Informatik / Robotik

Roboter haben vielfältige Einsatzbereiche vom Industrieroboter, über Serviceroboter, die den Alltag erleichtern sollen hin zum autonomen Erkundungsroboter. Teilweise nehmen Sie schon fast menschliche Gestalt an (Humanoide Roboter).Am Hamburger Container Terminal, eines der modernsten Terminals werden sogenannte Automated Guided Vehicle (AGV) eingesetzt. Die Container werden mit Kranen vom Schiff und mit Transportfahrzeugen zur Lagerhalle fast vollautomatisch transportiert. Doch wie funktionieren die AGVs und woher wissen sie, wo sie lang fahren müssen? Und was hat das alles mit Robotern zu tun? Diese spannenden Fragen versuchen wir gemeinsam in dem Projekt zu lösen.Nach einer kurzen Einführung der LEGO Mindstorms NXT könnt Ihr mit den Robotern experimentieren und sie fahren, tanzen und Signale senden lassen. Mit den gesammelten Erfahrungen soll dann einen Containertransport wie am Hamburger Hafen simuliert werden.

Scratch wird am MIT Media Lab von der Lifelong Kindergarten Group entwickelt, um junge Menschen für MINT zu motivieren. Indem in kleinen Gruppen eigene Scratch Projekte erstellt werden, lernen die Schülerinnen und Schüler insbesondere die Mathematik und Informatik kennen und vertiefen ihr kreatives Denken, logisches Schlussfolgern und gemeinsames Arbeiten. Scratch ist eine Programmiersprache, mit der man interaktive Geschichten, Animationen, Spiele, Musik- und Kunstwerke erstellen kann.Ziel des Projekts ist es, in Kleingruppen (2-3 Schüler) erste Erfahrungen mit Programmieraufgaben zu sammeln und in diesem Kontext ein einfaches Ping-Pong-Spiel zu entwickeln. Für die Entwicklung der Programme soll ein kreditkartengroßer Einplatinen-Computer auf Linux-Basis bereitgestellt werden, der von der Raspberry Pi Foundation entwickelt wurde.  Die eingesetzte Hardware soll verdeutlichen, wie Spiele auf einfachen mobilen Geräten (Handy, …) umgesetzt werden können.

Nicht alle Informationen und Daten sind für die breite Öffentlichkeit bestimmt. Deswegen werden sie verschlüsselt versendet, sodass nur bestimmte Personen die Informationen verstehen können. Eines der bekanntesten klassischen Verfahren ist die Caesar-Verschlüsselung. Im Rahmen des Workshops werden verschiedene klassische Verfahren zur Verschlüsselung von Nachrichten kennengelernt und in Gruppenarbeit ausprobiert. Damit sind die Schülerinnen und Schüler in der Lage, selbst Texte zu verschlüsseln und geheime Botschaften auszutauschen.

Heutzutage verschickt jeder geheime Botschaften. In der Regel geschieht dies im Internet unbewusst und ohne etwas Besonderes zu tun. Wenn Ihr Euch z.B. bei Facebook oder StudiVZ einloggt, werden Eure Daten verschlüsselt übertragen. Dies ist notwendig um sicherzustellen, das Euer Benutzername und Euer Passwort nicht für andere ersichtlich wird.Häufig kann es aber auch notwendig sein, geheime Botschaften z.B. an Eure Freundinnen und Freunde, zu übertragen. Im Rahmen dieses Projekts werden wir uns anschauen, wie man auf relativ einfache Art und Weise eine Botschaft während der Übertragung geheim halten kann.

In einem zweiten Schritt schauen wir uns an, wie man versuchen kann eine geheime Botschaft zu entschlüsseln. Wir werden dazu versuchen einen Songtext, den eine Band im Rahmen einer geheimen Botschaft an ihren Produzenten versendet, lesbar zu machen.

Bei der AR.Drone handelt es sich um einen Quadkopter, der sich spielend leicht mit Hilfe von Smartphones oder Tablets steuern lässt. Ausgestattet mit Ultraschallsensoren und Kameras stabilisiert sich die Drohne von selbst und sorgt somit für ein spannendes Flugerlebnis. Aufgrund der Plastikpropeller und einer Schaumstoffabdeckung lässt sich die Drohne gefahrlos in geschlossenen Räumen fliegen. Eine frei verfügbare Schnittstelle erlaubt die Programmierung der Drohne und ermöglicht somit autonomes Fliegen. Den Teilnehmern wird ein Framework zur Verfügung gestellt, welches die Programmierung simpler Befehle ermöglicht, wie  z. B. starten und landen, vorwärts und rückwärts fliegen. Die Schüler lernen in diesem Experiment Grundlagen der Programmierung anhand eines praxisnahen Beispiels kennen und haben neben der Programmierung die Möglichkeit, die Drohne mittels Gamepad bzw. Smartphone selbst zu steuern und in die Rolle eines Piloten zu schlüpfen. Die Drohne lässt sich ebenfalls für Bildverarbeitungsaufgaben einsetzen und eignet sich somit auch zur Realisierung von Projekten für höhere Klassenstufen.

