LEGO MINDSTORMS NXT - Robotika prihajajoče generacije

Pametnejši, močnejši in še bolj spoznaven je robotski sistem LEGO MINDSTORMS NXT, igrača, ki nudi robotskim navdušencem in ljubiteljem igrač LEGO, starejšim od 10 let, neskončno število možnosti za gradnjo in programiranje robotov in drugih naprav. Nov način hitrega zagona in enostavnega grafičnega programiranja omogoča enostavno in uspešno izgradnjo ter programiranje robota v 30 minutah, razvojno orodje v okolju LabVIEW pa razširja možnosti njegove uporabe tudi za izobraževanje prihajajoče generacije nadobudnih strokovnjakov in bodočih znanstvenikov.

Dr. Tomaž Perme

Nova generacija robotov LEGO MINDSTORM NXT je uradno zagledala luč sveta letos jeseni in presegla vsa tržna pričakovanja. Že prejšnja generacija je bila najbolje prodajan program med vsemi igračami LEGO, sedanjo pa so kupci dobesedno razgrabili. Proizvodne zmogljivosti so enostavno premajhne, da bi lahko vsi navdušenci nemudoma prišli do svojega robota.

Bit robotov nove generacije

Najpomembnejši del robotov nove generacije MINDSTORM je inteligentna računalniško krmiljena kocka NXT s pripadajočim naborom zaznaval, pogonov in vmesnikov, ki dajejo robotu življenje oziroma mu omogočajo vodenje, gibanje in zaznavanje ter s tem izvrševanje različnih nalog. Jedro kocke NXT je 32-bitni mikrokrmilnik z 256 KB spomina, brezžično komunikacijo bluetooth, priključkom USB za nalaganje programa in komunikacijo z osebnim računalnikom, štirimi vhodnimi priključki za zaznavala, tremi izhodi za motorje, grafičnim prikazovalnikom LCD, velikosti 100 krat 64 točk, s štirimi tipkami za upravljanje in zvočnikom.

Kocka NXT s tipkami in zaslonom je srce robota nove generacije

Premikanje robota omogočajo trije servomotorji, ki so opremljeni z zaznavalom zasuka z natančnostjo ene kotne stopinje, kar omogoča krmiljenje zasuka in hitrosti vrtenja osi motorja. V programu lahko samodejno uskladimo delovanje dveh motorjev in s tem premikanje robota po ravni črti.

Namesto vida ima robot na razpolago ultrazvočno in svetlobno zaznavalo. Ultrazvočno zaznavalo meri razdaljo do predmetov v oddaljenosti od 0 do 255 cm z natančnostjo +/–3 cm in ga lahko uporabimo za izogibanje oviram, merjenje oddaljenosti in zaznavanje gibanja. Izpopolnjeno svetlobno zaznavalo pa omogoča razpoznavanje barv in jakosti svetlobe. Robot lahko z njegovo pomočjo sledi črti in loči predmete glede na njihovo barvo.

Zaznavalo zvoka meri jakost zvoka do 90 dB in ga lahko uporabimo za razpoznavanje zvočnih vzorcev in tonov, na katere naj se robot odzove. Zaznavalo dotika razlikuje med pritiskom, sprostitvijo in sunkom sile ter daje robotu možnost zaznavanja stika s predmetom. Uporabimo ga lahko na primer za zaznavanje prijema predmeta in trka ob oviro ali pa zgolj kot stikalno tipko. Digitalni vhodi omogočajo priključitev tudi drugih naprav, ki jih v tehnični in oblikovni skladnosti razvijajo drugi proizvajalci in razvijalci zaznaval in druge strojne opreme, kot je na primer digitalni kompas podjetja HiTecnic.

Kocko NXT oziroma krmilnik robota lahko programiramo na osebnem računalniku, program pa nanj naložimo preko brezžične povezave bluetooth ali povezave USB. Robot deluje neodvisno od računalnika, tehnologija bluetooth pa omogoča vodenje robota tudi na daljavo z uporabo mobilnega telefona ali dlančnika.

