Das Kind muss endlich Programmieren lernen – Teil 1: Der Roboter

In der letzten Zeit häufen sich die Stimmen, die meinen, das Programmieren in Zukunft eine Kompetenz sein sollte, die alle Kinder frühzeitig erwerben (“Erste Fremdsprache = Programmiersprache”). Selbstredend teile ich diese Meinung. Die Frage ist vielleicht weniger ob man Kinder an das Programmieren heranführt, sondern vielmehr wie man das macht. Das Ziel muss es schließlich sein, Begeisterung zu erwecken. Mit dem Calliope Mini scheint beispielsweise eine erste deutschlandweite Kampagne durchzustarten. Diese richtet sich an Schülerinnen und Schüler ab der dritten Klasse. Was aber ist das richtige Einstiegsalter für das Thema? Meine Meinung: Es kann nicht früh genug sein, solange es den Kindern Spaß macht. Ich bin nun über zwei Projekte gestolpert, die vielleicht schon für Drei- bis Vierjährige interessant sein könnten. Zum einen handelt es sich dabei um das Spiel Lightbot von dem im Rahmen der Hour-of-Code auch eine kostenlos spielbare Variante entstanden ist. Und kürzlich bin ich dann auf den Cubetto gestoßen, der das gleiche Prinzip mit einem anfassbaren Aufbau umsetzt. In beide Konzepten ist es das Ziel, einen Roboter mit einfachen Befehlen zu programmieren (“ein Feld vorwärts” oder “90-Grad-Drehung nach links”) und damit einen Parcours zu bewältigen. Das inspirierte mich, ebenfalls einen programmierbaren Roboter zu bauen. Zum Cubetto-Projekt sei erwähnt, dass deren Macher eine Anleitung zum Nachbau des Systems frei veröffentlicht haben. Das finde ich eine prima Idee. Meine Maker-Ehre trieb mich aber dennoch an, eine eigene Lösung zu entwickeln. Dieser Post beschreibt den Aufbau des Roboters. Hoffentlich folgt bald noch die Programmierumgebung, die es erlaubt, dem Roboter Leben einzuhauchen (das erinnert mich daran, dass ich mal mein Boot-Projekt zuende bringen muss …).

Der erste Schritt beim Aufbau des Roboters ist die Konstruktion der Bodenplatte, auf der später die Antriebseinheit und die Steuerungselektronik untergebracht werden. In der Bodenplatte sind bereits die Aussparungen für die Räder vorgesehen.

01_bodenplatte

Das Fahrwerk wird aus Bauteilen zusammengesetzt, die aus alten Märklin-Baukästen stammen. Ich hatte mal in einem Anfall von Nostalgie einige Reste von solchen Baukästen günstig bei ebay zusammengekauft. Bisher hatte ich aber noch gar keinen wirklichen Einsatz dafür. Endlich ändert sich das.

02_achsen

Die beiden Räder werden einzeln gesteuert. Damit wird das Kurvenfahren ermöglicht, ohne das eine Lenkung im eigentlichen Sinne umgesetzt werden muss. Das gleiche Prinzip kommt auch bei Raupenfahrzeugen zum Einsatz: Wenn das Vehikel um eine Kurve fahren soll, drehen sich die beiden Achsen gegenläufig, beim Vorwärts- und Rückwärtsfahren drehen sie sich jeweils in die gleiche Richtung. Den Antrieb für die beiden Achsen liefern zwei Mini-DC-Motoren mit integriertem Getriebe.

03_motor

Nun muss noch für die Ansteuerung der beiden Motoren gesorgt werden. Das Gehirn dafür ist ein NodeMCU v3. Das ist im Prinzip eine Kombination aus einem ESP8266-Wifi-Modul und einem Arduino. Man kann also kabellos damit kommunizieren und gleichzeitig hat man diverse Schnittstellen, um weitere Elektronikbauteile anzuflanschen. Die Ansteuerung der beiden Motoren übernimmt auch gleich ein ganz einfaches und günstiges Bauteil: ein HG7881 Motortreiber. Die Programmierung dieses Bauteils über den Arduino ist ein Kinderspiel.

04_elektonik

Zu guter Letzt soll noch eine Möglichkeit integriert werden, damit der Status des Roboters nach außen vermittelt werden kann. Dazu spendiere ich ihm eine grüne LED, die immer leuchtet, wenn die Stromversorgung steht. Außerdem habe ich einen Neopixel-Ring integriert, der lustige Farbspiele zeigen kann, etwa, wenn eine Programmieraufgabe mit dem Roboter erfolgreich absolviert wurde.

