Diese Bilder zeigen nur einige der vielen Beispiele, die sich auf Youtube zum Thema Lego und Raspberry Pi finden lassen. Viel Spaß beim Erkunden! (Bild: Youtube)
In der Welt der Technik und des Do-it-yourself ist die Kombination von Raspberry Pi und Lego mehr als nur ein Spielzeug für Erwachsene, sie ist ein Tor zu unbegrenzten Möglichkeiten für kreative Köpfe und Maker. Um Ihnen die Vielfalt und das Potenzial dieser Kombination zu verdeutlichen, haben wir eine Auswahl an (Video)-Beispielen zusammengestellt. Diese zeigen eindrucksvoll, wie sich mit Raspberry Pi und Lego innovative Projekte realisieren lassen.
Den Anfang macht das Video "Raspberry Pi Build HAT: LEGO mit Raspberry Pi steuern" von den Conrad TechnikHelden. Es zeigt die Verbindung von Legound Raspberry Pi durch den Einsatz des Raspberry Pi Build HAT. Der Build HAT ermöglicht die Steuerung von Sensoren und Motoren aus dem Lego Education Spike Prime Portfolio mit Hilfe eines Raspberry Pi und der Programmiersprache Python. Der Raspberry Pi Build HAT bildet die Brücke zwischen der physischen Welt und der digitalen Programmierung, wodurch individuelle und interaktive Projekte realisiert werden können. Die Steuerung der Komponenten über den Raspberry Pi eröffnet nicht nur erfahrenen Technikbegeisterten neue Horizonte, sondern auch für Bildungszwecke und im schulischen Kontext. Das Video vermittelt anschaulich, wie durch die Verbindung von physischem Bauen mit Lego und digitaler Programmierung mit dem Raspberry Pi kreative und technische Fähigkeiten gefördert werden.
Weiter geht es mit "Building a Lego-powered Submarine 4.0 - automatic depth control". Es zeigt die Konstruktion eines ferngesteuerten U-Bootes, das mit einem Automatisierungssystem ausgestattet ist. Dieses ermöglicht es dem U-Boot, eine konstante Tiefe oder einen bestimmten Abstand zum Meeresboden einzuhalten. Das U-Boot verfügt über einen Drucksensor und einen Laserdistanzsensor, die in Kombination mit einem Raspberry Pi und einer PID-Regelung eine Steuerung der Tauchtiefe ermöglichen. Doch es ist nicht nur graue Theorie: (Erfolgreich) getestet wird das System in einem Schwimmbad und in einem kleinen Fluss.
Das U-Boot hat eine Verdrängung von 2,4 kg und eine Testtiefe von 1,5 m. Der Rumpf besteht aus einem Zylinder aus Acrylkunststoff mit Deckeln aus SAN-Kunststoff, die mit einem O-Ring abgedichtet sind. Als Ballasttank wird eine 60 ml Spritze verwendet, die von einem Lego EV3 Mittelservomotor gesteuert wird. Der Antrieb erfolgt über einen Propeller einer Drohne und Lego Power Functions Motoren. Die Magnetkupplungen, die Motorsteuerung über Pololu Dual H-bridge Treiber, die Funksteuerung, der Drucksensor von Honeywell, der Laserdistanzsensor von SparkFun, der Raspberry Pi Zero 2 W als Computer und die Stromversorgung über eine wiederaufladbare Batteriebox von Lego und einen Spannungsregler von Pololu zeigen die Komplexität und den innovativen Einsatz von Technologie in diesem Projekt. Ein interessantes Feature ist die Verwendung einer On-Board-Kamera, die das Unterwassererlebnis aus der Perspektive des U-Bootes festhält. Zusätzlich zum Video gibt es eine detaillierte Anleitung, die die verwendete Codes sowie detaillierte Informationen über die verwendeten Komponenten und Konstruktionstechniken bietet.
Bau eines U-Boots mit Lego-Antrieb und Raspberry-Pi-Steuerung
Iridis-Pi: Ein "Supercomputer" aus Lego-Bausteinen und 64 Raspberry Pi-Platinen
Ein Team von Computerwissenschaftlern der University of Southampton hat 2012 mit Hilfe von 64 Raspberry-Pi-Einplatinencomputern und Legosteinen den ersten Supercomputer seiner Art konstruiert. Dieses Projekt, das damals lediglich 4.000 US-Dollar kostete, wurde von einem neun Mitglieder starken Team und dem sechsjährigen Sohn des Projektleiters, Professor Dr. Simon Cox, realisiert. Das Ziel war es, eine preiswerte Lösung für Supercomputing-Anwendungen zu entwickeln, die Studierenden den Zugang zu hochleistungsfähiger Rechentechnik ermöglicht. Die kreative Verwendung von Legosteinen als strukturelle Basis für die Montage der 64 Raspberry Pi-Boards geht auf eine Idee von Cox' jungem Sohn zurück.