Intelligente Systeme finden sich in immer mehr Haushalten. Sie sollen dazu dienen, den Komfort zu erhöhen, alten oder behinderten Menschen ermöglichen, länger oder in größerer Selbständigkeit zu leben, Energie effizienter zu nutzen und nicht zuletzt manchmal auch einfach nur Spaß machen. Eine große Herausforderung ist neben der Technik auch eine einfache und gut verständliche Bedienschnittstelle. Diese soll bei diesem Workshop im Mittelpunkt stehen. Eure Kreativität ist dabei besonders gefragt. Sollen vielleicht eine Sprachbedienung oder Gesten zum Einsatz kommen oder begleitet uns bald eine virtuelle Person und hilft uns durch den Alltag?

Zu Beginn des Kreativworkshops werden ausgewählte moderne Techniken verständlich vorgestellt. In Gruppen von ca. 5 Personen sollen dann eigene Ideen unter fachkundiger Anleitung entwickelt werden. Dabei können Anwendungsbereiche nach eigenem Interesse gewählt werden.

In dem Workshop lernt man, wie Computer Poker spielen können. Hierzu gibt es eine kurze Einführung in die Wahrscheinlichkeitsrechnung und Spieltheorie anhand des Poker-Kartenspiels. Anschließend werden in der Gruppe gemeinsam verschiedene Strategien und Algorithmen erarbeitet, mit deren Hilfe Computer komplexe Spielsituationen eigenständig bewerten und durchführen können. Exemplarisch werden diese Strategien am Beispiel eines selbständig spielenden Pokerprogramms implementiert.

Roboter, die komplexe Aufgaben wie Assistenzarbeiten in Haushalten, Krankenhäuser oder Fabriken ausführen sollen oder gar Marsmissionen absolvieren können, müssen ein ähnlich hohes Maß an Autonomie aufweisen wie das biologische Vorbild der Mensch, d.h. selbständig handeln und aufgrund der eigenen Wahrnehmung zielgerichtete Entscheidungen treffen. Daher ist das ausgewiesene Ziel der autonomen Robotik in Anlehnung an biologische Lebensformen autarke Roboter zu entwickeln, die ein hohes Maß an Autonomie und Adaptivität aufweisen.

Dieser Workshop widmet sich dem Thema der Erzeugung von zielgerichteten Bewegungen von anthropomorphen Roboterarmen. Behandelt werden alle Phasen des Entwicklungsprozesses, vom Entwurf des Roboterarmes und deren Analogien zum menschlichen Arm, über den mathematischen Zusammenhang zwischen Position der Roboterhand und den Gelenkwinkeln bis zur Entwicklung von Methoden zur Erzeugung von Trajektorien.

Die einzelnen Themenkreise des Workshops werden den Teilnehmern in kurzen Vorträgen erklärt und die Inhalte über begleitenden Aufgaben schrittweise erarbeitet. Den Teilnehmern wird ein Matlab-Simulator des Roboters zur Verfügung gestellt, in dem alle Teilaufgaben implementiert und visualisiert werden. Der Workshop findet im cstLab (Cognitive System Technology Lab) statt mit der Möglichkeit die verschiedenen robotischen Systeme zu besichtigen und auszuprobieren.

Wir wollen den Schüler/innen in diesem Workshop das Thema der Rehabilitation (z.B. nach Schlaganfall o.ä.) mit Hilfe von Computerprogrammen und Motion Capture Systemen näher bringen.Zu Beginn nehmen die Teilnehmer/innen an einer Vorlesung teil, welche eine Einführung in das Thema beinhaltet. Im Anschluss können die Teilnehmer/innen verschiedene Systeme selbst ausprobieren und erforschen wie Computer Menschen nach einem Schlaganfall helfen können: Sicherlich ist der Film Avatar bekannt: Menschliche Bewegungen können digital mit einem Motion Capture System erfasst werden. Diese Systeme können abbilden, wie sich eine Person bewegt.

Die Teilnehmer/innen haben nun die einmalige Möglichkeit ihre eigenen Bewegungen im Computer zu betrachten und aufzunehmen! Ebenfalls können die Teilnehmer/innen ein Feedbacksystem (Prototyp für Rehabilitation) kennenlernen und anschließend selbst ihr eigenes Feedbacksystem erstellen. Dieses System gibt dem Patienten eine optische Rückmeldung über die ausgeführte Bewegung bzw. Übung.

