Auch in diesem Jahr gibt es wieder einen zdi-Roboterwettbewerb. Zum zdi-Roboterwettbewerb 2022 könnt ihr euch ab sofort über die MINT-Community NRW anmelden.

Der zdi-Roboterwettbewerb 2022

Wer das neue Jahr direkt mit einer spannenden Herausforderung im Robotikbereich starten will, ist beim zdi-Roboterwettbewerb genau richtig! Ab sofort könnt ihr euch für die Saison 2022 anmelden. Das Motto lautet in diesem Jahr „RE•use | RE•duce | RE•cycle – aus Alt mach Neu“; es geht also um aktuelle Herausforderungen im Recycling und der Kreislaufwirtschaft. Die Aufgaben zum Wettbewerb findet ihr in der entsprechenden Gruppe der MINT-Community NRW. Hierüber laufen auch alle Anmeldungen. Um euch zum zdi-Roboterwettbewerb anmelden zu können, müsst ihr also erst Mitglied der MINT-Community werden (das geht aber ganz einfach und ist kostenlos).

Am zdi-Roboterwettbewerb können Schüler*innen aus NRW in Teams teilnehmen. Es gibt zwei Wettbewerbskategorien: Robot-Game und Robot-Performance. In unserem Artikel zum zdi-Roboterwettbewerb im letzten Jahr haben wir sie euch bereits kurz vorgestellt. In beiden Kategorien nutzen die Teilnehmenden LEGO®-Roboter, die selbst konstruiert und programmiert werden müssen. Weitergehende Vorgaben gibt es nicht – ihr könnt also den aktuellen LEGO® Education SPIKE™ Prime nutzen, aber auch ältere Modelle wie den LEGO® Mindstorms® EV3 oder den LEGO® Mindstorms® NXT.

Die Saison startet mit Lokalwettbewerben, bei denen sich Teams für die Regionalwettbewerbe qualifizieren können. Den Abschluss macht dann das große NRW-Finale im Juni.

Wir wünschen allen Teilnehmenden Teams jetzt schon viel Erfolg und natürlich vor allem Spaß!

Schon seit einiger Zeit bekommen wir wegen der Einstellung des LEGO® Mindstorms® EV3 immer wieder Fragen zum EV3, der neuen Software EV3 Classroom und dem SPIKE™ Prime gestellt. Um die (durchaus berechtigte) Verwirrung hoffentlich ein bisschen zu lösen, beantworten wir in diesem Übersichtsartikel die häufigsten Fragen.

Welche Versionen des LEGO® Mindstorms® EV3 gibt es?

Den LEGO® Mindstorms® EV3 gibt es zum einen als Home-Version, also als Robotik-Set, das für Kinder und Jugendliche gedacht ist, die es in der Freizeit benutzen. Dieses Set hat die Artikelnummer 31313. Das Set ist auf der LEGO®-Website nicht mehr verfügbar.

Daneben gibt es die Education-Variante des EV3, die also für den Einsatz in der Schule gedacht ist. Das Basis-Set hat die Artikelnummer 45544 und ist für zwei Schüler*innen ausgelegt (es ist aber nur ein EV3-Baustein enthalten, man kann also nur einen Roboter damit bauen). Die Hauptunterschiede zur Home-Version sind die Sortierbox, ein Ultraschall- und ein Gyrosensor. Dafür beinhaltet das Set im Gegensatz zur Home-Version keine Fernbedienung und keinen Infrarotsensor. Das Set 45544 ist auf der Website von LEGO® Education ebenfalls nicht mehr zu finden. Passend dazu existiert noch ein Erweiterungsset mit der Nummer 45560, das mehr Steine und weitere Elemente enthält. Auch diese beiden Sets werden von LEGO® Education zum 30.06.2021 eingestellt.

Welche Versionen des SPIKE™ Prime gibt es?

Der SPIKE™ Prime ist der neueste Roboter aus dem Hause LEGO®. Wir haben ihn letztes Jahr ausführlich getestet und euch vorgestellt. Im Namen lauert aber bereits die erste Falle: „SPIKE™ Prime“ heißt nur die Education-Variante mit der Artikelnummer 45678. Wie die Education-Variante des EV3 ist auch hier eine Sortierbox enthalten und es gibt ein Erweiterungsset mit der Nummer 45680, das weitere Teile, größere Reifen, einen großen Motor und einen Farbsensor enthält.

Die Home-Version des SPIKE™ Prime ist das Set „LEGO® Mindstorms® Roboter-Erfinder“ oder auch „Robot Inventor“ (beide Namen werden auf der Produktseite verwendet) mit der Nummer 51515. Auch dieses Set haben wir euch auf dem Blog vorgestellt. Bis auf wenige Unterschiede beinhalten SPIKE™ Prime und der Roboter-Erfinder die gleiche Hardware.

Wie sieht es mit der Software aus?

Die ursprüngliche EV3-Software, die auch in den meisten Schulen (noch) im Einsatz ist, heißt „EV3 Lab“ und basiert auf dem grafischen Programmiersystem LabVIEW. Da eine neue Software veröffentlicht wurde, wird die alte nicht mehr weiterentwickelt. Sie kann aber aktuell noch über die Website von LEGO® Education heruntergeladen werden. LEGO® Home hat allerdings angekündigt, dass ab Ende Juni 2021 die LEGO® Mindstorms® EV3-Programmier-App auf den üblichen Online-Plattformen nicht mehr erhältlich sein wird.

Die neue Software „LEGO® Mindstorms® Education EV3 Classroom“ gibt es seit September 2020. Sie hat die Form einer App und wird offiziell nur von Windows 10 sowie macOS X, Chromebook, iOS und Android unterstützt. Auf Windows 7 und 8 läuft sie also nicht. Ihr könnt sie ebenfalls über die Website von LEGO® Education herunterladen.

Diese neue EV3-Software ist der Software des SPIKE™ Prime sehr ähnlich. Beide basieren auf der visuellen Programmiersprache Scratch und bieten ähnliche Programmiermöglichkeiten. Die Software für den SPIKE™ Prime heißt „LEGO® Education SPIKE“ und hat die gleichen Systemvoraussetzung wie EV3 Classroom. Sie bietet neben der visuellen Programmierung mit Scratch auch die Möglichkeit, die textuelle Programmiersprache Python zu nutzen. In der EV3-Classroom-Software gibt es diese Möglichkeit hingegen nicht. LEGO® hat allerdings ein Micropython-Modul für die Programmierumgebung VS-Code herausgebracht.

Den „Roboter-Erfinder“ könnt ihr ebenfalls über eine App programmieren. Die „Roboter-Erfinder-App“ ist der SPIKE-App sehr ähnlich und enthält nur ein paar zusätzliche Funktionen, wie die Möglichkeit, den Inventor per App fernzusteuern. Auch in der Roboter-Erfinder-App könnt ihr sowohl visuell in Scratch und textuell in Python programmieren. Herunterladen könnt ihr die App über den App Store, den Google-Playstore, über Microsoft und auch über den amazon appstore.

Welches Set soll ich jetzt kaufen?

Unserer Meinung nach lohnt es sich auf lange Sicht nicht mehr, bei einer Neuanschaffung auf den EV3 zu setzen. Schulen, die sich komplett neu ausstatten möchten, sollten sich lieber den SPIKE™ Prime anschauen. Er bietet ein rundes Aufgaben-Portfolio, das spannende MINT-Projekte ermöglicht, allerdings nicht als Selbstlern-Projekt konzipiert ist. Eltern, die für ihre Kinder nach einer spaßigeren Alternative suchen, finden im Robot Inventor einen schönen Einstieg in die LEGO®-Robotik-Welt. Da hier die Unterstützung durch LEGO® gesichert ist, würden wir auch hier den Robot Inventor dem EV3 vorziehen.

Das lange Warten hat ein Ende! Endlich können wir unseren SPIKE™ Prime, den neuen Roboter aus dem Hause LEGO® Education, in den Händen halten. Seit dem 9. Januar 2020 ist der für die 5. bis 8. Klasse konzipierte Roboter nun offiziell erhältlich, nachdem die eigentlich für August 2019 geplante Veröffentlichung deutlich nach hinten verschoben worden war. Darum freuten wir uns umso mehr, als nun der Paketbote mit dem SPIKE™ vor der Tür stand.

In unserem Testbericht erfahrt ihr, ob der SPIKE™ Prime unserer Vorfreude gerecht wird. Als Bonus schauen wir uns darin neben dem Basis-Set 45678 auch noch das Ergänzungsset 45680 an.

