Maker-Plattformen sollen Kinder für Technik begeistern

Praktische Erfahrung mit Technik zu sammeln, ist selbstverständlich keine neue Idee. Als vor vielen Jahren Meccano auf dem Höhepunkt seiner Beliebtheit war, hatten viele, oftmals männliche Nutzer ein solches Kit. Seitdem hat sich allerdings einiges getan. Während Meccano sich früher ausschließlich an Möchtegern-Mechaniker und eben vor allem an männliche Benutzer richtete, deckt die Firma heute ein breiteres Spektrum an technischen Disziplinen ab – und weibliche Interessierte stehen genauso im Fokus wie männliche. Diesem Trend sind auch andere Firmen in diesem Segment gefolgt.

Inzwischen gibt es eine vielfältige Palette an kinderfreundlichen Maker-Plattformen, die von etablierten Marken und auch neuen Anbietern stammen. Zwar weist jede Plattform ein eigenes Format auf, doch teilen sie bestimmte Ziele. Dazu gehört es, technische Kreativität besser zu unterstützen, das Engagement zu erhöhen (egal ob im Unterricht oder zu Hause) und die Einstiegsbarrieren so niedrig wie möglich zu halten (um Kinder nicht schon frühzeitig abzuschrecken, weil Systeme so kompliziert erscheinen).

Lego als Pionier

Bild 1: Ein mit Lego Mindstorms gebauter Miniroboter. Lego

Der dänische Spielzeughersteller Lego war eines der ersten Unternehmen, das den Bedarf nach einer vielseitigen Plattform – die Maschinenbau, Elektronik und Kodierung miteinander verbindet – erkannte. Vor rund fünf Jahren kam Lego Mindstorms EV3 auf den Markt. Dieses System beinhaltet verschiedene Sensoren (inklusive Farb-, Berührungs- und rudimentärer Näherungssensoren), Motoren, programmierbare Schaltungen (im sogenannten „Brain Brick“ enthalten), ein Batteriepaket (auf Basis von sechs AA-Batterien) sowie verschiedene Komponenten von Lego Technic.

Hinzu kommen eine Bluetooth-Verbindung sowie ein auf Infrarot aufbauendes Fernbedienungssystem. Da sich die Plattform durch smarte Geräte (wie Tablets oder Smartphones) steuern lässt, erhalten junge Techniker die Möglichkeit, eigene Robotikprojekte zu entwickeln und zu programmieren. Zu diesem Zweck hat Microsoft sein Makecode-Softwarepaket auf den Markt gebracht. Damit können Benutzer unter Verwendung einer simplen Drag-and-Drop-Methode besonders leicht Codes schreiben. Zudem können Benutzer zwischen verschiedenen Programmierblöcken wählen, die sich in der entsprechenden Arbeitsfläche platzieren lassen. Auf diese Weise lassen sich Motoren, Sensoren und andere Schlüsselfunktionen steuern (Bild 1).

Das Vex IQ-System (Bild 2) geht noch einen Schritt weiter. Ähnlich wie das Mindstorms EV3-Kit verfügt es über ein Zentralmodul („Electronic Brain“), das 12 konfigurierbare Ports aufweist, an die sich Sensoren, Motoren und Encoder anschließen lassen. In dem Modul befindet sich eine Tiva-MCU von Texas Instruments mit 80 MHz, die eine Rechenleistung von 100 MOPS bietet. Der Hersteller liefert das Modul mit vorinstallierten Standardprogrammen aus und erlaubt eine Anpassung vorhandener Projekte genauso wie die umfassende Programmierung neuer Projekte (über ein professionelles, grafisch orientiertes Programmierungstool). Ein videospielähnlicher Controller ergänzt das Modul. Da eine Funkfernbedienung zur Verfügung steht, lassen sich mit dieser Plattform entwickelte Projekte auch dann steuern, wenn keine Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger besteht (anders als beim Lego-System).

Kennzeichnung mit Farben

Bild 2: Der IQ Robot Brain von Vex verfügt über ein Zentralmodul das 12 konfigurierbare Ports aufweist Vex

Bild 3: Hardware von littleBits weist eine Schnittstelle zu Lego auf, sodass Kinder beim Bauen und Experimentieren volle Freiheit haben. littleBits

Ein weiterer Wegbereiter auf diesem dem Gebiet ist littleBits (Bild 3), ein System, das sich mit einer breiten Palette an farbenfrohen Modulen, die sich per Magnet zusammensetzen lassen, eher an ein jüngeres Publikum richtet. Die Module sind durch vier verschiedene Farben gekennzeichnet: Blau steht für Stromversorgung (wobei eine Verbindung der Module mit Batterien nötig ist), Rosa für Eingänge (für Lichtsensoren, Drucktasten, Schiebeschalter, Mikrofone etc.), Grün für Ausgänge (für LEDs, Summer, Motoren, Matrix-Displays) und Orange für Verdrahtung (zur Verbindung untereinander). Die magnetischen Pole sorgen dafür, dass sich die Module nicht falsch zusammensetzen lassen, und damit für mehr Sicherheit. Die Hardware von littleBits weist eine Schnittstelle zu Lego auf, sodass Kinder beim Bauen und Experimentieren volle Freiheit haben.

Meccano hat sich ebenfalls weiterentwickelt. Zu den Produkten, die das Unternehmen für junge Technikfans auf den Markt gebracht hat, gehören seine Micronoid-Roboter. Diese richten sich vor allem an Kinder zwischen 8 und 11. Nach der Montage können Benutzer durch Programmierung per Drucktaste bestimmte Bewegungsabfolgen beziehungsweise kleine Melodien erzeugen, die der Roboter ausführt oder abspielt. Alternativ ist auch eine komplexere Programmierung möglich. Dazu kann das mitgelieferte USB-Kabel mit einem Laptop verbunden und die intuitive Software verwendet werden, die auf der Website des Unternehmens zum Download bereitsteht.

