ihn langsam über den Programmcode. Der besteht jedoch nur aus drei Kästchen nebeneinander. Die vierte Reihe, sagt Sato, besteht aus Speicherbefehlen. Deshalb ist sie auch versetzt: Der Roboter liest einen Befehl, speichert ihn, liest den nächsten Befehl, speichert und so weiter. Wer wolle, könne ein recht langes Programm schreiben. Das Repertoire umfasst 64 Kommandos. Aneinandergereiht ergeben sie einen 1,20 Meter langen Programmcode. Der könne auch beliebig zerschnitten und neu zusammengeklebt werden.
Sato hat auch eine vorgedruckte Programmkarte mitgebracht: eine Spirale aus schwarzen Formen mit weißen Zwischenräumen – eine Kette aus Bewegungs- und Tonabspielkommandos. Er setzt mehrere Ladybug Robots darauf, die anfangen, unter wildem Gefiepe den Parcours von innen nach außen abzulaufen. "Tanzende Marienkäfer" , sagt Sato.
Anschaulich
Die Roboter sind gedacht als Unterrichtsmaterial, vor allem für Länder, in denen die Schulen kein Geld haben, um Computer anzuschaffen. Mit den Ladybug Robots könnten die Schüler lernen, wie ein Computer funktioniert, ohne dass sie einen zur Hand haben. Es sei einfach anschaulicher, eine Programmkarte zu bemalen, den Roboter darüberzuziehen und ihm dann dabei zuzuschauen, wie er die Befehle ausführe, als einfach nur ein Flussdiagramm zu betrachten, erzählt Sato.
In seiner Heimat Japan werden die Marienkäferroboter bereits im Unterricht eingesetzt. Derzeit sucht Sato nach Partnern, um die Roboter auch in anderen Ländern anbieten zu können. Werden sie in großer Zahl gefertigt, sollten sie um die 35 Euro pro Stück kosten, schätzt der Entwickler.
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