Darum geht`s

Dieser Artikel ist ein sehr ausführlicher Test und darum in drei Teile gegliedert. Alle, die einen kurzen Überblick haben wollen, finden hier unseren Kurzbericht zum SPIKE™. Im ersten Teil (also in diesem Artikel) geben wir eine detaillierte Übersicht darüber, welche Hardware im SPIKE™ Prime Basis-Set und im Ergänzungsset enthalten ist. Der zweite Teil beschäftigt sich dann mit der SPIKE™ Prime-App und der Programmierung. Im abschließenden dritten Teil geht es um Einsatzmöglichkeiten des SPIKE™ Prime in der Schule (passend dazu bieten wir in diesem Jahr auch Kurse und Fortbildungen für Lehrkräfte an) und wir formulieren unser Gesamtfazit.

Nebenbei versuchen wir im Artikel Antworten zu finden auf Fragen, die ihr uns zum SPIKE™ Prime gestellt habt, wie: „Braucht man das Ergänzungsset zwingend?“, „Wie steht es nun um den EV3?“, „Wie wird der SPIKE™ Prime programmiert?“ oder „Eignet sich der SPIKE™ Prime für Wettbewerbe?“.

Die Zielgruppe

Der SPIKE™ Prime ist für die 5. bis 8. Klasse konzipiert und soll den seit 2013 erhältlichen EV3 nicht ablösen, sondern das Portfolio von LEGO® Education erweitern: Der WeDo 2.0 für die Grundschule, dann der SPIKE™ Prime bis Klasse 8 und ab Klasse 9 der EV3.

Aber fangen wir nun mit dem großen Test an: Bei jedem Test arbeiten wir uns von außen nach innen vor und darum geht es auch direkt los mit der SPIKE™ Prime Box und ihrem Inhalt.

Was ist in der Box?

Das Basis-Set kommt, wie für LEGO® Education üblich, in einer gelben Kunststoffbox daher. Dies ist gerade für Schulen ein Vorteil, da die sonst häufig üblichen Pappverpackungen im Schulalltag nicht lange überleben. Genau in eine solche Schachtel aus Pappe ist jedoch das Ergänzungsset verpackt, was uns etwas irritiert hat. Beim EV3 wird nämlich auch das Erweiterungsset in einer Kunststoffbox geliefert.

Die Box des SPIKE™ ist die gleiche wie die schwarze EV3-Box – nur eben in gelb. Damit ist sie größer als die blaue Box vom WeDo 2.0. Was die Anzahl der Steine angeht, positioniert sich der SPIKE™ in der Mitte zwischen WeDo 2.0 und EV3: 528 Bauteile sind laut LEGO® im Basis-Set enthalten – darunter drei Sensoren und drei Motoren sowie der SPIKE™ Prime Smart-Hub. Der ausgerufene Preis beträgt 389,13€.

Oben in der Box befindet sich ein Einsatz für kleinere Steine. Dieser ist, anders als beim EV3, in zwei Hälften unterteilt. Für beide Einsatzhälften liegt ein Stickerbogen bereit, auf dem die Teile der einzelnen Fächer abgebildet sind. Damit wird wie beim EV3 oder WeDo 2.0 angezeigt, welches Teil in welches Fach kommen soll. Die Aufkleber sollen so für Kinder das Sortieren erleichtern. Das hat unserer Meinung nach sowohl Vor- als auch Nachteile. Positiv ist die Aufteilung in Steine zum Bauen und Steine zum Dekorieren. Jedoch sind nicht alle Steine, die zum Bauen benötigt werden, in einer Einsatzhälfte . Außerdem wirken die zwei Hälften nicht so stabil wie der durchgehende Einsatz beim EV3.

Bunte Auswahl an Steinen

Schaut man sich die Steine des SPIKE™ Prime an, könnte man meinen, er wäre in einen Farbtopf gefallen: Ein gelber Roboter mit lilafarbenen Technikarmen und türkisblauen Motoren. Da sind die schwarz-weißen Sensoren fast schon die dezentesten Bauteile. Die Farbwahl hat aber sicherlich gute Gründe. Wie eingangs erwähnt, ist der SPIKE™ Prime für die 5. bis 8. Klasse konzipiert. Gerade für Kinder sind bunte Farben natürlich ein Hingucker (und vielleicht auch Kaufanreiz für Eltern und Lehrer?).

Was meint ihr zu der Farbwahl? Lasst es uns in den Kommentaren wissen.

Neben den vielfältigeren Farben sind im Vergleich zum EV3 auch ein paar neue Steine dabei. Das Highlight stellt zweifelsfrei die große Technikplatte (11 mal 19 Noppen) dar. Auch neu sind die Busits.

Die Motoren des SPIKE™ Prime

Dreh- und Angelpunkt eines Roboters sind die Motoren. Ohne sie könnte sich SPIKE™ nicht bewegen. LEGO® Educations neuestes Familienmitglied bringt gleich drei davon mit: zwei kleine, die jedoch bei LEGO® mittlere Motoren genannt werden, und einen großen Motor.

Das Drehmoment der kleinen Motoren liegt bei 3.5 Ncm und sie erreichen eine Drehgeschwindigkeit von 135 Umdrehungen/min. Der große Motor hat ein Drehmoment von 8 Ncm und erreicht eine Drehgeschwindigkeit von 175 Umdrehungen/min. Außerdem haben die neuen Motoren einen eingebauten Encoder, der die absolute Motorposition angibt.

Die Kabel, mit denen die Motoren am Smart-Hub angeschlossen werden, sind fest an den Motoren verbaut und haben eine Länge von 25cm. Sie sind dünner und daher deutlich flexibler als die alten Kabel beim EV3 oder NXT. Dadurch müssen sie nicht so stark geknickt werden, um sie an die gewünschte Position zu verlegen.  Die neuen Kabel-Clips dienen dazu, zu lange Kabel am Roboter zu befestigen. Durch die feste Länge der Kabel und die fehlende Möglichkeit zur Verlängerung (oder Verkürzung) stößt man beim Bau größerer Roboter allerdings irgendwann leider auf durch die Kabellänge festgelegte Grenzen.

Der Smart-Hub

Werfen wir nun einen detaillierteren Blick auf die elektrischen Komponenten des SPIKE™ Prime. Den Anfang macht der Smart-Hub. Der Hauptbaustein kommt in weiß und gelb daher. Laut brothers-brick.de hat LEGO® Education gelb gewählt, um den originalen RCX-Hub zu ehren. Der Smart-Hub ist 8,5 cm lang (11 Noppen), 5,5 cm breit ( 7 Noppen) und misst eine Höhe von 3,2 cm (4 Noppen). An der rechten und linken Seite befinden sich je drei IO-Ports – macht somit insgesamt sechs Anschlüsse für Motoren und Sensoren. Ähnlich wie beim WeDo 2.0 ist es auch beim SPIKE™ egal, ob ihr an einem Port einen Motor oder einen Sensor anschließt, solange im Programmcode später der richtige angesprochen wird.

Die Ports gleichen mechanisch denen des WeDo 2.0, der ja ebenfalls von LEGO® Education entwickelt wurde. Die ähneln aber auch denen im von LEGO® Home entwickelten Boost, denen des PowerdUp und des neuen Control+ von LEGO® Technic. Nutzbar werden die Ports aber wahrscheinlich nicht untereinander sein.

Was gibt es noch am Hub zu entdecken? Vorne befinden sich ein Lautsprecher, hinten eine Status-LED für den Akku und eine Micro-USB-Buchse, über die der SPIKE™ geladen wird. Wir hoffen, dass diese länger durchhält als die Mini-USB-Buchse des EV3, welche wir für mehrere unserer Kund*innen schon tauschen mussten. Immerhin sind die Durchschnittswerte für Steckzyklen doppelt so hoch, denn im Allgemeinen sollten Anschlüsse mit USB 2.0 Mini 5.000 Steckzyklen gewährleisten, während Anschlüsse mit USB2.0 Micro mindestens 10.000 Steckzyklen durchhalten. Ob dies für Roboter, die täglich in AGs oder bei Wettbewerben im Einsatz sind, ausreicht, wird die Zukunft zeigen.

Oben auf dem SPIKE™ Prime finden sich vier Tasten: Eine für die Bluetooth-Verbindung, zwei Pfeiltasten und eine Art Haupttaste in der Mitte, welche den Roboter ein- und ausschaltet und Aktionen bestätigt. Eingebaut in diese Mitteltaste ist eine RGB-LED, also eine LED, welche die Farben wechseln kann. Zur Auswahl im späteren Programm stehen hier sechs Farben: rot, gelb, grün, blau, weiß und lila. Daneben gibt es noch schwarz – aber das zählen wir nicht zu den Farben, denn es ist einfach nur die ausgeschaltete LED.

