Tinkerbots: Roboter für kleine und große Kinder
Die Indiegogo-Kampagne der Tinkerbots hat einen kleinen Medienrummel ausgelöst. Wir wollten deshalb wissen, ob der Roboterbaukasten unter der Haube tatsächlich etwas zu bieten hat oder die Geräte nur Tamagotchis mit eingebautem Motor sind. Wir wollten mehr über die Probleme und Herausforderungen bei der Entwicklung von elektronischem Spielzeug erfahren. Deshalb haben wir Kinematics besucht. Die Firma entwickelt die Tinkerbots und hat uns mehr über Technik und Entwicklung des Roboterbaukastens erzählt.
Das Tinkerbots-Baukastensystem besteht aus einer Reihe von zusammensteckbaren Würfeln mit verschiedenen Bewegungsfunktionen , mit denen Kinder verschiedene Roboter und Fahrzeuge bauen, steuern und sogar programmieren können. Ergänzt werden diese Würfel durch weitere, kleinere Bauteile, um den Robotern ein "realistischeres" Äußeres zu geben. Auch Lego-Bauteile können so verwendet werden.
Was uns auffällt: Es gibt viele steuerbare bewegliche Teile, wie zum Beispiel einen Würfel mit einem Elektromotor, Gelenkelemente, sogar einen Greifer. Aber wir sehen kaum Sensoren oder LED- beziehungsweise Display-Elemente, wie sie bei Elektronikkits üblich sind. Leonhard Oschütz, der kreative Leiter von Kinematics, erklärt warum: "Kinder lieben Dinge, die sich bewegen."
Oschütz zeigt uns seine ersten Prototypen, die er 2009 im Rahmen eines Universitätsprojektes gebaut hat. Schon damals dominierte eine Vielzahl von beweglichen Bauteilen. "Leider lassen sich nicht alle tatsächlich in Serie produzieren" , sagt Oschütz.
Cubelets vs. Tinkerbots
Bereits früh, als Kinematics begann, die Firma aufzubauen, gab es auch den ersten Schock: Mit den Cubelets(öffnet im neuen Fenster) erschien ein direktes Konkurrenzprodukt mit dem gleichen Konzept . Doch das focht die Macher nicht an, es spornte sie an. Christian Guder, technischer Leiter von Kinematics, sagt: " Die Cubelets haben einige Schwächen, manche Dinge haben wir besser gelöst oder wollen sie besser lösen." Eine dieser Schwächen demonstriert er uns. Guder setzt drei Cubelets zusammen, hebt den entstandenen Riegel an einer Seite in die Luft – und er fällt sofort auseinander: Die magnetischen Verbindungen sind für das Gewicht der Cubelets zu schwach.
Die ersten Prototypen der Tinkerbots seien in Größe und Technik schon nah an den heutigen Entwürfen für die Serienmodelle gewesen. Der erste Entwurf basierte auf Arduino-Technik und nutzte ein 4-cm-Raster für die Würfel. Kompatibel zur Arduino-IDE ist Tinkerbots noch immer, und auch das Größenmaß blieb gleich, "weil es eine handliche Größe für Kinder ist" .
Den Microcontroller kennen wir schon
Der Controller-Würfel, genannt Powerbrain, beherbergt einen Atmel Atmega 256, mit den anderen Würfeln kommuniziert er über UART. Entsprechend finden sich an fünf Seiten des Powerbrains jeweils mehrpolige Anschlüsse. Auf der sechsten Seite befinden sich ein Bedienungsfeld mit Tasten und ein USB-Anschluss, der dazu dient, den LiPo-Akku im Würfel zu laden, aber auch zur Programmierung des Microcontrollers benutzt wird. Für die Steuerung des Powerbrains durch andere Geräte wie Smartphones kann die eingebaute Bluetooth-Schnittstelle benutzt werden.
Die Kommunikation zwischen dem Powerbrain und den übrigen Würfeln erfolgt per UART(öffnet im neuen Fenster) . Dazu befinden sich an den Verbindungspunkten der Würfel ringförmige Kontakte. Durch die Ringform spielt die Ausrichtung der Würfel beim Zusammensetzen keine Rolle.