08_neopixels[Beispiel-Lichtspiel-Video durch Klick auf das Bild]

Sowohl die grüne LED als auch der Neopixel-Ring werden in den Deckel des Roboters integriert und mit dem NodeMCU verkabelt.

06_leds

Das Gehäuse wird noch durch einen stylischen Wolf belebt und dann kann sich der Roboter auf den Weg machen.

07_ergebnis

Hoffentlich gibt es bald den zweiten Teil dieses Posts, sodass der Roboter auch programmiert und zum Einsatz gebracht werden kann. Aktuell lässt er sich nur über eine kleine Webschnittstelle und einen Browser steuern. Seine Bestimmung wird er aber erst finden, wenn eine kindgerechte Programmierung unterstützt wird.

Ach ja, und nun noch an alle, die denken: “Ein dreijähriges Kind soll Programmieren lernen? Typisch helikopterartige Drill-Tiger-Eltern! Pfui!” Ja. Stimmt. Bau’ ich trotzdem. So.

PS: In Zukunft werde ich auch Code und Schaltzeichnungen/Verkabelungspläne unter GitHub veröffentlichen: https://github.com/pjenke/makerguy

Spielzeug Selber Machen

Kinder lieben Spielzeug. Das ist nun keine bahnbrechende Erkenntnis. Allerdings lieben Kinder nicht immer das gleiche Spielzeug, das auch die Eltern toll finden. Die Rosa-Bunt-Quietsch-Blink-Mafia, die ihre Produkte gerne in Spielwarengeschäften ausstellt, hat beispielweise ein Sortiment, das mich nicht so anspricht. Das Kind soll sich gerne hier und da was davon aussuchen, aber vielleicht lässt sich das ergänzen? Ja, das lässt sich ergänzen: mit DIY-Spielzeug. Das gefällt dem Kind tatsächlich auch, insbesondere, weil man es sogar gemeinsam bauen kann. In den letzten Monaten sind so ein paar Spielzeuge bei uns entstanden von denen ich hier berichten möchte.

Zunächst ist da die Schokoladentafel. Die wird aus Sperrholzresten gemacht. Die einzelnen Stücke werden zurechtgesägt und am Rand ein wenig angeschliffen. Manche Stücke kommen einzeln vor, manche hängen zusammen. Die zusammenhängenden Stücke unterteilt man einfach mit einer kleinen Kerbe. Zuletzt werden die Stücke noch in eine kleine Pappschachtel eingepasst – fertig ist die Schokoladentafel.

schokolade

Von der Schokoladentafel zum Einkaufsladen ist es eigentlich nicht mehr weit. Fehlt nur noch das Zahlungsmittel. Mit der Kinderkasse ist das bargeldlose Zahlen bereits vorgesehen. Vielleicht ist es aber dennoch schön, auch ein paar Münzen klimpern zu lassen. Ein Eierbecher dient als Schablone für etwas Karton-Zuschnitt. Die Scheiben werden beidseitig mit Gold- oder Silberstift angemalt und bekommen ihre Wertzahlen. Los geht’s mit der kapitalistischen Früherziehung!

muenzen

Digitalisierung ist in aller Munde, vielleicht haben wir ja bald alle Haushaltsroboter. Höchste Zeit, dass auch das Kind auf diese Zeit vorbereitet wird. Auch für den Roboter kommen lauter kleine Holzreste zum Einsatz. Der T-förmige Torso zeigt, wie stark der Roboter ist. Die Gliedmaßen und der Kopf werden mit Schrauben am Rumpf befestigt. Dazu werden die Löcher vorgebohrt, damit die einzelnen Teile zueinander beweglich bleiben. Asimov freut sich!

roboter

Das Wasser haben wir ja bereit mit dem Boot erobert. Fehlt noch der Luftraum. Auch hier setzen wir das Fahrzeug aus Holzresten zusammen. Der Rumpf wird aus einer Leiste mit quadratischem Querschnitt gefertigt. Die beiden Enden sind dynamisch und luft-schnittig abgeschrägt. Die Flügel und die Heckflosse werden aus Sperrholz gesägt. Zur Befestigung werden in den Rumpf passende Kerben geschnitten und die Bauteile mit einem kleinen Nagel fixiert. Die Passagiere bekommen einen Gummigurt und nehmen (nicht ganz realitätsgetreu) auf der Maschine Platz.

flugzeug

Das Kind hat neuerdings die Dinosaurier für sich entdeckt. Einem Buch zum Thema ist zu entnehmen, dass man die Knochen der Dinosaurier in der Erde finden kann und einfach ausbuddeln muss. Leider hat eine erste Suche im Garten dieses Versprechen nicht halten können. Als Abhilfe dienen diese beiden Knochenattrappen, die aus Sträucher-Schnitt-Holz entstanden sind. Die können wunderbar in der Sandkiste verbuddelt werden und dann von dem Mini-Archäologen geborgen und natürlich klassifiziert werden (“Tyrannosaurier oder Flugsaurier?” Man weiss es nicht.).

knochen

Zugegeben, all’ das Spielzeug erfährt nicht immer die gleiche Aufmerksamkeit wie das aus der Glitzer-Bunt-Fraktion. Als kleine Ablenkung zwischendrin ist es aber allemal geeignet.