Höhepunkt ist die LED-MATRIX oben auf dem Smart-Hub. Mit ihr lassen sich eigene Symbole erschaffen; für die 5. – 8. Klasse können damit interessante Aufgaben durchgespielt werden, welche es vom Calliope bzw. MicroBit schon gibt.

Betriebssystem

Auf dem Smart-Hub läuft MicroPython Embedded OS. MicroPython haben wir euch für den EV3 bereits vorgestellt. Der SPIKE™ läuft jedoch selbst mit MicroPython, während der EV3 ein Linux-basiertes Betriebssystem besitzt. Wir gehen davon aus, dass LEGO® zukünftig auch für den SPIKE™ die Möglichkeit bieten wird, ihn in MicroPython zu programmieren.
Ein Vorteil von MicroPyton Embedded OS als Betriebssystem ist die Boot-Zeit: In unserem Test brauchte der SPIKE™ zum Hochfahren nur sechs Sekunden.

SPIKE™ unter Strom

Der SPIKE™ Prime braucht natürlich wie jeder Roboter Strom. Diesen liefert der im Basis-Set enthaltene Akku. Er besitzt eine Kapazität von 2100 mAh. Der Akku wird auf der Rückseite des Smart-Hub eingesetzt und mithilfe des beiliegenden USB-Kabels über den Smart-Hub aufgeladen. Ein USB-Ladegerät ist allerdings nicht mitgeliefert. Die Status-LED neben der USB-Buchse leuchtet rot, wenn der Akku geladen wird und grün, wenn er voll ist.

Der Akku ist unserer Meinung nach ein eindeutiger Makel des SPIKE™ Prime, denn er ist, anders als beim WeDo oder EV3, nicht durch Batterien ersetzbar. So gibt es z.B. während langer Sessions nicht die Möglichkeit, auf Batterien zu wechseln. Darüber hinaus ist der Akku auch nur durch den Hub aufladbar. Ist er leer, muss der SPIKE™ Prime also erstmal an die Steckdose. Eine Ladeschale gibt es nicht und einen weiteren SPIKE™-Hub als Ladestation umzufunktionieren, ist nicht zielführend. Wir hoffen, dass LEGO® hier noch nachbessert. Ein weiterer Punkt, den wir als störend empfinden ist, dass der SPIKE™ Prime sich nicht ausschalten lässt, während er auflädt.

Sensoren

Der SPIKE™ Prime bringt vier Sensoren mit: Kraftmesser, Ultraschallsensor, Farbsensor und Gyrosensor. Die Kabel sind wie bei den Motoren fest an den Sensoren verbaut.

Kraftmesser

Der Kraftmesser ist, wenn man so möchte, ein weiterentwickelter Berührungssensor. Er kann nicht nur wiedergeben, ob er gedrückt wurde, sondern auch wie stark. Dabei kann er Kräfte bis 10 N messen. Das entspricht einem Gewicht von 1 kg, das man auf den Sensor legen würde. Allerdings soll der Sensor eine Genauigkeit von nur 0,65 N haben, was für eher ungenaue Werte spricht. Eine Waage lässt sich damit also wohl nicht genau betreiben. Neben den vom EV3 bekannten Status „gedrückt“ und „losgelassen“ ist ein weiterer Status „hart gedrückt“ hinzugekommen. Dieser wird angezeigt, wenn die aufgewendete Kraft den Schwellenwert von 6 N überschreitet. Die Berührungserkennung findet statt, wenn der Sensor zwischen 0 und 2 mm eingedrückt wird, die Kraftmessung im Bereich von 2-8 mm.

Ultraschall

Der Ultraschallsensor zur Abstandsmessung hat eine kleine Besonderheit zu bieten: Er hat vier halbkreisförmige, weiß leuchtende LED-Segmente, die alle separat angesteuert werden können. Seine maximale Reichweite liegt bei zwei Metern.

Farbsensor

Der Farbsensor des SPIKE™ Prime kann acht Farben erkennen. Neben rot, grün, gelb, blau, schwarz und weiß auch das Blau der SPIKE™-Motoren und das Lila der Technikteile. Außerdem gibt es die Funktion, den Farbsensor als Lichtsensor zu nutzen. Dazu misst er die Intensität von reflektiertem weißem Licht oder von Umgebungslicht.

Gyrosensor

Diesen Sensor haben wir nicht etwa vergessen zu fotografieren – er ist im smarten Hub verbaut. Dies erleichtert ungemein das Anbringen sowie das Hinlegen auf einer geraden Fläche. Der Drehsensor ist zudem ein 6-Achsen-Gyroskop; man kann damit also die Drehung in x-, y- und z-Ebene messen. In der Fachsprache, die manche von euch von unseren Drohnen kennen, spricht man von „Rollen“, „Nicken“ und „Gieren“. Das Beste: Der Sensor zeigt in unserem Test keinerlei Anzeichen von Drifting-Problemen. Er funktioniert vergleichbar gut wie der Drehsensor in modernen Smartphones.

Sensoren von Dritten

Dass Drittanbieter eigene Sensoren für den SPIKE™ entwickeln, soll laut LEGO® Education eigentlich möglich sein. Zum Marktstart werden bisher jedoch keine angeboten, was wir schade finden.

Zubehör: Das Ergänzungsset

Das Erweiterungsset beinhaltet 603 LEGO®-Bausteine und ist aktuell für 117,81€ erhältlich. Neu hierbei: Im Vergleich zum Starterset sind vier größere Reifen und Zahnradkränze vorhanden. Die großen Reifen sind mit 87,6 cm Durchmesser größer als die für den EV3 häufig genutzten alten Motorrad-Reifen, die nur einen Durchmesser von 81,6 cm haben. In der Bildergalerie unten findet ihr ein Foto mit einem neuen großen Reifen im Vergleich mit einem alten Motorrad-Reifen und eins im Vergleich mit einem kleinen Reifen aus dem SPIKE™-Basis-Set. Der Aufbau der großen Reifen ist genauso wie bei den kleineren Reifen im SPIKE™ Prime Basis-Set. Außerdem kommen mit dem Ergänzungsset ein großer Motor und ein Farbsensor hinzu. Wie schon eingangs erwähnt, kommt dieses Set ohne Kunststoffbox daher. Für diejenigen unter euch, die sich eine Kunststoffbox wünschen, gibt es jedoch Abhilfe: LEGO® Education hat die kleinen Boxen vom WeDo 2.0 und die schwarzen Boxen vom EV3 nun auch als Leerboxen ins Sortiment aufgenommen. Die gelbe Box des SPIKE™ Prime gibt es so jedoch (bisher) leider nicht zu kaufen.

Nun habt ihr schon einmal einen Einblick in die Hardware des Spike™ Prime bekommen. Im zweiten Teil unseres Tests beschäftigen wir uns dann mit der Software und der Programmierung des Sets.

Autor*innen: Felix Krawczyk, Meike Volkmer, Sarah Fleuren, Vera Straetmanns

Quellen: LEGO® Education, The Brothers Brick

Im ersten Teil unseres SPIKE™ Prime-Tests haben wir uns die Hardware des neuen Roboters aus dem Hause LEGO® Education genauer angesehen. Im zweiten Teil geht es nun um die Software und die Programmierung.

Die Software

Die Software des SPIKE™ Prime ist sehr stark angelehnt an die neue Software „EV3 CLASSROOM“. Der SPIKE™ wird in Scratch programmiert. Diese grafische Sprache wurde am MIT (Massachusetts Institute of Technology) entwickelt und erfreut sich großer Beliebtheit. Die Software gibt es für Windows 10, macOS, ipad OS, Android und Chromebooks und sie ist auf allen Plattformen kostenlos. Wer auch ohne einen SPIKE™ mal reinschauen möchte, kann sie hier herunterladen:

LEGO® Education
App Store
Google Play Store

Die Software wurde für den SPIKE™ neu entwickelt. Sie ist in der PC- und Tablet-Version nahezu identisch. Ein Hauptmenü zeigt, wo es langgeht.

Das Hauptmenü bringt euch zu den vier Untermenüs: „Erste Schritte“, „Projekte“, „Lerneinheiten“ und „Bauanleitungen“. Oben im Fenster findet ihr auch eine Leiste, die all diese Untermenüs ebenfalls beinhaltet. Es ist also egal, wohin ihr zur Auswahl klickt. Oben rechts in der Ecke befindet sich ein Zahnrad, welches ein Einstellungsmenü öffnet. Hier gibt es Einstellungen wie „Sprache“ oder „Löschen aller Lehrinhalte“.

Ganz links in der Leiste findet ihr den Reiter „Erste Schritte“. Hier werden Neulinge, die noch keinen Roboter oder Mikrocontroller in den Händen hatten, langsam an die Technik herangeführt.