Weitere Plattformen

Bild 4: Smartibot ist eine weitere simple Plattform, die die technische Kreativität und Ausdrucksfähigkeit der jüngeren Generationen fördern möchte. Smartibot

Smartibot ist eine weitere simple Plattform, die diesen Sommer ihr Crowdfunding-Ziel erreicht hat und die technische Kreativität und Ausdrucksfähigkeit der jüngeren Generationen fördern möchte. Die vom britischen Start-up-Unternehmen „The Crafty Robot“ entwickelte Plattform arbeitet mit dem Smartphone von Benutzern zusammen – und bietet ein leicht zu montierendes, umweltfreundliches Gehäuse aus Karton, mit dem sich ein relativ einfacher, mobiler Roboter konstruieren lässt. Dieser Roboter lässt sich vom Benutzer nach Wunsch anpassen oder wieder verwerfen. Aus beliebigen Materialien lässt sich so ein komplett neues Design entwickeln. Dazu ist es lediglich nötig, die Leiterplatte, die Motoren und das Batteriepaket (mit vier AA-Batterien) aufzuheben. Durch Verbindung eines Smartphones mit der zentralen Hardware kann der Roboter verschiedene Funktionen ausführen, ohne dass eine aufwendige Programmierung erforderlich ist.

Die Möglichkeiten reichen von einer standardmäßigen Fernsteuerung bis hin zu rudimentären Beispielen für einen autonomen Betrieb (zur Erkennung von Objekten greift die Smartibot-App auf künstliche Intelligenz zurück). Bei diesem Ansatz lassen sich bis zu 14 verschiedene Motoren (4 DC-Motoren und 10 Servomotoren) integrieren. So können Benutzer verschiedenste Arten von Robotern einrichten: Roboter mit Rädern, Zweibeiner, Vierbeiner, Roboterarme, Kettenfahrzeuge und gegebenenfalls Drohnen oder Luftkissenfahrzeuge.

Durch dieses und die anderen bereits erwähnten Produkte können sich Kinder mit dem Maschinenbau vertraut machen und (wenn sie möchten) auch die Grundlagen der Programmierung kennenlernen. Außerdem erhalten sie die Chance, ihre Projektverwaltungs-, Problemlösungs- und allgemeinen organisatorischen Fähigkeiten zu trainieren – ein weiterer wichtiger Vorteil für die Zukunft. Das Team von The Crafty Robot arbeitet gegenwärtig mit Microsoft zusammen, um Smartibot in die Makecode-Plattform zu integrieren.

Designherausforderungen lösen

Bild 5: Der Circuit Playground Express von Adafruit lässt sich ebenfalls mit Microsoft MakeCode programmieren und bietet jungen Technikfans ein zentrales Hardwaremodul, mit dem sie verschiedene Designherausforderungen lösen können. Adafruit

Also programmed via Circuit Playground Express von Adafruit (Bild 5) lässt sich ebenfalls mit Microsoft Makecode programmieren und bietet jungen Technikfans ein zentrales Hardwaremodul, mit dem sie verschiedene Designherausforderungen lösen können. Die kompakte Platine ist mit einem Microchip SMART SAM L21 MCU und einem 32-Bit ARM Cortex-M0+-Prozessorkern ausgestattet. Hinzu kommen ein Temperatursensor, ein Lichtsensor, ein 3-Achsen-Beschleunigungssensor, ein MEMS-Mikrofon sowie eine IR-Fernbedienungsfunktion.

An der Peripherie sind zehn Anzeige-LEDs sowie sieben Pads vorhanden, die sich als kapazitive Touchscreens verwenden lassen. Über den Makecode-Editor beziehungsweise Javascript-Editor lassen sich Programme einrichten, die einfache LED-basierte Animationssequenzen ausführen oder Geräusche abgeben. Außerdem lässt sich das Modul so programmieren, dass es auf bestimmte vordefinierte Weisen reagiert, wenn die Sensoren bestimmten Stimuli ausgesetzt sind – zum Beispiel einer Änderung der Lichtverhältnisse, einem plötzlichen mechanischen Ereignis (beispielsweise Schütteln) oder einem Geräusch, dessen Lautstärke einen bestimmten Grenzwert überschreitet.

Aimed Digilent Analog Discovery 2 hingegen eignet sich eher für den Einsatz in Schulen, als zu Hause. Dieses kompakte, funktionsreiche Test- und Analysemodul arbeitet mit der virtuellen Instrumentierungssuite Waveforms zusammen, damit Benutzer Signale der von ihnen zusammengesetzten Schaltungen untersuchen und sich mit den unterschiedlichen Dynamiken vertraut machen können. Das System zeichnet sich durch einen eher günstigen Preis im Vergleich zu anderen Produkten aus und beinhaltet ein 2-Kanal-USB-Oszilloskop (mit 14-Bit-Auflösung und einer Abtastrate von 100 MSPS), einen arbiträren Funktionsgenerator (2-Kanal, mit einer Bandbreite von über 12 MHz), einen Spektrumanalysator, einen digitalen Logik-Analysator (16 Kanäle) sowie zwei programmierbare Stromquellen.

Die in diesem Artikel beschriebenen Produkte bieten Kindern und Jugendlichen, die sich für moderne Technik interessieren, deutlich mehr Unterstützung als die Systeme vor 30 Jahren. Entsprechende Hardware und Software fördern den Erfindergeist von Kindern – und sorgen durch Interaktion mit Technik für spannende Erfahrungen.

(aok)