“Lea* auch Boot!”

Ich war da etwas naiv. Wir konnte ich meinen, dass ich auf einem Flohmarkt für Kinderspielzeug ein Playmobil-Schiff kaufe und es dann für mich behalte? Das muss man sich mal vorstellen: das Schiff für mich und was bekommt das Kind? Das Kind jedenfalls sieht das (zurecht!) nicht ein. Es bleibt mir also nichts anderes übrig, als dem Kind auch ein Schiff zu organisieren. Warum nicht selber machen?

Ganz wie ein Künstler, beginne ich mit einem rohen, alten Stück Holz. Wie man sehen kann, hatte das Holz schon die eine oder andere Aufgabe im Garten und war nicht mehr taufrisch. Das macht aber nix. Die Schleifmaschine wirkt Wunder.

01_holzblockFür dieses Projekt habe ich keinen Plan gezeichnet, daher war die Länge des Holzstücks automatisch die richtige. Auf der Oberseite und seitlich habe ich die Konturen des Segelbootes eingezeichnet. Wahrscheinlich drehen sich jetzt einige Schiffbauer im Grabe um, aber nach meiner Laienvorstellung sieht so ein Rumpf aus:

02_form_gesaegtFehlt noch das Segel. Dazu habe ich einen Mast aus einem Haupt- und einem Querbalken erstellt (auch hier fehlt mir leider das Fach-Vokabular).

03_mit_mastIn die Balken werden kleine Löcher gebohrt, in denen am Ende das Segel befestigt werden kann. Da das Segel genäht werden sollte, musste ich es leider fremd-fertigen lassen. Glücklicherweise konnte ich durch geschickte Heirat bereits im Vorfeld dafür eine hervorragende In-House-Lösung schaffen.

04_mit_segelFertig ist das Segelboot!

Damit sind die Gemüter alle wieder beruhigt. Das Kind hat ein Boot und Papa kann an seinem Projekt weitermachen …

* Wahrer Name der Redaktion bekannt.

Der Trecker ist weg!

Es ist ja einfach so. Alle wollen das Beste für ihr Kind und so kauft man (neben vielen anderen Sachen) immer weiter ökologisch einwandfreies, pädagogisch wertvolles Bio-Spielzeug. Zur Förderung der motorischen Fähigkeiten zum Beispiel ein Holzpuzzle. Keine zwei Tage ist es her, dass der freundliche Mann von DHL das Fahrzeugpuzzle vorbeigebracht hat, schon ist das Drama groß: Der Trecker ist weg! Und nun?

trecker01Ein neuer Trecker muss natürlich vor allem in die dafür vorgesehene Öffnung passen. Daher wird zunächst der Umriss “abgepaust” und auf eine Papierschablone übertragen.

trecker02Die Papierschablone hilft dann beim Einzeichnen der Umrisse auf etwas Sperrholz.

trecker03Glücklicherweise sind die alte Laubsäge und etwas feines Schmirgelpapier noch zur Hand. So kann man den neuen Trecker recht schnell erahnen.

trecker04Als viel größere Herausforderung als das Zurechtsägen, stellt sich aber die Bemalung heraus. Es ist gar nicht so einfach, eine lösemittelfreie, für Kinderspielzeug geeignete Farbe zu finden, die man auf Holz auftragen kann. Uns blieb nur, auf Farbe zu verzichten und uns mit den Konturen zufrieden zu geben. Die Konturen kann man mit dem Lötkolben einbrennen.

trecker05Jetzt fehlt noch der Anfasser, der aufgeklebt und mit einer kleinen Schraube von hinten fixiert wird.

trecker06Welch ein Glück, jetzt klappt es auch wieder mit dem Puzzle.

trecker07Zugegebenermaßen fügt sich der neue Trecker nicht ganz nahtlos ins Bild der anderen Fahrzeuge ein. Aber so ist das eben mit den Treckern, die sind zum Arbeiten da und nicht zum schön aussehen.