Wahlkurs pib – der humanoide Roboter aus dem 3D-Drucker
Am Ende des Schuljahres 2021/22 kam die Firma isento GmbH aus Nürnberg auf uns, das HSG, mit einem Kooperationsangebot zu. Sie boten uns die einzigartige Gelegenheit, den humanoiden Roboter pib (printable intelligent bot) gemeinsam mit Schüler:innen zu bauen. Der Clou: Alle äußeren Komponenten werden mit einem 3D-Drucker hergestellt.
Nach einem kurzen Austausch mit den Kooperationspartnern wurde die Zusammenarbeit gestartet und der Wahlkurs pib ins Leben gerufen, um Schüler:innen in die aufregende Welt des Roboterbaus einzuführen. Insgesamt entschieden sich 10 Schüler der Jahrgangsstufen 8 – 10 dafür, an dem neuen Wahlkurs teilzunehmen.
Der Kurs begann mit einer Einführung in die verschiedenen Aspekte des 3D-Drucks. Die Teilnehmenden erfuhren, wie man eigene 3D-Modelle am Computer mit CAD-Software erstellt und sie anschließend in für den Drucker verarbeitbare Dateien umwandelt – das sog. „Slicen“ der Druckteile. Hierbei erhielten sie einen Einblick in die Konfigurationsmöglichkeiten und das komplexe Zusammenspiel unterschiedlicher Druckeinstellungen, das notwendig zur Erstellung eines ansprechenden Druckergebnisses ist. Ihrer Kreativität konnten sie dabei freien Lauf lassen und pib Ergänzungen sowie persönliche Gravuren hinzufügen.
Nachdem die Teilnehmenden ihre Modelle entworfen hatten, wurden die einzelnen Komponenten von pib mit 3D-Druckern gedruckt. Dies war eine spannende Erfahrung, da alle hautnah miterleben konnten, wie ihre Entwürfe Schicht für Schicht zum Leben erweckt wurden.
Sobald die 3D-gedruckten Teile fertiggestellt waren, war es an der Zeit, pib zusammenzubauen. Die isento GmbH stellte uns dafür dankenswerterweise alle nicht-druckbaren Teile, wie Schrauben, Muttern, Kugellager, Motoren, usw. zur Verfügung. Grobe Anleitungen zum Zusammenbau wurden uns ebenfalls weitergegeben, wobei auch viel ausprobiert und mit etwas Tüfteln selbstständig entschieden werden musste, wie Teile verbunden werden. Diese Phase erforderte Geduld und Sorgfalt, da die korrekte Ausrichtung und Befestigung der Bauteile entscheidend für die Stabilität und Funktionalität von pib waren und mitunter erst beim Zusammenbau festgestellt wurde, dass gedruckte Komponenten nicht zusammenpassten. Getreu dem Motto „Was nicht passt, wird passend gemacht!“ wurden Einzelteile dann mit großem Engagement angepasst, indem sie gefeilt, gehämmert, zersägt oder Bohrungen durchgeführt wurden.
Nach dem erfolgreichen Zusammenbau des Korpus war es an der Zeit, pib mit der notwendigen Elektronik auszustatten. Die Teilnehmenden schlossen das mitgelieferte „Power Supply“ sowie die Steuerungsplatinen (Master-Brick und Tinkerforge-Bricklets) an und integrierten zunächst die Motoren zur Bewegung der Arm- und Finger-Komponenten. Mithilfe der Tinkerforge-Software und einfachen Schiebereglern wurden die einzelnen Motoren manuell von den Schülern getestet und deren Funktionsweise untersucht.
Anschließend erhielten die Schüler einen Einstieg in die Programmierung mit Python, um Algorithmen für den Raspberry Pi, das Herzstück von pib, umzusetzen. An den Einplatinencomputer, der im Kopf von pib montiert ist, ist ein Touchscreen (die „Augen“ von pib) und eine KI-fähige Kamera (der „Mund“ von pib) angeschlossen. Ziel ist es, pib nun mithilfe geeigneter Algorithmen „lebendig“ werden zu lassen.
Ob und in welchem Umfang uns das noch in diesem Schuljahr gelingt, bleibt spannend. Die Eigeninitiative und Motivation der Teilnehmenden lassen jedoch mehr als hoffen. Und wer weiß, vielleicht zwinkert unser HSG-pib bereits am Sommerfest 2023 allen Besucher:innen des HSG zu und begrüßt sie winkend.
Anja Eckstein und Marc Ziener
Als Teilnehmer des Wahlfachs pib (Robotik) habe ich unglaubliche Erfahrungen gesammelt. Wir begannen mit dem 3D-Druck der Bauteile und setzten die digitalen Designs in die Realität um. Das Zusammenbauen des Roboters war faszinierend, da wir ihn nach und nach zum Leben erwecken konnten. Anschließend folgte die spannende Phase des Programmierens, bei der wir Fähigkeiten des Roboters mithilfe entsprechender Algorithmen implementierten. Es war ein einzigartiges Erlebnis, den gesamten Prozess mitzuerleben und am Ende einen funktionierenden Roboter zu bestaunen.
Jakob (9D)
