Robotik- und MINT-Ausbildung für Ingenieure der nächsten Generation

ECN-Innovationsartikel von Jun Ye, CEO von Pilot Labs

Heutzutage geht es bei „Innovation“ vor allem darum, Strategien neu zu erfinden und neue Geschäftsmodelle und neue Märkte zu schaffen. Es geht darum, neue Ideen auszuwählen und zum richtigen Zeitpunkt umzusetzen. In den letzten zehn Jahren sind viele neue Gadgets, neue Ideen und neue Geschäftsmodelle entstanden. Heute werden in den USA jeden Monat mehr als 15.000 Drohnen verkauft. Roboter, die von einem einzigen ARM-Prozessor angetrieben werden, können Tausende von Menschen erkennen. Mobiltelefone werden für Verbraucher zum wichtigsten Zahlungsmittel für Produkte und Dienstleistungen.

Veränderungen finden statt, und zwar schnell. Wachstumsbranchen wie diese werden Menschen brauchen, die neue und innovative Ideen entwickeln können und über das Wissen verfügen, die erforderliche Technologie zu entwerfen und zu entwickeln.

Die Bildungssysteme weltweit passen sich an, um die Schüler auf diese Zukunft vorzubereiten.

Unter diesen Veränderungen ist die MINT-Ausbildung (Naturwissenschaften, Technik, Ingenieurwesen und Mathematik) im letzten Jahrzehnt sehr schnell gewachsen.

Bis die heutigen Grund- und Sekundarschüler ihren Abschluss machen, wird mehr als die Hälfte der verfügbaren Stellen im MINT-Bereich angesiedelt sein und ein großer Teil des Rests wird von den Mitarbeitern MINT-Kenntnisse erfordern.

Ein wichtiger Teil der MINT-Ausbildung sind heute die Roboterprogramme. Wenn Schüler während ihrer Schulzeit mit der Robotik vertraut gemacht werden, können sie potenzielle Interessen und Talente entdecken, die sie auf diesem Arbeitsmarkt haben könnten. Daten zeigen, dass der Unterricht in Robotik bei jungen Studenten ihre Kreativität, ihr innovatives Denken und ihren Teamgeist verbessern kann. Die MINT-Ausbildung eröffnet ihnen eine völlig neue Welt und bringt spannende Möglichkeiten mit sich, zu denen sie sonst keinen Zugang hätten.

In den nächsten 10 Jahren werden Millionen von Arbeitsplätzen durch Technologie, insbesondere Robotertechnologie, verloren gehen, während Millionen neuer Arbeitsplätze geschaffen werden, Arbeitsplätze, die Kreativität, Innovation und Führung erfordern. Man kann mit Fug und Recht sagen, dass in fast allen Geschäftsbereichen Kenntnisse über Roboter erforderlich sein werden.

Beispielsweise wird ein Supermarkt immer mehr Kundendienstroboter, Lagerroboter und Wartungsroboter einsetzen. Das verändert den Arbeitsablauf und die Art und Weise, wie das Geschäft verwaltet wird. Wer über Roboterkenntnisse verfügt, ist bei einer Bewerbung für Führungspositionen im Vorteil. Für viele andere Unternehmen wird es genauso sein. Das Robotik-STEM-Programm gilt als eines der Schlüsselelemente, um unsere Studierenden auf die Zukunft vorzubereiten. Die Auswirkungen werden sehr tiefgreifend und weitreichend sein.

Der neu eingeführte Moorebot Zeus, der Kampfroboter mit bis zu 32 Servomotoren, ist ein ideales Lehrmittel für den MINT-Bereich. Ein kompletter Kurs rund um diesen Roboter wurde zusammengestellt und in einigen Teilen der Welt mit erstaunlichen Ergebnissen getestet. Der Kurs umfasst physische Montage, Softwareprogrammierung, Panzerungsdesign und Roboterwettbewerb. Am Ende jedes Kurses weckt das Erfolgs- und Freudegefühl bei den Studierenden außerordentliches Selbstvertrauen und kann auf lange Sicht eine positive Wirkung haben.

