Open Practice - Teams bei der Arbeit im Exnersaal des TGM

Educational Robotics

Wir befinden uns zu Beginn des ersten Tages auf der European Conference on Educational Robotics, kurz ECER, die nach dem amerikanischen Vorbild, der Global Conference on Educational Robotics (GCER) dieses Jahr das erste Mal in Europa ausgerichtet wurde. Die Konferenz basiert auf dem aus den USA stammenden Botball Educational Robotics Program des Kiss Institute for Practical Robotics (KIPR). Das Ziel dieses Programms ist es, Kinder und Jugendliche für Technik zu begeistern, indem sie selbstständig in Teams autonome Roboter bauen und programmieren, mit denen sie dann an Wettkämpfen teilnehmen können. Autonom bedeutet in diesem Fall, dass der Roboter die Aufgaben selbstständig lösen soll, d.h. ohne direkte äußere Einflüsse (z.B. durch eine Fernbedienung). Das Konstruktions-Set besteht größtenteils aus Lego Technik, speziellen Metallteilen und einer Sammlung aus Sensoren, Motoren und Servos. Für die Programmierung steht eigens eine Entwicklungsumgebung zur Verfügung, in der man sich für die Programmiersprache C oder Java entscheiden kann. Unter anderem fördert das Botball Programm die Teamfähigkeit, Social Skills und vor allem die technischen Fertigkeiten der Teilnehmer und soll für einen späteren Einstieg in einen Technik-Beruf fit machen. Der Wettkampf wird üblicherweise auf einem quadratischen Tisch ausgetragen, der nach einem speziellen Thema gestaltet wurde, und in bestimmter Art und Weise von den Robotern bearbeitet werden soll (z.B. Transportieren von Bällen, Stapeln von Würfeln, etc.).

Open Practice am Game Table

Nach den Open Practice Tables folgte eine kurze Willkommensrede von Organisator Dipl.-Ing. (FH) Mag. Gottfried Koppensteiner mit anschließender Entlassung in die Mittagspause, die die meisten Teilnehmer in der hauseigenen Mensa verbrachten. Doch diese war nur knapp bemessen, denn der enge Zeitplan sah schon bald die nächste Aktivität vor: eine der beiden Breakout Sessions. Dabei können Teilnehmer, die vor der Konferenz ein Paper geschrieben und eingereicht haben, dieses im Rahmen eines 10-minütigen Vortrags vor gesammeltem Publikum präsentieren. Die gesamte Konferenz fand, aufgrund der Konformität mit dem aus den USA stammenden Botball Programms und den teils internationalen Gästen und Teilnehmern, in englischer Sprache statt. Das verbessert natürlich die Englisch-Kenntnisse der deutschsprachigen Teilnehmer und ermöglicht es Erfahrung und Übung im Präsentieren vor größerem Publikum zu sammeln. Die Präsentationen vermittelten den Eindruck, dass sich die Autoren sehr engagiert mit ihrem Thema auseinandergesetzt haben und der Spaß auch nicht zu kurz gekommen ist. Die Themen waren sehr unterschiedlich; sie reichten von Involvierung von Robotik in der Ausbildung, über Programmierumgebungen, die es erleichtern sollen, Roboter zu programmieren, bis hin zu möglichst eleganten und effizienten Lösungen der diesjährigen Wettbewerbsaufgabe.

Vorträge von Schülerinnen und Schülern über ihre Roboter

Was die Roboter tun müssen

Die zu lösenden Aufgaben der diesjährigen Wettbewerbsaufgabe sind sehr unterschiedlich und erfordern verschiedenste Ansätze. Der Wettkampftisch besteht aus zwei gegenüberliegenden Bereichen, die identisch und jeweils für ein Team gedacht sind. Es befinden sich drei Würfel mit unterschiedlichen Farben auf dem eigenen Spielfeld, die in einer bestimmten Reihenfolge gestapelt werden sollen. Desweitern gibt es einen Ring, in den Tischtennisbälle befördert werden sollen, die über einen Einlass ins Spiel gebracht werden können. Auf dem eigenen Spielfeld befinden sich ebenfalls zehn Plüschbälle, die in eine bestimmte Zone gebracht werden sollen. In der Mitte des Tisches befinden sich u.a. Papierstreifen und das Botball-Maskottchen, der Botguy, die jeweils Punkte bringen, wenn sie auf die eigene Seite befördert werden können. Zum Lösen dieser Aufgaben gibt es zwei Minuten Zeit pro Runde, wobei für jede der Aufgaben bestimmte Punkte vergeben werden und am Ende die Summe der Punkte ausschlaggebend ist (für mehr Infos siehe das offizielle Video von Botball).