Unter dem Reiter „Bauen“ findet ihr eine Vielzahl an Bauanleitungen. Es sind jetzt schon ziemlich viele und in Zukunft werden es wahrscheinlich noch mehr. Darum verweisen wir hierzu auf die LEGO® Website.

Was unter dem Reiter „Lerneinheiten“ geboten wird, schauen wir uns im dritten Teil unseres Tests genauer an.

Updates

Die Software des SPIKE™ Prime erhält natürlich auch Updates. Diese müssen auf dem Smart-Hub installiert werden – ohne die Installation des aktuellen Updates kann man ihn nicht verwenden. Dazu muss der SPIKE™ per USB-Kabel an einen Computer angeschlossen werden. Das ist sinnvoll, denn ein Update über Bluetooth herunterzuladen, würde sehr viel Strom verbrauchen. Möchte man den SPIKE™ aber zum Beispiel im Unterricht einsetzen und ist erstmal gezwungen, ein Update zu installieren, um ihn benutzen zu können, kann das die Unterrichtsplanung ziemlich durcheinander werfen bzw. behindern.
Nachdem das Update durchgeführt wurde, muss der Smart-Hub außerdem neu benannt werden.

Die Programmierung

Starten wir nun ein neues Projekt. Zuerst öffnet sich eine leere Programmieroberfläche. Wie ihr auf den Bildern (links die Programmieroberfläche auf dem iPad, rechts auf dem PC) im Vergleich sehen könnt, hat es LEGO® geschafft, plattformübergreifend eine identische Oberfläche zu kreieren.

In der SPIKE™ Prime-App seht ihr an der linken Seite einen Farbcode für die verschiedenen Arten von Programmierblöcken: „Motoren“, „Bewegung“, „Licht“, „Soundeffekte“, „Ereignisse“, „Steuerung“, „Sensoren“, „Operatoren“, „Variablen“ und „Eigene Blöcke“. Damit aber nicht genug: Unten links in der Ecke kann man noch weitere Arten von Programmierblöcken hinzufügen. Aktuell gibt es hier als Auswahlmöglichkeiten: „Wetter“, „Weitere Motorblöcke“, „Weitere Bewegungsblöcke“ und „Musik“. Fügt sie aber nur mit Bedacht hinzu, denn aktuell haben wir noch keine Möglichkeit gefunden, diese wieder zu entfernen. Wenn ihr wisst, wie das geht, schreibt es uns doch in die Kommentare.

Programme, die ihr in der App erstellt, werden automatisch gespeichert. Das hat Vor- und Nachteile. Als Vorteil sehen wir es an, sich zuerst einmal um nichts kümmern zu müssen: Die Programme sind da und man macht einfach dort weiter, wo man aufgehört hat. Auf Windows werden die Programme unter den eigenen Dokumenten abgelegt. Von dort aus kann man diese zwar verschieben, eine Kopie bleibt jedoch in den Dokumenten. Sie wird aber nicht mehr genutzt. Das Ganze ist unnötig kompliziert für diejenigen unter euch, die z.B. an Wettbewerben teilnehmen und häufiger Programme mit Teammitgliedern austauschen. Da wäre das klassische „Speichern unter“ eine hilfreiche Ergänzung.

Ein Punkt, der uns an der Programmieroberfläche stört, ist die nicht einstellbare Breite der Blockleiste. Dies führt nämlich dazu, dass zu lange Blöcke einfach abgeschnitten werden. Um diese Blöcke in ganzer Länge angezeigt zu bekommen, muss man mit der Maus über den jeweiligen Block fahren, bzw. am Tablet den Finger darauf halten. Wer sich einen Überblick über die vorhandenen Blöcke verschaffen will, muss sich also alle Blöcke mindestens einmal in voller Länge anschauen und dann im Kopf behalten.

Zusätzlich erschwert wird das ganze dadurch, dass manche Blöcke bis zum Abschneiden genau gleich aussehen. Gerade für Einsteiger*innen ist es so sehr schwierig, sich zu merken, welche Blöcke es gibt und wo sie zu finden sind. Sich stumpf die Position zu merken, sollte unserer Meinung nach nicht die Lösung sein. Das ganze Problem könnte einfach durch die Möglichkeit behoben werden, den Auswahlbereich der Blöcke per Maus oder Finger in der Breite zu verändern, sodass Blöcke in voller Länge angezeigt werden könnten.

Ein weiteres unschönes Detail ist, dass der oberste Block in der verlängerten Ansicht sowohl in der PC- als auch in der Tablet-App unter die Verbindungsanzeige des SPIKE™ glitscht. Wir hoffen auf baldige Updates, die beide Probleme beheben und halten euch darüber natürlich auf den Laufenden.

Mit den Blöcken programmieren

Die große Neuerung in der Programmierung, die die SPIKE™ Prime-App in die LEGO®-Welt bringt ist, dass der Code nun von oben nach unten programmiert wird. Dadurch ähnelt die Struktur deutlich mehr einem textuellen Programmcode. Das aus dem textuellen Programmieren bekannte Einrücken von Codebereichen wird auch hier schon durch umklammernde Blöcke, wie z.B. bei Schleifen, angedeutet.

Schauen wir uns die neun Hauptkategorien einmal der Reihe nach an.

Motoren

Über die Blöcke im Reiter „Motoren“ kann ein Motor einzeln angesprochen werden. Dabei gibt es aber keine kombinierten Blöcke, über die alle Parameter gleichzeitig gesetzt werden können. Erst muss also die Geschwindigkeit mit dem „Geschwindigkeit auf <X> % einstellen“-Block initialisiert werden. Danach können die Motoren mit den anderen Blöcken für eine definierte Anzahl Umdrehungen, Grad oder Zeit programmiert werden. Dieses Vorgehen ist sehr nah an der professionellen Programmierung von Mikrocontrollern, erhöht aber gleichzeitig die Schwierigkeit (wenn auch nur geringfügig).

Bewegung

Unter „Bewegung“ finden sich kombinierte Fahrten, die mit zwei Motoren ausgeführt werden. Auch hier müssen die Parameter vorher eingestellt werden. Neben der Geschwindigkeit und den IO-Anschlüssen, an denen die Motoren angeschlossen werden sollen, ist auch die Radumdrehung vorher zu definieren. Die Radumdrehung ist wichtig, weil man darüber dem Roboter hinterher im Programmcode eine Strecke in Zentimetern zuweisen kann, nach dem Schema: „Fahre 10 cm gerade aus“.

Licht

Unter dem Reiter „Licht“ kann die 5×5 LED-Matrix angesteuert werden. Des Weiteren finden sich hier sowohl die Farb-LED der Mitteltaste als auch die vier LED-Segmente des Ultraschallsensors wieder.

Soundeffekte

Im Reiter „Soundeffekte“ gibt es über 186 Tondateien, die von PC oder Tablet abgespielt werden können. Darunter sind z.B. das Miauen einer Katze oder eine Polizeisirene. Töne, die vom SPIKE™ abgespielt werden, werden hier als Pieptöne ausgegeben.

Ereignisse

Den nächsten Reiter „Ereignisse“ gab es so bisher noch nicht bei den LEGO®-Robotern. Hier finden sich Auslöser wieder, die während der Laufzeit des Programms ein Event auslösen, wenn eine vorher definierte Bedingung gegeben ist. Damit ist eine Parallelität einfacher zu programmieren. Das einfachste Ereignis ist „Wenn Programm startet“. Da die Programmierung mit dieser Art von Blöcken etwas schwieriger ist, werden wir euch das in einem späteren Artikel mal genauer erklären.

Steuerung

Unter den Steuerungsblöcken finden sich Mechanismen wie „Warten“, „Wenn-Dann-Abfragen“ oder „Schleifen“ wieder.

Sensoren

Der Reiter „Sensoren“ ist quasi selbsterklärend. Hier finden sich Blöcke wieder, die einen aktuellen Sensorwert ausgeben.

Operatoren

Unter „Operatoren“ sind mathematische Verrechnungen und Boole´sche Operatoren zu finden.

Variablen

Mit den Blöcken unter „Variablen“ schließlich kann man eigene Zahlenvariablen erstellen, sie auf verschiedene Werte setzen oder inkrementieren. Als Clou gibt es außerdem am rechten Rand einen Überwachungsmonitor, auf dem ihr sehen könnt, welchen Wert eine Variable zur Laufzeit gerade hat. Leider gibt es keine Logischen/Booleschen Variablen.

Erweiterungen

Wie bereits weiter oben erwähnt, gibt es noch Erweiterungsblöcke, die man nachträglich hinzufügen kann. Von der aktuellen Auswahl benötigen zwei Erweiterungen („Wetter-Assistent“ und „Musik“) eine Internetverbindung, weil sie online Daten oder Cloud-Dienste nutzen. Dies ist in der Übersichtsansicht durch ein kleines WLAN-Symbol gekennzeichnet.