Bildunterschrift: Zeus ist ein komplexer Roboter mit über 200 Komponenten, darunter Motoren, PCBAs, Kabel, mechanische Teile und Panzerungen.

Der MINT-Kurs für die Zeus-Montage ist für eine schrittweise Ausbildung konzipiert und gliedert sich in viele aufeinander aufbauende Lektionen, um einen umfassenden Lehrplan in der Robotiktechnologie zu bieten.

Während des Montageprozesses lernen die Studierenden, den mechanischen Aufbau vom fertigen Roboter bis hin zu jedem einzelnen Bauteil zu verstehen. Sie lernen, mechanische Zeichnungen und die Montageanleitung zu lesen und die Ausrichtung, den Anschluss und andere Details herauszufinden.

Die Montagequalität überträgt sich in der Regel auf die Leistung und Stabilität des fertigen Roboters. Die Studierenden lernen außerdem, Probleme zu isolieren und zu identifizieren und entsprechende Abstimmungen und Anpassungen vorzunehmen. Dies hilft ihrer Geduld und erhöht ihre Konzentration, räumliche Visualisierung und Rationalisierung. Im Lieferumfang des Produkts sind mehrere Softwareprogramme enthalten. Sobald der Roboter zusammengebaut ist, können die Schüler seinen Roboter in Aktion sehen, vom Tanzen bis zum Boxen. Die Auszahlung ist die ganze Mühe wert.

Die Softwareprogrammierung ist der Hauptbestandteil der robotischen MINT-Ausbildung. Anders als noch vor 20 Jahren wird die Softwareprogrammierung heute für Programmierer deutlich vereinfacht, sodass neue Anwendungen schnell erstellt werden können. Bei der Erstellung von Softwareanwendungen stehen Ideen und Kreativität mehr im Mittelpunkt als die Codierung auf niedrigerer Ebene. Zeus bietet die richtigen Programmierelemente für die MINT-Ausbildung. Sobald das Zeus-Programmiertool installiert ist, ist die Steuerung des Roboters und das Erstellen neuer Bewegungen ein Kinderspiel.

Das Erlernen von Software bei gleichzeitigem Spaß ist eine ideale Methode für Einsteiger, sich mit Robotik vertraut zu machen. Die Servomotoren verfügen über eine Rückkopplungsschleife für die Winkelbewegung. Um eine Bewegung zu programmieren, versetzen die Schüler den Roboter einfach in den Programmiermodus und drehen den Arm oder das Bein von Punkt A nach Punkt B. Das Softwareprogramm merkt sich die Koordination jeder Motorbewegung und speichert sie in der Software.

Durch einfaches Wiederholen dieser Schritte können komplexere Bewegungen erzeugt werden. Die Schüler können den Roboter auch programmieren, indem sie Befehle zur Steuerung jedes Servomotors schreiben. Der Unterricht kann für Schüler unterschiedlichen Niveaus angeboten werden.

Wenn Schüler physische Roboter programmieren, können sie leicht erkennen, was schief läuft, während sie lernen, was Roboter können und was nicht. Sie erlernen die Fähigkeiten, die zum Erstellen präziser und genauer Anweisungen erforderlich sind, und haben Spaß daran, wertvolle Lektionen zu lernen. Der Unterricht in Robotik an Schulen bietet Schülern die Möglichkeit, der wachsenden Nachfrage nach dem Unterrichten von MINT-Fächern gerecht zu werden und gleichzeitig zu lernen, wie Naturwissenschaften, Ingenieurwesen, Mathematik und Technologie zusammenarbeiten und interagieren.

Anspruchsvolleren und fortgeschritteneren Schülern bieten die Programmierlektionen Unterricht in der Entwicklung eingebetteter C/C++- und Gerätetreiber. Alle Servomotoren im Zeus-Roboter werden von einem STM32-Chip gesteuert, einem der beliebtesten Motortreiberchips. Unter Verwendung von Open-Source-Bibliotheken wurden Lektionen für eingebettete C/C++-Codierung auf Basis des Zeus-Roboters für Schüler und Studenten erstellt.

3d Drucken

Ein weiteres einzigartiges Merkmal des Zeus-Roboters besteht darin, dass individuelle Rüstungen von Endbenutzern entworfen und von 3D-Druckern gedruckt werden können.

