Ein Workshop in dem es um Mathematik, Mechanik, Elektronik
und um die Programmierung von Robotern ging.
Roboter? Das können große Maschinen sein, die Autos bauen oder fahrbare Plattformen, die Material transportieren. Das können auch Maschinen sein, die laufen können oder hinter einer Bar Drinks mixen. Roboter gibt es in zahlreichen Varianten, aber alle haben eines gemeinsam: Eine Kinematik! Hinter diesem Wort verbirgt sich die mathematisch-mechanische Beschreibung, wie sich Körper bewegen. Was auf den ersten Blick so einfach aussieht und was uns mit unseren Armen und Händen so leichtfällt, bedeutet bei Robotern viel Mathematik und Geometrie.
In dem Workshop wurde anhand eines einfachen Modells analysiert, wie sich die Bewegungen eines Roboterarms berechnen lassen. Das Robotermodell verfügt über eine Schulter und einen Ellenbogen. Aber es wäre kein einfaches Modell, wenn man die Gelenke wie beim Menschen in mehreren Dimensionen bewegen könnte. Um die Berechnungen einfach zu halten, können sie sich daher nur ineiner Ebene bewegen. Trotzdem hat die Mathematik dahinter bei den Teilnehmer*nnen für rauchende Köpfe gesorgt. Die mathematischen Modelle wurden aber nicht nur theoretisch hergeleitet, sondern auch im Computer in Python programmiert. Statt trockener Mathematik an der Tafel ist so ein praktisches Kinematikmodell entstanden, das die Bewegungen des Modellroboters genau beschreiben konnte.
Aber ist ein Roboter, der seine Arme nicht selbst bewegen kann, überhaupt ein Roboter? Eigentlich nicht, weswegen in dem Workshop nicht nur ein Modell berechnet, sondern ein eigener Roboter gebaut wurde. Auch dieser Roboter war einfach konstruiert, um den Aufwand im Rahmen zu halten. Trotzdem benötigte es einige Stunden, um mit den entsprechenden Werkzeugen alle Teile zu einem funktionsfähigen Bewegungsautomaten zusammenzubauen.
Und dann wurde es spannend, denn dann sollte dieser Roboter sich bewegen. Um genau zu sein, sollte er malen, denn statt einer Hand, die etwas greift, verfügte der Roboter über eine UV-LED. Wenn die LED leuchtete, dann hat die Bewegung auf einer phosphoreszierenden Fläche eine sichtbare Spur hinterlassen. Damit sollte zum Beispiel das Haus vom Nikolaus gemalt werden.
Aber wie müssen die Arme bewegt werden, damit die LED an eine bestimmte Stelle gefahren wird? Man müsste wieder Mathematik anwenden, um die Kinematik zu beschreiben und zu berechnen, aber der Workshop fand ja im KI-Makerspace statt. Daher wurde die Kinematik nicht berechnet, sondern der Roboter sollte selbst lernen, wie er sich bewegen muss.
Nach dem Zusammenbau war der Roboter zunächst „dumm“. Er wusste nicht, wie er die beiden Motoren bewegen sollte, um die LED an eine bestimmte Stelle auf der Schreibfläche zu fahren. Aber er konnte „fühlen“ in welcher Stellung sich die beiden Motoren befanden. Und er verfügte über eine „Lernmaschine“, die nur darauf wartete, mit Daten gefüttert zu werden. Nachdem man dem Roboter genügend Positionen beigebracht hatte, konnte er auch die gewünschten Positionen anfahren. Denn dann hatte er gelernt, wie er die Motoren bewegen muss, um die Punkte für das Haus vom Nikolaus zu erreichen.
Aber es wurde nicht nur das Haus vom Nikolaus gezeichnet, sondern es wurden eigene Programme geschrieben, die Namen, Uhrzeiten oder Symbole auf der Schreibfläche erscheinen ließen.
Am Ende gingen die Teilnehmer*nnen mit viel Wissen über Robotik und mit einem Malroboter nach Hause, der bestimmt nicht für Langeweile sorgt. Der Kreativität sind keine Grenzen gesetzt und wir sind gespannt, was für tolle Programme für den „DrawBot“ entstehen.