Braitenberg Vehikel

Wie intelligent müssen Insekten sein?

Ein Braitenberg Vehikel mit dem BBC micro:bit

Jakob staunt über Käfer, der vor seiner Taschenlampe wegläuft „Boah!. Wer sagt, dass Insekten dumm sind! Das ist ja gar nicht so leicht mit den Augen und Fühlern Dinge wahrzunehmen und dann überlegen, wohin man läuft! Einen Roboter so zu programmieren, stelle ich mir mega-schwierig vor!“

Lea: „ez …“

Aufgabenstellung

Diese „Wesen“ wurden vom Südtiroler Valentin Braitenberg erdacht und zeigen, dass schon einfache Mechanismen recht komplexe Verhaltensmuster erzeugen können. Er konzipierte insgesamt 14 Fahrzeugtypen deren Verhalten bewusst teilweise mit tierischen Verhaltensmustern verglichen wurden. Je nachdem wie Sensoren mit zwei Motoren verschaltet werden, ergeben sich Verhaltsmuster wie zB die Flucht vor Geräuschen oder Licht, oder ein aggressives darauf zusteuern.

Der BBC micro:bit soll auf einem Fahrzeug mit 2 unabhängigen Rädern angebracht werden und mit 2 Sensoren für zB Licht ausgestattet werden („LDR“ – Light Dependent Resistor“). Dafür gibt es entweder fertige Bausätze, wie zB von Kitronik und Sensoren wie zB von AZ-Delivery.

Materialien

BBC micro:bit
1 Fahrzeug für den BBC micro:bit mit 2 Motoren, zB von Kitronik
2 lichtabhängige Widerstände (LDR) und 2 passende Widerstände (je nach Modell des LDR) oder fertige Module wie zB von AZ-Delivery

Zeitaufwand

etwa 2 Schulstunden (eine Stunde für das Entwickeln des allgemeinen Codes und eine Stunde für Experimente mit verschiedenen Verhaltensmustern)

Schwierigkeitsgrad

Kompetenzen

Du lernst

vernetztes und fachübergreifendes Denken
das Formulieren und Kodieren von einfachen Abläufen in formalen Algorithmen
Verständnis für einfache Mess- und Steueraufgaben
dass scheinbares komplexes Verhalten schon durch einfache Strukturen und Regel erzeugt werden können

Unterrichtsfächer

INF, BU, PH

Tipps und Hilfestellung

Biege den langen Draht in eine herausfordernde, aber dennoch schaffbare Form für die spätere Geschicklichkeitsübung. Die beiden Enden sollten dann parallen und gerade nach unten zeigen.
Damit das Drahtlabyrinth nicht in der Luft schwebt sollte es auf einem passenden Brettchen befestigt werden - 2 kleine Löcher darin sorgen dafür, dass das Drahtlabyrinth einfach hineingesteckt werden kann.
Ein Berühren des Drahtes in der Hand mit dem Labyrinth kann der BBC micro:bit durch das Fließen von elektrischen Strom feststellen. Dazu müsste ein vollständig geschlossener Stromkreis entstehen, der vom 3 Volt Ausgang über ein Kabel mit Krokoklemme zum Labyrinth und von der Drahtschleife in der Hand zum Eingang P0 vom BBC micro:bit zurückgeht. Keine Angst – eine Spannung von 3 Volt ist für den menschlichen Körper nicht gefährlich!
Das Programm braucht eine Variable durch die mitgezählt werden kann, wie oft es zu Berührungen gekommen ist. Diese muss beim Start des Programms auf Null gesetzt werden. Bei jedem „Ereignis“ am Eingang P0 soll sie um eins erhöht werden. Überlege Dir vielleicht auch ein Symbol das bei einer Berührung angezeigt werden soll und/oder einen Ton der ausgegeben werden soll (beim BBC micro:bit v2).
Am Ende des Labyrinths soll durch Drücken einer Taste (such Dir eine aus!) das Ergebnis angezeigt werden.

Erforderliche Programmierblöcke

Variable <spoiler text="Block"> </spoiler>
Verschachtelte bedingte Anweisungen <spoiler text="Block"> </spoiler>
dauerhaft <spoiler text="Block"> </spoiler>
beim Start <spoiler text="Block"> </spoiler>
schreibe analogen Pin <spoiler text="Block"> </spoiler>
zeichne Balkendiagramm <spoiler text="Block"> </spoiler>

Eckpfeiler zur Programmierung

Schritt für Schritt zur Lösung

Hinweise zur Lösungsfindung und die Lösung findest du auf der Lösungsseite zu diesem Beispiel.

Präsentation und Reflexion

Stelle dein Ergebnis vor! Was kann dein Projekt?
Was hat dir bei der Entwicklung deines Produkts gefallen?
Welche Schwierigkeiten hast du gehabt? Wie konntest du sie lösen?
Erläutere, wie dein Programm aussieht!
Welches Verhalten erzeugt dein spezielles „Insekt“ und was hast du dafür gemacht?

Weiterentwicklung

Recherchiere im Internet nach den „Braitenberg Vehikel“ und schaue dir genau an, welche unterschiedlichen Verhaltensmuster diese zeigen
Versuche einige dieser unterschiedlichen Kreaturen nachzubauen, indem du die eingelesenen Messwerte der Sensoren auf unterschiedliche Art und Weise in Kommandos für die beiden Motoren umrechnest!