BILDUNTERSCHRIFT: Mithilfe von 3D-Drucktechnologien können Schüler Schutzpanzer und Komponenten für den Zeus-Roboter in verschiedenen Farben und Formen entwickeln.

Anders als die meisten humanoiden Roboterprodukte auf dem Markt ist der Zeus-Roboter so konzipiert, dass er einen einfachen Austausch individueller Rüstungen ermöglicht. Das Produkt wird mit einer Rüstung geliefert, die aus 12 Teilen besteht, darunter Kopf, Schultern, Hände, Taille und Knie, die jeweils neu gestaltet und ersetzt werden können. Es werden mechanische Designdateien bereitgestellt, um Benutzern die einfache Erstellung individueller Panzerungen zu erleichtern.

Dies öffnet die Tür für Kunstdesign- und Kreativitätsunterricht mit robotischer MINT-Ausbildung. Einige Schüler entwerfen sogar ein Outfit aus Stoff für den Roboter und machen daraus eine Mode. Es wird großartig sein, dass Roboter-STEM-Programme dabei helfen, die Fantasie von Kindern zu entfesseln.

Warum Wettbewerb?

Wettbewerb ist ein wesentlicher Bestandteil jeder Ausbildung. Moorebot Zeus, ein „Kampfroboter“, wurde speziell dafür entwickelt.

Die Schüler können als Teams arbeiten und miteinander konkurrieren.

Durch die Verwendung eines „standardisierten“ Roboters für den Wettbewerb beginnen alle Schüler auf Augenhöhe und nutzen das gleiche Basisrobotersystem und die gleichen Programmierelemente. Einige Schulen und Institute planen auch die Organisation eines Roboterwettbewerbs im „olympischen Stil“, bei dem Roboter in verschiedenen Spielen wie Hürdenlauf, Werfen usw. gegeneinander antreten.

Diese Art von Spielen kann strategische Planung, Teamarbeit und Siegesgeist fördern. Lektionen können nicht nur zum Wettbewerb, sondern auch zum Lösen von Problemen mit Spaß erstellt werden. Wir gehen davon aus, dass der Roboterwettbewerb ein wichtiger Bestandteil der MINT-Ausbildung werden wird.

Zu lernen, wie man einen Roboter baut und programmiert, kann ein komplexer und schwieriger Prozess sein.

Viele Studierende haben zunächst Schwierigkeiten mit den Konzepten und sind oft frustriert. Robotik in Schulen kann diesen Schülern helfen, ihre Frustration in Kreativität und Innovation umzuwandeln. Dies ist eine wertvolle Lektion fürs Leben, die unseren Schülern Ausdauer und Entschlossenheit bei der Bewältigung von Herausforderungen vermittelt.

Studierende, die Robotik erlernen, sind in der Lage, ihre Frustration dazu zu nutzen, sich mehr anzustrengen und höhere Ziele zu erreichen. All ihre harte Arbeit macht das Erreichen des fertigen Produkts am Ende noch schöner. Durch den Robotikunterricht lernen Studierende nicht nur, Probleme durchzuhalten und zu lösen, sondern helfen ihnen auch dabei, ihren Reifegrad zu steigern und sie auf Situationen in der realen Welt vorzubereiten.

Von der Steigerung der Kreativität bis hin zur Umwandlung von Frustration in Innovation – rund um einen guten Roboter kann für Bildungszwecke noch viel mehr entworfen werden.

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Jun Ye, CEO des Unternehmens: Pilot Laboratories, Inc.

Pilot Labs ist ein führendes Produktdesign- und Entwicklungsunternehmen, das modernste Technologien in den Bereichen künstliche Intelligenz (KI) und Internet der Dinge (IoT) nutzt. Das Produktportfolio des Unternehmens umfasst Roboter, intelligente Beleuchtung und drahtlose Sensorik. Pilot Labs entwickelt einzigartige, hochwertige Smart-Produkte, die Spaß machen, außergewöhnlich, personalisiert und inhaltsreich sind.

Weitere Informationen finden Sie hier unter http://www.moorebot.com