Durch die Nutzung eines eigenen Protokolls per UART soll die Anzahl der ansprechbaren Würfel an sich nicht begrenzt sein. Um aber Problemen bei der Programmierung vorzubeugen, insbesondere Speicherproblemen, wird die Anzahl künstlich auf 1024 pro Würfeltyp begrenzt.
Programmiermethoden für jede Alterstufe
Die einfachste Art, ein Tinkerbots-Modell zu programmieren, erfordert weder einen Computer noch ein anderes Gerät. Über das Bedienungsfeld wird das Modell in einen Aufnahmemodus versetzt, der maximal 20 Sekunden lang ist. Wird in diesem Modus ein Aktuator bewegt, wie zum Beispiel ein Greifer, speichert der Powerbrain die Bewegungsmuster. Nachdem der Aufnahmemodus beendet wurde, wird genau dieses Muster wiederholt.
Alternativ kann ein Modell auch per App kontrolliert beziehungsweise konfiguriert werden. Leonhard Oschütz zeigt uns das an einem einfachen Baggermodell. Die App funktioniert dabei wie die klassische Fernsteuerung eines Modellautos.
Schließlich kann der Mikroprozessor über die USB-Schnittstelle auch direkt programmiert werden. Da der Powerbrain auf dem Atmega 256 aufsetzt, erfordert die Programmierung keine spezielle Tool-Chain oder besondere Programmierkits, die Arduino-IDE und ein USB-Kabel reichen.
Jeder denkt an die Kinder
Elektronische Produkte zu bauen, ist eine Sache, für elektronisches Spielzeug gelten aber weitere Regeln und Vorschriften, mit denen Ingenieure, Designer und Kaufleute kämpfen müssen.
Dass das Gehäuse für die Würfel einiges aushalten muss, wenn es für Kinder bestimmt ist, versteht sich wohl von selbst. Aber ein Konstrukteur von Kinematics weist uns auf ein Problem hin, an das wir gar nicht dachten: die Verbindung zwischen den Würfeln. Bei den Prototypen sollten Magneten die Würfel zusammenhalten. Doch der TÜV wies die Macher darauf hin, dass die Magnete so montiert sein müssten, dass sie unter keinen Umständen aus dem Gehäuse ausbrechen könnten, ein einfaches Verkleben kleiner, runder Magneten sei nicht ausreichend.
Die Konstrukteure versuchten, die Magnete besser im Gehäuse zu verankern, doch schließlich nahmen sie von der Magnetverbindung ganz Abstand und ersetzten sie durch einen mechanischen Drehverschluss. Neben der Sicherheit für die Kinder gaben dafür auch finanzielle Gründe den Ausschlag. Denn der Preis für Neodym-Magnete ist in den vergangenen Jahren stark gestiegen.
Nicht nur beim TÜV holten sich die Tinkerbots-Entwickler Hilfe. Ein Spielzeug erfüllt nur dann seine Funktion, wenn es von Kindern auch angenommen und verstanden wird. Dafür testeten sie ihre Prototypen regelmäßig mit Schulklassen.
Firmenstandort im Nirgendwo
Das Konzept für Tinkerbots entstand an der Bauhaus-Universität in Weimar, der Businessplan in Leipzig. Doch der Firmensitz ist heute im brandenburgischen Bernau bei Berlin. Kaum jemand dürfte die Kleinstadt mit Startups und Hightech in Verbindung bringen. Verantwortlich für die Ansiedlung war die brandenburgische Gründerförderung. Sie bot zwar gute Konditionen, hatte aber einen Haken: Kinematics konnte den Standort der Firma nicht frei wählen. Keine Chance habe es gegeben, im attraktiveren Potsdam zu gründen, sagt Matthias Bürger, kaufmännischer Leiter bei Kinematics.
Für das Produkt ist der Firmenstandort egal. Den Tinkerbots gelingt tatsächlich der Spagat zwischen intuitiv verwendbarem Spielzeug und Experimentierkit für Ältere. Die Vorprogrammierung der Würfel und die App machen bereits einen guten Eindruck, damit sollten auch die Jüngeren erste Erfolgserlebnisse ohne Frustration erleben. Die offene und bekannte Technik, die in den Würfeln steckt, bietet genug Raum für Experimente in hardwarenaher Programmierung. Dank des stabilen Designs der Tinkerbots – und ihrer Erweiterbarkeit mit Lego – dürften die Würfel Kinder und Jugendliche einige Jahre begleiten.
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