Mit LEGO-Mindstorms und Android an die Schulen

Ein besserer Übergang von der Schule in die Universität gelingt vor allem durch praktische Projekte. Das Fachgebiet Echtzeitsysteme an der Technischen Universität Darmstadt hat mit Unterstützung des Sonderforschungsbereichs MAKI einen Schülerworkshop mit LEGO-Mindstorms Robotern und Android-Smartphones konzipiert. Schülerinnen und Schüler des Beruflichen Gymnasiums des BSO in Michelstadt, Fachrichtung Datenverarbeitungstechnik, durften einen Tag lang mit der Technik experimentieren. 

Mindroid lässt Roboter kommunizieren

Mindroid – die Verbindung aus LEGO-Mindstorms und Android – ist der Name eines neuen Java-Roboterworkshops für Schüler, der die programmierbaren EV3/NXT-Bausteine plus Sensoren von LEGO ergänzen soll und die Kommunikation zwischen den Robotern über Android-Smartphones möglich macht. Dabei sind die Roboter mit vielseitig einsetzbarer Distanz- und Lichtsensorik ausgestattet. „Der Workshop soll zeigen, dass man mit relativ wenig Aufwand mit Technik etwas Nützliches machen kann“, sagt Roland Kluge, der als Wissenschaftlicher Mitarbeiter den Workshop betreut hat.

Nachdem zwei Studierende und zwei wissenschaftliche Mitarbeiter ein Jahr Entwicklungszeit investiert hatten, fand nun zum ersten Mal ein Pilotdurchlauf statt. Dazu reisten am 30. August 2017 drei interessierte Schüler des Beruflichen Gymnasiums des BSO in Michelstadt, Fachrichtung Datenverarbeitungstechnik, gemeinsam mit ihrer Lehrerin Dr. Heidrun Günzel nach Darmstadt, um Aufgabenstellungen, Programmierumgebung und Roboter auf Herz und Nieren zu testen.

Es kam bei den Schülern gut an, dass sie ausgiebig Zeit hatten, sich intensiv mit einem Thema zu beschäftigen. Mit großem Interesse, aber ohne Druck arbeiteten sie sich ein und probierten die Technik aus: Die Roboter sollten beim Fahren beispielsweise nicht gegen die Wand fahren und anschließend umdrehen oder bestimmte Abstände zueinander einhalten. Die Schüler stellten dabei Fragen, suchten Fehler und brachten Verbesserungen auf den Weg. Am Schluss wurden die Projektergebnisse des Pilotworkshops präsentiert.

Learning by Doing als Devise

Der Test war für alle Beteiligten ein spannendes und erfolgreiches Ereignis: Der Großteil der gewünschten Funktionen funktionierte wie erwartet. Die sporadischen „Ausreißer“ sorgten für Lacher, aber auch angeregte Diskussionen mit den Entwicklern, wie mögliche Verbesserungen aussehen könnten. Es wurde unter anderem der praktische Aufbau des Roboters mit Handy-Lagerung und Führung des USB-Kabels überarbeitet und Verbindungsabbrüche und Unzuverlässigkeiten im Parallelbetrieb von vier Robotern an einem Router aufgedeckt, sodass die Entwickler wissen, woran sie bis zur geplanten Bereitstellung des Mindroid-Workshops für größere Schülergruppen 2018 arbeiten müssen.

Die Herausforderung an die Entwicklergruppe aus den betreuenden wissenschaftlichen Assistenten Markus Weckesser und Roland Kluge sowie den Studierenden Torben Unzicker und Felicia Ruppel bestand vor allem darin, dass sie drei Komponenten (LEGO ROBOTER EV3, Handy, Server-Anwendung) einbeziehen wollten. Dafür mussten sie eine geeignete Programmierschnittstelle aufbauen, sodass den Schülern für die Java-Programmierung der Roboter leicht zu verwendende Methoden – beispielsweise zum Nachrichtenversand – zur Verfügung stehen. Das Projekt führte zu einer didaktisch gut gestalteten Entwicklungsumgebung, sodass in Zukunft Schüler einen leichten Start in die Entwicklung von Smartphone-Apps finden können. Für die Zukunft kann sich das Team auch Projekte mit komplexeren Aufgaben über längere Zeiträume hinweg vorstellen.

Text: Heidrun Günzel, Roland Kluge, Thomas Lenz

Foto: Roland Kluge

Video: Heidrun Günzel