S sličicami do programa

Nova generacija robotov LEGO ima tudi novo programsko opremo, ki so jo razvili v sodelovanju s podjetjem National Instruments na osnovi njihovega grafičnega razvojnega okolja LabVIEW. Grafični programski vmesnik s sličicami osnovnih gradnikov in načinom primi in spusti nudi otrokom pa tudi profesionalnim programerjem intuitivno in zabavno programiranje. Enostavna uporaba programskega vmesnika omogoča hitro izdelavo programa, ki vodi robotsko mojstrovino tako, kot želijo njeni ustvarjalci.

Leta 1986 je National Instruments izdal inovativno programsko orodje LabVIEW, ki se je uspešno spopadlo z izzivi tekstovnega načina programiranja in z grafičnim okoljem ponudilo inženirjem in znanstvenikom z malo izkušnjami s programiranjem ali brez njih možnost, da hitro in enostavno razvijejo uporabne rešitve za široko področje uporab v raziskavah in industriji. Dvajset let pozneje so se s podobnimi izzivi spopadli tudi na področju igrač za otroke.

Glavna zahteva odgovornih za nadaljnjo usodo programa LEGO MINDSTORM je bila povezana ravno s programskim vmesnikom, ki mora omogočati otrokom, ne glede na njihovo znanje in sposobnost programiranja, izdelavo uporabnega programa v vsaj dvajsetih minutah, saj je robot brez programa le kup kock brez pravega življenja. S tem so želeli, da postane in ostane program LEGO MINDSTORM NXT predvsem igrača za otroke, starejše od 10 let, ki spodbuja njihovo ustvarjalnost in inventivnost.

Grafično okolje s sličicami gradnikov krmilnega programa robota

National Instruments je razvil tudi novo programsko opremo za grafično okolje LabVIEW, s katero lahko tudi drugi proizvajalci programske in strojne opreme razvijajo svoje izdelke za naslednjo generacijo robotskih sistemov. Programska oprema omogoča uporabniku poseganje v krmilni program krmilnika NXT med njegovim delovanjem in s tem naprednejše ter bolj zapleteno vodenje robota. Program, napisan v grafičnem okolju LabVIEW, lahko pošilja krmilnemu programu robota ukaze, le-ta pa mu vrača vrednosti spremenljivk, ki se jih lahko neposredno uporabi in prikaže v običajnem oknu programa LabVIEW na osebnem računalniku.

Veliki se lahko veliko naučijo

519 izbranih in slogovno oblikovanih elementov sistema LEGO TECHNIC zagotavlja izdelavo čvrste, trpežne in tudi na pogled pristne konstrukcije robota. LEGO je pripravil tudi 18 izzivov z jasnimi navodili, po katerih lahko uporabnik po korakih spozna nov sistem in gradi človeku ali živalim podobne robote, pa tudi vozila, stroje in druge naprave, ki jih lahko srečamo v vsakdanjem življenju.

Pri snovanju robotov sta omejitev samo ustvarjalnost in domišljija

Nedvomno je MINDSTORM NXT od vseh igrač najbolje dodal igri tehniko in tehniki igro. Zabrisal je mejo med njima in samo upati je, da bomo to priložnost znali izkoristiti tudi za povečanje priljubljenosti tehnike pri mladih.

In kaj pri tako dovršeni izobraževalni igrači še ostane velikim, razen da se začnemo igrati. Morda tudi to, da začnemo razmišljati, zakaj ni vsako programiranje »ta pravega« robota tako enostavno in hitro ter kje na poti od vrtca do službe smo izgubili ustvarjalnost in domišljijo, ki bosta poleg znanja v prihodnosti še kako pomembni za našo osebno konkurenčnost in konkurenčnost celotne družbe.