• Einblicke in die Technische Informatik
• Geschichte der Rechnerentwicklung
• Aufbau und Komponenten eines Rechners
• Digitale Informationsdarstellung (Kodierung von Zahlen und Zeichen, Funktionsweise elementarer logischer Schaltungen
• Einführung in die Programmierung
• Programmierung grafisch orientierter Lösungen mit Hilfe der didaktischen, objekt- und ebenfalls grafisch orientierten Entwicklungsumgebung Scratch
• Wichtige Konzepte der Programmierung wie Variablen, Kontrollstrukturen und Ergebnisbehandlung
• Datenschutz und Datensicherheit
• Bedeutung von Datenschutz und Datensicherheit in Zeiten von Facebook und Co.
• Geschichte der Kryptologie mit verschiedenen Chiffrieralgorithmen (z. B: die Cäsar-Verschlüsselung)
• Vertiefung der Programmierung; Programmierung mit Hilfe einer textuellen Programmiersprache (z. B. Python), wiederholte Betrachtung wichtiger Programmierkonzepte (z. B. auch Prozeduren, Funktionen und Rekursion)
• Autonome interaktive Systeme: Konstruktion und Programmierung von LEGO Mindstorm-Robotern, LEGO-Mindstorm zusammen mit Sensoren und Aktoren als eingebettetes System verwenden

Was ist Roberta?

Das Roberta-Konzept wurde vom Fraunhofer Insititut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme (IAIS) entwickelt, um junge Menschen – vor allem Mädchen – für Technik zu begeistern. Parallel dazu werden regelmäßig auch fächerübergreifende Aufgaben, die die Disziplinen anderer Naturwissenschaften mit einbezogen.

Roberta ist in vielen Altersstufen sinnvoll einzusetzen: Von der Sekundarstufe I bis zur Hochschule kann auf unterschiedlichem Niveau mit Roberta gearbeitet werden. Geeignetes Schulungsmaterial, zertifizierte Kursleitungen und Roboterkurse bietet das Roberta-Netzwerk für Mädchen sowie für Jungen an. Hierbei überzeugt das Fraunhofer IAIS durch seine Kompetenz bei der gendergerechten Vermittlung von Technologiewissen.

Ein zdi-Roberta-Zentrum bündelt, multipliziert und koordiniert die in der Region eines zdi-Zentrums bereits vorhandenen Angebote aus den Bereichen Informatik, Technik und Naturwissenschaften in seinen Robotik-Kursen, Workshops sowie AGs und Projekten. Diese Aktivitäten werden zusätzlich in den bestehenden zdi-Zentren angeboten.

Das zdi-Roberta-Zentrum Mülheim verfügt über 32 sog. Roberta-Boxen, die leihweise an Schulen und interessierte Personen ausgegeben werden können:

Die ROBERTA Box ist ein exklusives Produkt von LPE Technische Medien GmbH und dem Fraunhofer Institut für Intelligente Analyse und Informationssysteme (IAIS). Die Roberta Box ist eine auf Basis des LEGO MINDSTORMS Education NXT Systems ausgewählte Zusammenstellung von LEGO Education Materialien, Dokumentationen, Aufgabensammlungen, Software und Arbeitsmaterialien. Die Roberta Box stattet eine Arbeitsgruppe von 2-3 SchülerInnen grundlegend mit Materialien zum Bauen und Programmieren von Robotern nach den Konzepten und Inhalten des Roberta-Projektes „Lernen mit Robotern aus“. Die Roberta Box hat folgenden Inhalt: 1x LME NXT Basis Set (9797), 1x Roberta Testparcours, 1x LME NXT Software 2.0 Einzellizenz, 1x Roberta Aufkleber Set, 1x LEGO Transformator (9833), 1x Rollbandmaß, 1x Roberta Grundlagen Roberta-Reihe Band 1, 1x Roberta Grundlagen und Experimente Roberta Reihe Band 1 NXT, 1x Transparente, gelbe Kunststoffbox mit Deckel.

Das RobertaZentrum Mülheim veranstaltet jährlich einen zdi-Roboterwettbewerb, bei dem die Schülerinnen und Schüler ihre technischen Kenntnisse im Rahmen einer Competition unter Beweis stellen können.

Mehr zu den Inhalten und den Teilnahmebedingungen des Roboter-Wettbewerbs erfahren Sie hier:

zdi-Roboterwettbewerb auf www.zdi-portal.de

Weitere Informationen:

www.roberta-home.de