Auf die Form kommt es an

Die neun Hauptkategorien an Blöcken unterscheiden sich alle durch ihre Farbe voneinander. Viel wichtiger ist jedoch die Form einzelner Blöcke. Denn diese gibt an, was für ein Datentyp hinter einem Befehl steckt: Zahlen werden in runde Formen eingesetzt, logische Werte in langgezogene Sechsecke. Somit ist klar, was wohin passt. Leider ist die Umgebung nicht wirklich 100%ig typsicher: Zahlenwerte können auch als Sounddatei, Motor-Port oder LED-Matrix eingesetzt werden. Wir denken, dass im Hintergrund diese Werte eventuell auf Zahlen gemappt werden (A=0 B=1 usw.). Trotzdem ist es ein wenig verwirrend, warum man zum Beispiel „Motoranschluss 5“ eingeben kann, obwohl die Ports immer auf Buchstaben hören.

Wie kommt das Programm auf den Spike™?

Um fertige Programme auf dem Roboter zu testen, gibt es zwei Möglichkeiten: Download, also das Herunterladen auf den SPIKE™ Prime, oder Streaming.

Der große Unterschied ist dabei, dass der SPIKE™ beim Streaming eine permanente Verbindung zum PC oder Tablet benötigt. Dafür werden die Werte von Variablen zur Laufzeit des Programms angezeigt. Beim Download hingegen hat man 20 Programmplätze zur Verfügung, benannt von 0-19. Diese wählt man in der App mit dem Pfeilbuttons aus. Auf dem SPIKE™ kann man dann die 20 Programmslots mit den Pfeiltasten auswählen und das entsprechende Programm mit der Mitteltaste starten.

Nachdem wir uns nun mit Hard- und Software des SPIKE™ Prime beschäftigt haben, stellen wir euch im dritten Teil unseres Tests das Lehrmaterial etwas vor und bewerten die Schultauglichkeit des Sets.

Autor*innen: Felix Krawczyk, Meike Volkmer, Sarah Fleuren, Vera Straetmanns

Quellen: LEGO® Education, The Brothers Brick

Im zweiten Teil unseres ausführlichen Tests des SPIKE™ Prime haben wir uns die Software des Sets angesehen. Im dritten Teil möchten wir nun noch etwas genauer betrachten, wie gut der Roboter für die Schule geeignet ist. Außerdem liefern wir unser Gesamtfazit.

Aufgaben

Wie wir in der Vorstellung der SPIKE™ Prime-App im zweiten Teil unseres Tests schon beschrieben haben, beinhaltet die App den Bereich „Lerneinheiten“. Dahinter verbergen sich verschiedene Unterrichtseinheiten, die Lehrkräfte mit dem SPIKE™ Prime durchführen können. Sie gliedern sich in vier thematische Bereiche:

1. „Erfinderteam“ (en: Invention Squad)
   Hierbei dreht sich alles um Konstruktion und Design und wie beides von einer Problemstellung beeinflusst wird.
2. „Unternehmensgründung“ (en: Kickstart a Business)
   In diesem Bereich sollen Schüler*innen Problemlösungen entwickeln, die von einem Computer ausgeführt werden können. Zu den Lernzielen gehört es, Fehler in der Konstruktion des Roboters oder in der Programmierung zu erkennen und zu beheben.
3. „Alltagshelfer“ (en: Life Hacks)
   Der dritte Bereich beschäftigt sich damit, wie Daten dargestellt und manipuliert werden können. Beispiele kommen hier aus dem Alltag. So soll unter anderem ein aktueller Wetterbericht aus Cloud-Daten erstellt werden.
4. „Wettbewerbsvorbereitung“ (en: Competition Ready)
   Dieser Bereich ist für diejenigen unter euch interessant, die planen, an einem Wettbewerb wie der World Robotic Olympiad (WRO) oder der FIRST LEGO® League (FLL) teilzunehmen. Hier lernt ihr, die Qualität eures Codes zu steigern, um euren Roboter noch präziser zu bewegen.

SPIKE™ Prime im Unterricht

Alle Lerneinheiten thematisieren leicht unterschiedliche Schwerpunkte in der Verwendung des Roboters und bieten viele Möglichkeiten für Schüler*innen, den Roboter zu verstehen und sich mit dessen Programmierung auseinanderzusetzen. Als generelle Schwerpunkte der Lerneinheiten werden die Bereiche Maschinenbau und Informatik angegeben. Die Themenbereiche beziehen sich weitestgehend auf den Alltag, um einen Realitätsbezug für die Schüler*innen zu schaffen. Gleichzeitig sollen sie einen Einblick in die Arbeitswelt mit Robotern gewinnen und sich gegebenenfalls dafür begeistern. In jedem Bereich gibt es sowohl Aufgaben für Einsteiger*innen als auch welche für Fortgeschrittene. Außerdem ist jeweils angegeben, wie viel Zeit die Einheit in Anspruch nimmt. Die Dauer reicht von 30 bis über 120 Minuten. Darüber, inwiefern diese Zeiten realistisch sind, konnten wir bisher noch keine Erfahrungen sammeln.

Für die meisten Aufgaben reicht der Inhalt des SPIKE™ Prime Basis-Sets. Das Ergänzungsset wird bisher nur für das erweiterte Fahrgestell genutzt. Dieses ist allerdings notwendig, um mit dem SPIKE™ an den genannten Wettbewerben teilnehmen zu können. Die Info, ob das Ergänzungsset für eine Aufgabe benötigt wird und ob andere Materialien erforderlich sind, findet ihr unter dem „MEHR“-Pfeil. Klickt man darauf, öffnet sich eine detailreichere Übersicht zur gewählten Aufgabe. Manche Aufgaben benötigen eine Papiervorlage, die man vorher ausdrucken muss, andere nutzen Alltagsgegenstände wie Plastikflaschen.

Schule und SPIKE™

Vorteile für Schüler*innen

Der SPIKE™ Prime soll Schüler*innen anregen, sich kreativ mit Problemen auseinanderzusetzen und dabei mit ihren Mitschüler*innen in einen Austausch zu kommen. Sie sollen individuell je nach Fähigkeiten und Fertigkeiten gefördert werden. Die Aufgaben stellen dabei immer einen Bezug zu realen Problemen dar. Wir finden dieses Konzept sehr gut, da es Robotik und Informatik als praktische Hilfsmittel zur Lösung solcher Probleme darstellt.

Der SPIKE™ Prime an sich ist sehr einfach und robust gehalten, was Einsteiger*innen einen leichten Beginn ermöglichen soll. Gleichzeitig bietet er aber auch viele spannende Programmier-Möglichkeiten für Fortgeschrittene. So kann ein Leistungsniveau für jede*n gefunden werden. Das minimiert die Gefahr, Teile der Schüler*innen einer Klasse oder AG zu unter- oder überfordern, bringt aber auch eine größere Inhomogenität mit sich.

Vorteile für Lehrkräfte

Lehrer*innen können den Einstieg eigenständig je nach Erfahrungen und Wissensstand der Schüler*innen gestalten. Sollten hierbei Schwierigkeiten oder Fragen auftreten, bietet LEGO® auf der offiziellen Website von LEGO® Education Möglichkeiten zur Unterrichtsgestaltung und Hilfestellungen an. Nach der Einführung sollen sich die Lehrkräfte weitestgehend zurücknehmen, um den Schüler*innen Freiraum für eigene Kreativität und Problemlösungsstrategien zu geben.

Unsere Meinung zum Lehrmaterial

Die Aufgaben wirken auf uns gut durchdacht. Der Alltagsbezug entspricht unseren Vorstellungen von guten Aufgaben. Ein Titel wie „Gründe ein StartUp“ mag zwar auf den ersten Blick nicht als geeignet für eine Zielgruppe in den Kassenstufen 5-8 erscheinen, die Aufgaben dahinter sind jedoch keineswegs kompliziert und unserer Meinung nach manchmal vielleicht sogar eher etwas zu einfach. Das hat aber den Vorteil, dass Neulinge (sowohl unter den Lehrkräften als auch unter den Schüler*innen) einen gut nachvollziehbaren Schritt-für-Schritt-Einstieg bekommen. Die Tipps zu den Bereichen Bauen und Programmieren bieten den Lehrkräften eine visuelle und kleinschrittige Hilfestellung zur Bewältigung der Aufgaben.

