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Tag der offenen Tür
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Tag der offenen Tür

Fotos: © MINT-Kolleg/KIT

Interaktion von Mensch und Technik: Wie funktionieren Roboter?

Zum Tag der offenen Tür des KIT am Samstag, 27. Juni 2015, organisierte das MINT-Kolleg ein Mitmachangebot zu den Grundlagen der Robotertechnik

Die Interaktion mit Technik prägt unser Alltagsleben: Navigationssysteme erleichtern beispielsweise die Orientierung beim Autofahren, Touchscreens - auf Berührungen reagierende Bildschirme - führen am Bahnhof durch den Prozess des Fahrkartenkaufs. Eine intuitive, also auf natürlichen Bewegungsabläufen beruhende Nutzung steht bei der Interaktion zwischen Mensch und Technik im Vordergrund - so zum Beispiel in der Robotik. Doch wie funktioniert die Robotertechnik? Welche Rolle spielen dabei MINT-Grundlagendisziplinen wie Mathematik, Informatik, Physik und Chemie?

 

Mitmachangebot des MINT-Kollegs
Bei einem Mitmachangebot des MINT-Kollegs zum KIT-Tag der offenen Tür am Samstag, 27. Juni, lernten Kinder, Jugendliche und Erwachsene an mehreren Stationen die Grundlagen der Mechanik, Steuerung und Programmierung von Robotertechnik am Beispiel der LEGO Mindstorms kennen.

 

Analytische Geometrie in der Abstandsmessung

Welche Rolle die analytische Geometrie in modernen Navigationssystemen spielt, zeigte eine Station zur Abstandsmessung: Damit sich ein Roboter im Raum selbständig sicher bewegen kann, muss er sich ein Bild von seiner Umwelt machen und analysieren, wie weit er von seinem Ziel sowie von anderen Objekten entfernt ist. Das Experiment gab den Besucherinnen und Besuchern Gelegenheit, die der Abstandsmessung zugrunde liegenden Prinzipien selbständig zu ergründen. In einer begleitenden Posterausstellung stellte das MINT-Kolleg zudem verschiedene mathematische Konzepte vor, die in technischen Systemen eingesetzt werden, um Entfernungen zu anderen Objekten oder um Ortspositionen in einem Koordinatensystem mit Hilfe physikalischer Messungen zu berechnen.

Algorithmen und Farbsensoren

Wie ein Roboter einen Algorithmus als eindeutige Handlungsvorschrift verstehen und in Verhalten umsetzen kann, demonstrierte eine weitere Mitmachstation: Hier löste ein Lego Mindstorm auf Basis eines programmierten "Layer by Layer"-Algorithmus (LbL) einen "Zauberwürfel" - ein mechanisches Geduldspiel, auch bekannt unter der Bezeichnung "Rubik's Cube". Um den Würfel Ebene für Ebene lösen zu können, scannte der Roboter mittels Farbsensor zunächst alle Seiten des Würfels. Nach der Berechnung der mit dem Farbsensor gemessenen Werte drehte er die jeweiligen Ebenen so lange, bis alle Seiten des Würfels jeweils nur eine bestimmte Farbe aufwiesen. Besucherinnen und Besucher hatten an diesem Stand außerdem Gelegenheit, im Wettstreit mit dem Roboter selbst einen Rubik's Cube zu lösen.

Fahrabläufe programmieren

Wie sie das Fahrverhalten eines Roboters programmieren können, lernten Besucherinnen und Besucher an einem weiteren Experimentestand. An einem Notebook setzten sie in einem einfachen Programm das gewünschte Fahrverhalten eines an den Computer angeschlossenen Mindstorm-Roboters in Steuer- und Bewegungsbefehle um. Ihren Vorkenntnissen entsprechend konnten die Besucherinnen und Besucher unterschiedliche Schwierigkeitsgrade für das Programmieren des Fahrverhaltens wählen - beispielsweise "geradeaus fahren", "abbiegen", "ein Hindernis umfahren" oder "Teilstrecken abfahren, die in einem bestimmten Winkel zueinander stehen".

Zeichnen und Wettrennparcours

Besonders beliebt bei Kindern und Jugendlichen war der zeichnende Lego Mindstorm, der die von den Besucherinnen und Besuchern in einem Grafikprogramm am Computer entworfenen Bilder auf einem Blatt Papier nachzeichnete. Auf einem Wettrennparcours hatten sie zudem Gelegenheit, einen Roboter auf einer vorgegebenen Strecke um Hindernisse fahren zu lassen.

 

Über den Tag der offenen Tür/Wissenschaftsfestival EFFEKTE 2015
Der Tag der offenen Tür war ein Beitrag des KIT zum Wissenschaftsfestival EFFEKTE 2015 "Zukunft der Stadt - Stadt der Zukunft", das von Samstag, 27. Juni bis Donnerstag, 2. Juli bereits zum zweiten Mal in Karlsruhe stattgefunden hat. EFFEKTE ist zudem Teil des Karlsruher Festivalsommers, den die Stadtmarketing Karlsruhe GmbH anlässlich des 300. Karlsruher Stadtgeburtstags von Mittwoch, 17. Juni bis Sonntag, 27. September, organisierte.