Robo4girls Technologieentwicklung, Jänner 2019

Bericht von Daniela Riedl, Redaktion Andreas H. Landl

Übersicht der Arbeitsschritte im Jänner 2019 (bis zur Teamsitzung am 5.2.2019)

1. Spezifikation des R4G Blocks / HW Spezifikation
2. Auswahl der Hardware
3. Überblick über das Projekt Robo4girls

1. Spezifikation des R4G Blocks / HW Spezifikation

Anfang Jänner ging es uns vor allem darum eine gemeinsame Vision des Projekts Robo4girls zu entwickeln. Wir haben den Zweck des Projekts so3Z3R9SHK33 Digitale Gewaltprävention – von Cybermobbing bis Killerspiel, Mag. Andreas Landl, VS I Tulln, Mittwoch, 25.09.2019, 14:30-17:45j wie unsere Motivation und Ziele ausformuliert. Diese haben wir dann als Ausgangspunkt für die Hardware Spezifikation herangezogen. Als Arbeitstitel für die zu entwickelnde Hardware wählten wir das Kürzel R4G. Mehr dazu kann man unter Überblick über das Projekt Robo4girls nachlesen.

Weiters haben wir im Dezember 2018 und Jänner 2019 Kontakte zur Kapsch AG, zu Maker Austria und zu Semaf Electronics geknüpft. Von der Mentor Johannes Fürtler haben wir wertvolles Feedback erhalten. Einige Lehrlinge der Kapsch AG wollen freiwillig mit Hilfe von Maker Austria am Gehäuse des R4Gs mitwirken. Semaf Electronics hat Interesse bekundet, Selbstbau-Kits für unseren fertig entwickelten R4G zu verkaufen.

Mitte Jänner haben wir die Hardware Spezifikation fertiggestellt und mit der Auswahl einer geeigneten Hardware Plattform als Basis für den R4G begonnen.

2. Auswahl der Hardware

Um eine geeignete Hardware Plattform als Basis für unseren R4G zu finden wurden infrage kommende Plattformen recherchiert, gegenübergestellt und verglichen. Die Haupt-Auswahlkriterien waren Kosten, Stromverbrauch, Rechenleistung & Speicher, Software-Unterstützung, Maße und Simplizität der Implementierung. Wichtig war uns auch, dass die Plattform einen niederschwelligen Zugang bietet und die Kinder damit auch nach unseren Workshops daheim weiter programmieren können. Wir haben folgende Plattformen verglichen:

• Arduino (Nano, Uno, Mini)
• Raspberry Pi (Model 3B+, Zero W)
• ESP32
• micro:bit

Nach eingehender Prüfung haben wir uns dazu entschieden den R4G Block auf Basis des micro:bit zu entwickeln. Der micro:bit hat den Vorteil, dass er extra für Kurse mit Schulklassen entwickelt wurde. Das Board kann über Bluetooth Low Energy (BLE) oder Radio mit Mobilgeräten kommunizieren und das BLE Profil des micro:bit ist auf die parallele Verwendung mehrerer micro:bit in einem Klassenzimmer ausgelegt.

Ein weiterer Vorteil ist die Programmierung. Der micro:bit ist mit Blockly-basierten Programmierumgebungen wie Make Code, Nepo und Scratch 3.0 programmierbar. Fortgeschrittene ProgrammiererInnen können den micro:bit mit Python, C/C++ oder JavaScript programmieren. Der micro:bit ist sparsam im Stromverbrauch sowie sicher in der Anwendung (Safety und Security).

Sehr wichtig ist auch der Spaßfaktor: man kann mit dem micro:bit sofort loslegen ohne zusätzliche Module kaufen zu müssen da er schon Sensoren, LEDs und Buttons integriert hat.

Den ESP32 halten wir uns als Erweiterung oder Ausweichmöglichkeit warm, falls der Speicherplatz des Micro:bit zu gering ist oder die Steuerung über BLE zu ungenau ist.

3. Überblick über das Projekt Robo4girls

Das ZIMD (Zentrum für Interaktion, Medien & soziale Diversität) bietet das Workshop-Format Roberta an, bei dem Mädchen aus Legobausteinen Roboter bauen und programmieren, so dass diese gemeinsam ein selbst erfundenes Ballett tanzen, Hindernissen ausweichen oder sich durch ein Labyrinth bewegen können. Die Workshops werden für Mädchen in der ersten Klasse Unterstufe angeboten. Ziel der Workshops ist es, die 10-jährigen Mädchen für Technik und speziell Robotik zu begeistern.

Aufbauend auf dem Robot Invention System (RIS) von Lego Mindstorms (1998) hat das Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme (IAIS) das didaktische Konzept für dieses Mädchenprojekt entwickelt, und das ZIMD hat es seit dem Jahr 2006 weiter ausgebaut und verfeinert.

Das Herzstück des RIS ist die Robotic Command eXplorer (RCX) Einheit. Ein kompakter, gelber Block, indem ein 8-bit Mikrocontroller (a Hitachi/Renesas H8/3297) verbaut ist. Dieser kann bis zu 3 Motoren steuern und die Daten von bis zu 3 Sensoren abfragen. Der RCX kann über einen Infrarot (IR) Sendeturm mit einem Windows 95/98 PC programmiert werden.

Abbildung 1: RCX Einheit

Quelle: Bauanleitungen für Schnupper-Workshops, Zimd(2006), S.11

Die Programme für den RCX werden mit der proprietären RIS Software erstellt.

Nach RIS (1998) wurden mit dem NXT (2006) und dem EV3(2013) zwei neue Lego Mindstorms Systeme veröffentlicht und der Support für die RCX Einheit wurde eingestellt. Die noch im Umlauf befindlichen RCX Einheiten können nur noch mit Hilfe veralteter Technik betrieben werden und die Programmierung über den IR Sendeturm ist aus heutiger Sicht umständlich zu handhaben.

Um das erprobte Workshop-Format Roberta zu aktualisieren, wurde das Projekt Robo4girls vom ZIMD ins Leben gerufen. Technisches Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines programmierbaren Blocks, der die RCX Einheit in den Workshops ersetzt und der mit aktueller Technik kompatibel ist. Die Programmierung des Robo4girls-Blocks (R4G) soll in den Workshops mittels Open-Source-Software wie Scratch 3.0 über ein Android Tablet erfolgen.