Trotzdem sollten sich Lehrer*innen vor dem ersten Einsatz des SPIKE™ Prime im Unterricht selbst schon mit dem Roboter vertraut gemacht haben, denn manches ist einfacher zu verstehen und auch zu vermitteln, wenn man die grundlegende Informationstechnik kennt. Um das Material des SPIKE™ Prime nutzen zu können, muss man aber nicht schon tief in die Welt des Programmierens vorgedrungen sein – die Basics dürften reichen. Diese können sich Lehrkräfte aber in relativ kurzer Zeit aneignen. Wir empfinden das Unterrichtsmaterial daher durchaus geeignet, um es auch als Lehrkraft ohne viele Vorkenntnisse zu nutzen. Allerdings hätten wir uns zusätzlich zu den Tipps noch einen Hinweis auf mögliche Fehlerquellen gewünscht, auf die sich eine Lehrkraft vorbereiten könnte.

Fazit

Der SPIKE™ Prime hat uns im Test überzeugt. Er ist ein guter Roboter, um Schüler*innen Programmieren und Mechanik näherzubringen, auch wenn der Preis sehr hoch ist. Durch die unbegrenzten Möglichkeiten, LEGO®-Steine zu kombinieren, fördert das Set die Kreativität und gibt einem die Möglichkeit, seinen Wunschroboter zu bauen und diesem dann mit Programmiercode Bewegungen einzuprogrammieren.

Trotzdem hat sich natürlich seit 2013, dem Jahr, in dem der EV3 auf den Markt kam, viel getan und auch die Konkurrenz hat nicht geschlafen. Man muss also auch einen Blick nach links und rechts werfen, um den SPIKE™ richtig einordnen zu können. Dabei zeigt sich, wo die LEGO®-Schöpfung ihre Stärken hat: Der Roboter funktioniert einwandfrei, die Software lässt keine Fragen offen, zum Release zeigen sich – wenn überhaupt – nur optische Makel und das umfangreiche Lehrmaterial ist von Anfang an in vielen Sprachen erhältlich. Neue Roboter auf diesem Niveau sehen wir nach wie vor selten.

Die größte Konkurrenz kommt aktuell tatsächlich aus dem Haus LEGO® selbst und zwar in Form des LEGO® Mindstorms® EV3. LEGO® positioniert den SPIKE™ so, dass er WEDO und EV3 ergänzen und nicht ersetzen soll. Über die Dauer des Tests hinweg haben wir uns trotzdem immer wieder selbst dabei erwischt, den SPIKE™ mit dem EV3 zu vergleichen und müssen sagen, dass der EV3 trotz veralteter Technik durchaus mit dem neuem Roboter mithalten kann und in manchen punkten sogar besser abschneidet: Die Motoren des Älteren sind schneller, der Akku separat aufladbar und die Kabel länger und verlängerbar. Das sind durchaus relevante Unterschiede, aber im Endeffekt muss jede*r selbst entscheiden, welche Punkte ihm oder ihr am wichtigsten sind.

Autor*innen: Felix Krawczyk, Meike Volkmer, Sarah Fleuren, Vera Straetmanns

Quellen: LEGO® Education, The Brothers Brick

Im ersten Artikel zu MicroPython haben wir beschrieben, was sich hinter diesem Namen verbirgt, was die Plattform ausmacht und was sie für die Zukunft der LEGO®-Robotik-Sets bedeuten könnte. In diesem und im nächsten Artikel geben wir euch eine erste Einführung in MicroPython. Weitere Praktika werden folgen.
Zuerst schauen wir uns an, was installiert werden muss, um MicroPython nutzen zu können. Dafür haben wir eine Installationsanleitung zusammengestellt, der ihr folgen könnt.

Installation der Komponenten

Bis ihr mit Python Programme für MicroPython auf dem LEGO® Mindstorms® EV3 erstellen könnt, müssen einige Komponenten installiert werden. Erfreulicherweise ist das recht einfach. Die Installation der Komponenten für c4ev3 fanden wir im Vergleich dazu umfangreicher. Im Grunde müsst ihr drei Schritte erledigen, um MicroPython nutzen zu können:

1. Vorbereiten der microSD-Karte
2. Installation von Visual Studio Code
3. Installation von MicroPython
   

Beim ersten Schritt kann es sein, dass ihr ein kleines Tool (Etcher, siehe weiter unten) installieren müsst, um die microSD-Karte vorzubereiten. Wenn ihr so ein Tool schon habt, entfällt der zusätzliche Schritt natürlich.

1. Vorbereiten der microSD-Karte

Die microSD-Karte ist wichtig, da sie ein angepasstes Betriebssystem für den LEGO® Mindstorms® EV3 enthält. LeJOS (Programmiersprache Java) und MonoBrick (Programmiersprache C#) machen das ebenso und bringen ihre eigenen Anpassungen auf diese Weise in das Betriebssystem ein. In diesem Fall ist eine der Anpassungen die Integration von MicroPython als Laufzeitumgebung für eure Python-Programme. Sobald ihr die microSD-Karte erstellt habt, kann der LEGO® Mindstorms® EV3 davon booten (also starten) und die MicroPython-Umgebung ist direkt einsatzbereit. Der geringe zusätzliche Aufwand lohnt sich also, da der Rest anschließend deutlich einfacher wird.

LEGO® Education gibt einige Anforderungen bzw. Tipps für die microSD-Karte. Die minimale Kapazität, also Größe, liegt bei 4 GB, die maximale bei 32 GB. Diese Art von microSD-Karten sind auch als microSDHC-Karten bekannt. Das sind heutzutage durchaus Standardkarten, die nicht mehr teuer sind.

Etwas entscheidender ist die Angabe von LEGO®, dass die Application Performance der Karte A1 betragen sollte. Das bedeutet, dass die Geschwindigkeit für Anwendungen (Applications, Apps) eine Mindest-schreibgeschwindigkeit von 10 Mbyte/s garantiert. Insbesondere gibt es dabei Untergrenzen für den zufälligen Zugriff auf Speicherbereiche einer microSD-Karte, wie sie bei der Nutzung mit Anwendungen häufig auftreten. Der zufällige Zugriff auf einen Speicherbereich ist bei Speicherkarten wichtig, auf denen Anwendungen laufen oder die Anwendungen als Datenspeichern nutzen. Zufällig bedeutet hier, dass ein Speicherbereich gelesen wird, zum Beispiel um eine Datei zu öffnen oder zu lesen. Anschließend muss etwas in eine andere Datei abgespeichert werden, die sich in einem anderen Speicherbereich befindet. Bei Videos ist das zum Beispiel nicht so extrem, denn eine Videodatei befindet sich immer auf einem zusammenhängenden Stück Speicherbereich. Zudem wird ein Video in der Regel sequentiell abgespielt. Der Speicherbereich kann als Stück für Stück von vorne nach hinten gelesen werden. Sprünge sind nicht so oft vorhanden, wie das bei Anwendungen der Fall ist.

Mit der Application Performance ist also nicht die Geschwindigkeitsklasse (Speed Class) 2, 4, 6 oder 10, die etwas veraltet ist, aber immer noch von vielen Herstellern benutzt wird, gemeint. Ebenso wenig bezieht sich die Angabe auf die Video-Geschwindigkeitsklasse (Video Speed Class) V6, V10, V30 oder V90.

Wenn ihr kein Risiko eingehen wollt, empfehlen wir euch eine microSD-Karte mit der Einstufung A1. Für einen ersten Test reicht aber sicherlich auch eine etwas ältere Karte, die vielleicht noch in der Schublade auf ihren Einsatz wartet.

Etcher zum Erstellen der microSD-Karte

Wir nutzen zum Erstellen von microSD-Karten das Programm Etcher (balenaEtcher). Das Tool hat eine sehr einfache Oberfläche und ist dadurch leicht zu bedienen. Die Schritte zum Aufspielen (flashen) des Images mit MicroPython sind schnell erklärt. Zuerst wählt ihr über die Schaltfläche „Select image“ die Datei aus, die auf die microSD-Karte aufgespielt werden soll. Das ist die Datei, die ihr von LEGO® Education herunterladen könnt. Die zip-Datei muss dafür nicht entpackt werden, das macht Etcher automatisch. Anschließend müsst ihr das Laufwerk mit eurer microSD-Karte auswählen.
Wenn ihr die Karte vor dem Start von Etcher in den Kartenleser eingelegt habt und nur eine microSD-Karte eingelegt ist, kann es sein, dass Etcher das richtige Laufwerk automatisch ausgewählt hat. Kontrolliert das aber zur Sicherheit trotzdem noch einmal, da der Inhalt der ausgewählten Karte überschrieben wird. Über die Schaltfläche „Select drive“ könnt ihr das Laufwerk auswählen. Im letzten Schritt klickt ihr die Schaltfläche „Flash!“ an. Dann beginnt Etcher damit, das Image auf die microSD-Karte aufzuspielen. Je nachdem wie schnell die microSD-Karte und der Kartenleser sind, kann der ganze Vorgang kann einige Zeit in Anspruch nehmen. Nach dem Aufspielen des Images führt Etcher eine Verifikation durch. Dabei wird überprüft, ob alle Daten korrekt auf die microSD-Karte geschrieben wurden. Wenn die Meldung erscheint, dass der Vorgang abgeschlossen wurde, könnte ihr die microSD-Karte entfernen.