Der daraus entstandene Supercomputer, genannt Iridis-Pi, ist nach dem leistungsstärkeren Iridis-Supercomputer benannt, der ebenfalls an der University of Southampton beheimatet ist. Mit einem Gesamtbudget von nur 4.000 US-Dollar (entspricht etwa 2.500 britischen Pfund oder 3.000 Euro) stellt dieser Supercomputer eine kosteneffiziente Alternative dar. Er läuft mit Python, einer freien Programmiersprache, und unterstützt auch Scratch, eine Open-Source-Bildungssoftware. Der Iridis-Pi verfügt über 64 Prozessoren und bietet einen Gesamtspeicher von einem Terabyte. Raspberry Pis sind kompakte Einplatinencomputer, die ursprünglich im Jahr 2006 mit einem ATmega64-Mikrocontroller von Atmel entwickelt wurden. Neuere Modelle sind in der Lage, unter Debian das Videospiel Quake 3 sowie Videos in Full-HD zu verarbeiten.
Das Video "Lego, Raspberry and Python Project - Reaction Wheel Inverted Pendulum" stellt ein Projekt vor, das die Prinzipien der Regelungstechnik mit der Flexibilität von Lego, der Leistungsfähigkeit des Raspberry Pi und der Programmiersprache Python verbindet. Es handelt sich um ein einachsiges, selbstbalancierendes umgekehrtes Pendel, eine Struktur, die aufgrund ihrer inhärenten Instabilität eine häufige Herausforderung in der Regelungstechnik darstellt.
Die mechanische Struktur des Projekts wurde ausschließlich aus Lego-Teilen gebaut, einschließlich eines Lego-Motors. Für den Winkelsensor und die Elektronik wurden jedoch Nicht-Lego-Komponenten verwendet. Das Herzstück des Projekts ist der Raspberry Pi Zero 2 W, der zusammen mit einem Okystar TB6612FNG Motortreiber und einer Elecrow SM9250MPU 9DOF IMU (Inertial Measurement Unit) für die Steuerung und das Gleichgewicht des Pendels sorgt.
Das Video zeigt die verschiedenen Phasen des Projekts, von der Vorstellung der Plattform und der Inertial Measurement Unit über den Motortreiber bis hin zum PID-Regler und Tachometer. Besonders interessant ist die "Rise Up"-Sequenz, in der das Pendel aus dem Ruhezustand in eine ausbalancierte, aufrechte Position gebracht wird, sowie das Endergebnis, das die Stabilität und Reaktionsfähigkeit des Systems demonstriert. Es wird auch gezeigt, wie Änderungen an Teilen und Parametern die Leistung beeinflussen können. Zur Unterstützung des Projekts werden die genauen Spezifikationen und der Python-Code, mit dem das System gesteuert wird, zur Verfügung gestellt. Dies ermöglicht es, das Projekt nachzubauen oder als Grundlage für eigene Experimente und Weiterentwicklungen zu verwenden.
Standardaufgaben der Regelungstechnik aus Lego: Das umgekehrte Pendel
Das Video "LEGO mit Raspberry Pi + LEDs beleuchten - mit 2 Beispielen + Anleitung" auf YouTube zeigt, wie man LEGO-Sets mit Hilfe eines Raspberry Pi und LEDs individuell beleuchten kann. Der Fokus liegt darauf, wie mit etwas Geschick und technischem Verständnis Kreationen durch gezielte Beleuchtung aufgewertet werden können. Anhand von zwei Beispielen - einem Lego Creator 3-in-1-Haus aus dem Jahr 2020 und einem selbst zusammengestellten StarWars-Set wird gezeigt, wie man mit dem Raspberry Pi einzelne LEDs ansteuern kann, um bestimmte Teile der Sets gezielt zu beleuchten. Für die Umsetzung werden detaillierte Anleitungen zur Programmierung in Python, PHP sowie zur LED GPIO Belegung zur Verfügung gestellt.
Ein Easter Egg der eher mechanischen Art zeigt das Video "Raspberry Pi 4 LEGO FEATURE (Easter Egg)!".
Natürlich lassen sich auch ohne den Einplatinencomputer faszinierende Maschinen aus Lego bauen. Das zeigt das Video "Most Amazing Machinery Made With LEGO Bricks". Es zeigt eine beeindruckende Sammlung von Maschinen und Projekten, die alle mit Legosteinen gebaut wurden. Darunter eine Apfel-Schneide-Fabrik, ein Sägewerk, ein Fahrzeug, das Golfbälle aufsammelt und vieles mehr.
Auch der Kanal Creative Mindstorms zeigt, was mit Lego alles möglich ist. Darunter finden sich Projekte wie ein 3D-Drucker, ein Schachspieler oder ein McDonalds-Verkaufsautomat. Aktuelles Projekt ist der Roboter-Kopf "Dave". Dieser verfügt über eine Anbindung an ChatGPT und ist damit – laut Creator – der fortschrittlichste KI-gesteuerte Lego-Roboterkopf der Welt.