2. Installation von Visual Studio Code

Und was ist Visual Studio Code schon wieder? Gute Frage, die wir euch gleich beantworten möchten. Visual Studio Code, gerne als VS Code abgekürzt, ist eine professionelle Entwicklungsumgebung (englisch: Integrated Development Environment, IDE), die von vielen Softwareentwickler*innen genutzt wird. Damit steht euch eine vielfach genutzte und in der Community gelobte Anwendung zur Verfügung, um eure Python-Programme für MicroPython zu entwickeln.

Die Anwendung könnt ihr ganz einfach von dieser Website herunterladen. Ein weiterer großer Vorteil von VS Code ist, dass die Anwendung für Windows, macOS und Linux zur Verfügung steht. Auf der verlinkten Website könnt ihr euer Betriebssystem auswählen, auf Download klicken und müsst dann einen Moment warten. Das Paket ist circa 50 MB groß. Startet die Installation und wählt die Standardeinstellungen, die euch vorgeschlagen werden. Diese sind für den aktuellen Zweck gut vorbelegt und müssen nicht zwingend geändert werden.

Ist die Installation abgeschlossen, könnt ihr VS Code starten. Euch sollte ein Startbildschirm wie in der Abbildung unten begrüßen. Falls die Anwendung auf Englisch ist, könnt ihr sie recht einfach über eine sogenannte Erweiterung (Extension) auf Deutsch umstellen. Das zeigen wir in der kurzen Animation.

Die Installation der Entwicklungsumgebung ist damit abgeschlossen. Ein Programm erstellen könnt ihr, sobald MicroPython innerhalb von VS Code installiert ist. Da die Umgebung aber nicht standardmäßig bei der Installation von VS Code mit installiert wird, ist das der nächste Schritt.

3. Installation von MicroPython

MicroPython ist eine sogenannte Erweiterung für Visual Studio Code. Mit einer Erweiterung kann, wir der Name vermuten lässt, eine Funktion zu VS Code hinzugefügt werden. Auf diese Weise hat die Community, die VS Code nutzt, die Möglichkeit, den Funktionsumfang zu erweitern, ohne eine komplett neue Entwicklungsumgebung erstellen zu müssen. Das ist sehr praktisch und wird für viele Zwecke ausgiebig genutzt.

Zur Installation von Erweiterungen müsst ihr zuerst auf die Schaltfläche „Erweiterungen“ in VS Code klicken. Wir haben das in der Abbildung markiert. Danach könnt ihr im Eingabefeld oben „EV3 MicroPython“ eingeben. Es stehen dann einige Erweiterungen zur Auswahl. Wie ihr vielleicht schon vermutet habt, wählt ihr diejenige aus, die LEGO® Mindstorms® EV3 im Namen trägt. Über die kleine grüne Schaltfläche „Installieren“ könnt ihr die Erweiterung dann zu VS Code hinzufügen.
Wenn VS Code dabei bemerkt, dass zum Ausführen noch weitere Erweiterungen benötigt werden, dann werden diese Abhängigkeiten (Dependencies) automatisch mit installiert. Die Erweiterung „ev3dev-browser“ ist so ein Kandidat. Sehr wahrscheinlich wird diese Erweiterung ebenfalls installiert. Trotzdem sollte der Vorgang nicht viel Zeit in Anspruch nehmen. Anschließend müsst ihr zwingend VS Code neu starten, das Programm also einfach schließen und noch einmal öffnen. Dann ist VS Code inklusive der MicroPython-Erweiterung bereit.

Ein erster Testlauf

Damit ihr sichergehen könnt, dass alles korrekt funktioniert, solltet ihr einen kleinen Test durchführen. Zunächst legt ihr dafür die vorbereitete microSD-Karte in den LEGO® Mindstorms® EV3 ein und startet den EV3-Brick. Falls ihr das schon in einem der vorherigen Schritte gemacht habt, ist das auch in Ordnung. Hauptsache ihr testet, ob mit der Karte alles in Ordnung ist. Wenn der EV3 startet, wird von der microSD-Karte gebootet. Dieser Vorgang kann eine Weile dauern. Habt einfach Geduld. Beim Starten blinken die LEDs bei den Tasten des EV3-Bricks orange. Ist der Startprozess komplett abgeschlossen, leuchten die Tasten dauerhaft grün.

Wenn der EV3-Brick erfolgreich gestartet ist, könnt ihr testen, ob in VS Code alles so funktioniert, dass Python-Programme erstellt und auf den EV3-Brick übertragen werden können. Das machen wir im nächsten Artikel.

Die LEGO®-Mindstorms®-Reihe erfreut sich seit etlichen Jahren großer Beliebtheit und zwar nicht erst mit dem LEGO® Mindstorms® EV3, sondern bereits mit seinem Vorgänger, dem LEGO® Mindstorms® NXT. Beide werden sehr aktiv in Schulen und Wettbewerben wie der World Robot Olympiad (WRO) und der FIRST LEGO League (FLL) eingesetzt. Wir haben insbesondere mit dem EV3 etliche Jahre Erfahrung in Kursen und Workshops und können nur bestätigen, dass es eine gute Plattform ist, um damit den Einstieg in die Konstruktion von Robotern und deren Programmierung zu wagen.

Die lange Historie zusätzlicher Programmiersprachen

Die LEGO®-Mindstorms®-Reihe ist zudem für die visuellen Programmiersprachen bekannt, die LEGO® Education in Zusammenarbeit mit National Instruments speziell dafür entwickelt hat. Beim NXT heißt die Sprache NXT-G, beim EV3 sehr ähnlich EV3-G. Das G steht in beiden Fällen für „graphical“ oder „grafisch“. Diese Sprachen sind durchaus gelungen und für den Einstieg in die Welt der Programmierung eine gute Wahl. Wer viel mit den Plattformen arbeitet und schon einiges an Erfahrung im Programmieren gesammelt hat, möchte aber häufig mächtigere Sprachen einsetzen. Damit sind in der Regel textbasierte Programmiersprachen gemeint. Beispiele dafür sind c4ev3 (Programmiersprache C), LeJOS (Programmiersprache Java) und MonoBrick (Programmiersprache C#). Bisher wurden diese von der Community zur Verfügung gestellt. Dass es Bedarf an diesen Sprachen gibt, zeigen die aktiven Communities. Vor einiger Zeit haben wir für euch daher einen eigenen Artikel erstellt, der zahlreiche Programmiersprachen und Plattformen für LEGO®-Robotik-Sets vorstellt. Wir aktualisieren diesen Artikel kontinuierlich.

Uns wundert es schon seit einigen Jahren, dass LEGO® Education nicht früher auf diesen Bedarf reagiert hat. Eine eigene textbasierte Programmiersprache zu entwickeln, wäre sicherlich keine gute Idee gewesen. Oder zumindest eine aufwändige, denn eine neue Programmiersprache zu entwickeln ist zeitaufwändig, fehleranfällig und birgt das Risiko, dass das Endresultat in der Community nicht gut ankommt bzw. nicht besser ist als bereits vorhandene Sprachen. Eine bereits existierende Programmiersprache zu unterstützen, liegt aber sehr wohl im Bereich des Möglichen.

Python für LEGO® Education Roboter

Wie wir euch bereits berichtet haben, ist LEGO® Education jetzt einen richtigen und wichtigen Schritt in diese Richtung gegangen: Der LEGO® Mindstorms® EV3 ist nun auch mit der textuellen Programmiersprache Python programmierbar und auch für den SPIKE™ Prime wurde die Plattform MicroPython als zugrunde liegendes System angekündigt, das die Programme von Benutzer*innen ausführt und die Hardware ansteuert.

In diesem Artikel schauen wir uns daher an, was MicroPython ist und worauf es basiert. Im nächsten Artikel geht es dann um die Installation und unseren ersten Eindruck. In nachfolgenden Artikeln fokussieren wir uns darauf, wie Programme für den LEGO® Mindstorms® EV3 in Python geschrieben werden können.

Was ist MicroPython?

MicroPython ist eine schlanke und effizient implementierte Version von Python 3. Enthalten ist eine kleine Untermenge der Python 3 Programmiersprache. MicroPython ist optimiert, um auf Mikrocontrollern zu laufen, die begrenzte Ressourcen besitzen was zum Beispiel Prozessorleistung und Speicher angeht. Trotzdem werden zahlreiche Features mitgeliefert, die das Entwickeln für die Plattform sehr angenehm gestalten. Dazu gehört zum Beispiel eine interaktive Eingabe, REPL genannt, Exceptions und ein Garbage Collector. Trotzdem benötigt MicroPython nur 256 KB Speicherplatz und 16 KB Arbeitsspeicher. Python ist übrigens eine bekannte Programmiersprache, die oft als erste textbasierte Sprache genutzt wird, um grundsätzliche Mechanismen des Programmierens zu lehren. Das ist ein weiterer Grund, warum wir die Wahl von Python bzw. MicroPython begrüßen.

Die genannten Features von MicroPython sind zwar weniger relevant für die Entwicklung von Programmen für den LEGO® Mindstorms® EV3 oder andere LEGO®-Plattformen, machen MicroPython aber dennoch zu einer hervorragenden Plattform, um von Benutzer*innen geschriebene Programme auszuführen. Der Quelltext von MicroPython ist Open Source, was bedeutet, dass er öffentlich zur Verfügung steht, einsehbar ist und dass die Community Änderungen daran vornehmen kann. Eine gute Voraussetzung, um in der Zukunft von vielen Personen weiterentwickelt zu werden. Aktuell ist die Plattform sehr aktiv. Die erste Version erschien im Mai 2014 – die aktuelle Version 1.10, die beim Schreiben dieses Artikels zum Download bereitstand, ist vom Januar 2019. Das spricht für viele Updates mit Fehlerbehebungen und neuen Funktionen: Ein weiterer Pluspunkt.

Um ein paar Missverständnissen vorzubeugen: MicroPython ist ein angepasstes Betriebssystem für den LEGO® Mindstorms® EV3. Es handelt sich dabei nicht um die Firmware. Diese wird komplett von LEGO® Education bereitgestellt. Zur Firmware haben wir einen gesonderten Artikel für euch erstellt. Das angepasste Betriebssystem wird auf eine microSD-Karte kopiert, sodass der EV3 davon starten kann. Der Mechanismus ähnelt einem sogenannten Dual Boot, bei dem zum Beispiel die Betriebssysteme Windows und Linux parallel auf einem PC oder Laptop installiert werden. Wenn die microSD-Karte entfernt wird, dann startet der EV3 wieder das von LEGO® Education bereitgestellte Betriebssystem, das sich direkt auf dem EV3 befindet.

Aber wozu das Ganze?

Wir bekommen recht oft die Frage gestellt, wozu andere Programmiersprachen als die von LEGO® bereitgestellten genutzt werden sollten. Für den Einstieg sind die grafischen Sprachen von LEGO® Education eine gute Wahl. Irgendwann ist aber genug Programmiererfahrung vorhanden, sodass textbasierte Programmiersprachen in den Fokus rücken. Damit können komplexere Programme mit weniger Programmzeilen erstellt werden. Wer eine textbasierte Programmiersprache beherrscht, kann dadurch also einen kleinen Vorteil gewinnen. Die Möglichkeiten der Hardware, zum Beispiel der Sensoren und Motoren, bleiben allerdings gleich. Es geht eher um die Art und Weise, wie ein Programm erstellt wird.

Weitere Gründe haben wir im Artikel zu den Programmiersprachen für LEGO®-Robotik-Sets zusammengetragen. Wie immer gilt aber: Nutzt bitte die Programmiersprache, die euch gefällt und in der ihr euch auskennt und wohlfühlt – egal ob grafisch oder textbasiert. Das ist die beste Voraussetzung, um Spaß beim Programmieren zu haben. Dann lernt ihr am meisten und habt die größten Erfolge.

Unsere erste Einschätzung

Auf den ersten Blick sieht MicroPython sehr vielversprechend aus. Die Plattform ist schon lange verfügbar, wird von vielen eingesetzt und ist damit etabliert. Uns freut es sehr, dass LEGO® Education seine LEGO®-Robotik-Sets mit diesem Schritt noch weiter öffnet und zudem auf eine bereits vorhandene Plattform wie MicroPython setzt. Bei anderen Herstellern ist es nicht ungewöhnlich, dass stattdessen eine eigene Plattform erstellt wird, obwohl das oft völlig unnötig ist und zu Inkompatibilitäten führt.

Ob MicroPython auch auf den zweiten Blick überzeugen kann, wird sich zeigen. Ebenso, ob die Community diese weitere Möglichkeit annimmt. Darüber hinaus sind wir ebenfalls gespannt, ob Python dadurch in Zukunft eine größere Rolle bei Wettbewerben spielen wird.

Wir freuen uns, dass hier eine Plattform gefördert wird, die unabhängig vom Betriebssystem zum Einsatz kommen kann. Denn sowohl MicroPython als auch die von LEGO® Education präferierte Entwicklungsumgebung Visual Studio Code sind unabhängig vom Betriebssystem. Beide laufen sowohl auf Windows als auch auf macOS und Linux – ein weiterer sehr großer Pluspunkt.

Einen genaueren Blick auf die technischen Details von MicroPython werfen wir in kommenden Artikeln wie z.B. der Installationsanleitung und in unseren Praktikums-Aufgaben.

SPIKE™ Prime – so heißt der neue Roboter von Lego Education, welcher diesen Monat erscheinen sollte. Aber daraus wird nichts. LEGO® Education teilte den Vorbestellern in einer Email mit, dass das Set nun erst Anfang 2020 in den Handel kommen wird.

Verkaufsstart verzögert sich

Wir hatten euch das SPIKE™ Prime Set in diesem Artikel ausführlich vorgestellt. Außerdem haben wir ein Video zu Prime gedreht. Noch beim Deutschandfinale der WRO hatte es geheißen, dass der LEGO®-Neuzugang ab August 2019 erhältlich sein wird. Nun kommt es aber anders: SPIKE™ verspätet sich – und das nicht zu knapp. Wenn wir nach den Lieferdaten der meisten Onlinehändler gehen, wird SPIKE™ Prime voraussichtlich erst im Februar 2020 kommen.  Doch auch hier herrscht Unsicherheit: Einige Händler geben Januar andere wiederum erst März 2020 an. Angenommen, SPIKE™ Prime wird ab Februar erhältlich sein, so verspätet sich der Roboter um ganze sechs Monate. Von LEGO® selbst haben wir dazu keine genaueren Informationen vorliegen.

Schulen und Wettbewerbe besonders betroffen

Diese Verspätung hat Auswirkungen: Schulen, die nach den Sommerferien SPIKE™ anschaffen wollten, werden nun eine Alternative brauchen oder ein halbes Schuljahr keinen Unterricht damit anbieten können. Da Sets von LEGO® Education aber nicht nur für Bildungseinrichtungen attraktiv sind, betrifft die Verzögerung auch viele Eltern. Denn unter dem Weihnachtsbaum wird SPIKE™ nach derzeitigem Stand wohl nicht liegen können.

Neben Schulen und Eltern sind auch zahlreiche Roboter-Wettbewerbe betroffen. Allen voran die First Lego League, welche zum Start der Saison 2019/2020 jeden Verweis auf den Roboter restlos von der Internetseite entfernt hat. Aufgaben, welche gut mit SPIKE™ Prime zu lösen wären, nützen nichts, wenn es keinen SPIKE™ Prime gibt. Die Aufgabenveröffentlichung war am 1. August 2019 – 18 Uhr.

Auch bei der WRO wird es sehr knapp. Denn zur neuen WRO-Saison wurde der SPIKE™ Prime zugelassen. Zwar laufen die Anmeldefristen noch bis Ende Februar/Anfang März. Die meisten Teams trainieren aber schon seit längerem mit dem EV3 und intensivieren die Wettbewerbsvorbereitungen bereits ab Januar, wenn die Aufgaben veröffentlicht werden. Die Regionalwettbewerbe starten in der Regel im April – da bleibt von Februar/März nicht viel Zeit, sich mit dem neuen Roboter vertraut zu machen.

Ergänzungssets statt SPIKE™ Roboter

Dass sich SPIKE™ Prime um voraussichtlich mindestens sechs Monate verspäten wird, bringt vieles durcheinander. Leider liegen uns keine Informationen darüber vor, was der Grund für diesen großen Verzug ist. Es bleibt abzuwarten, ob sich ein paar WRO Teams das Ergänzungsset mit den neuen Rädern anschauen und diese an ihre EV3s montieren. Aber auch das Ergänzungsset wird nach jetzigem Stand erst Anfang 2020 erhältlich sein.

Inwiefern seid ihr von dem Verzug betroffen? Lasst es uns in den Kommentaren wissen. Wir halten euch auf dem Laufenden.