Künstlerischer Roboter

Im Anschluss an die erste Breakout Session stand der Robotics Showcase auf dem Plan. Dieser bietet sowohl Teilnehmern, als auch externen Roboter-Experten die Möglichkeit, ihre Roboter zu präsentieren und vorzuführen. Dieses Jahr gab es im Zuge des Showcases besonderen Besuch: Ing. Erik Dokulil, von Robots In Architecture führte seinen privaten Industrieroboter der Marke Kuka vor. Besonderheit an diesem 300 Kilogramm schweren Roboterarm war, dass er nicht wie ursprünglich vorgesehen Schweißarbeiten und dergleichen verrichtete, sondern Bilder zeichnete. Die Herausforderung dabei ist es natürlich, solch einen mächtigen Roboter mit einer Präzision zu betreiben, die detaillierte Zeichnungen mit dem Kugelschreiber zulässt. Die entsprechende Software dafür benötigt dazu lediglich eine Vektorgrafik, berechnet sich die Wegpunkte und nach einer Kalibrierung des Roboters kann es schon losgehen. Es wurden einzelne Teilnehmer-Gruppen aufgerufen, die eine Vorführung genießen durften, während es den anderen Gruppen erlaubt war an ihren Robotern weiterzuarbeiten. Der zeichnende Roboter stieß auf große Begeisterung, insbesondere durch die doch flotten und präzisen Zeichnungen des Botball-Maskottchens und Konferenzlogos. Einige Zeichnungen schmücken bereits die Wand des neuen Robotik-Labors im TGM. Der Roboter stand für den gesamten Zeitraum der Konferenz vor dem Exnersaal bereit, wo er von Zeit zu Zeit Logos und sonstige Anfragen der Teilnehmer zu Papier brachte.

KUKA Roboter von Eric Dokuli (robots in architecture)

Die Wettkämpfe

Nun steigt die Spannung etwas, denn der nächste Programmpunkt sind schon die ersten Wettkampfrunden der Konferenz. Grundsätzlich wurden auf der ECER zwei unabhängige Wettkämpfe ausgetragen: die Botball Tournaments mit 16 teilnehmenden Teams, dessen Wettbewerbsaufgaben im Wesentlichen bereits erklärt wurden und auch in dieser Form in den USA stattfinden, und die Disbotics Open Tournaments mit einem teilnehmenden Team, eine für die ECER entwickelte Aufgabenstellung. Während es bei den Botball Tournaments einige Einschränkungen bzgl. der Konstruktion der Roboter und Alter der Teilnehmer gibt, kann man beim Disbotics Open Tournament prinzipiell die Roboter so gestalten, wie man sie gerne hätte. Jeder der beiden Wettkämpfe besteht aus verschiedenen Phasen: zuerst werden die Seeding Rounds ausgetragen, bei denen nur ein Team pro Tisch so viele Punkte wie möglich erreichen soll. Jedes Team hat drei Antritte, wobei der Durchschnitt aus den besten beiden Ergebnissen zählt. Nach den Seeding Rounds werden die Double Elimination Rounds ausgetragen, bei denen jeweils zwei Teams pro Tisch gleichzeitig am Werk sind, was bedeutet, dass man aktiv seine Gegner stören und dessen Punkte vereiteln kann – immerhin kann man sich zwischen den beiden Spielseiten frei bewegen. Das Team mit mehr Punkten gewinnt die Runde, eine Niederlage kann zur Ausscheidung führen.

Die ersten Wettkampfrunden sind die Seeding Rounds der Disbotics Open Tournaments. Bei diesem Wettkampf geht es darum, ein Lego-Duplo-Konstrukt, das aus drei Steinen besteht, auseinanderzunehmen und die einzelnen Steine korrekt nach Farbe zu sortieren, also in die entsprechenden Behälter zu befördern. Diese Herausforderung hat lediglich nur ein Team angenommen – was für die hohe Schwierigkeit der Aufgabe spricht.

Die Roboter des DISBOTICS Projekts bei der Arbeit

Das Disbotics Team, das aus TGM-Schülern einer vierten Klasse besteht, arbeitet schon seit Beginn des Schuljahres an einer wissensbasierten Lösung zur Zerlegung von Lego-Konstrukten und anschließenden Sortierung. In den Seeding Rounds hat es leider nicht so geklappt wie sie sich das vorgestellt hatten, was im Wesentlichen auf Probleme in der Software zurückzuführen war. Dennoch war eine Aufgabe wie diese sehr aufregend und selbst für Botball-Veteranen völlig neu, was einige Schaulustige nach sich zog.

Großer Andrang bei den DISBOTICS Seeding Rounds

Erste Vorträge

Neben den 10-Minütigen Vorträgen in den Breakout Sessions gab es auf der ECER auch die Möglichkeit in Form von längeren Vorträgen zu präsentieren, sowohl für Teilnehmer (Participant Speech) als auch eingeladene Redner (Keynote Speech). Am ersten Tag der Konferenz standen zwei Vorträge am Plan. Der erste Vortrag war eine Participant Speech eines Teams der HTL Wiener Neustadt über Problemlösungen in der angewandten Robotik. Es wurde detailliert auf die diesjährige Wettbewerbsaufgabe eingegangen und die verschiedenen Möglichkeiten, um Punkte zu erzielen, erörtert. Die zweite Präsentation wurde von Dr. David Miller abgehalten. Es ging um Roboter zur Unterstützung von Kleinkindern mit Muskelschwäche, im speziellen um die Lehr- und Lernfähigkeit von Robotern zur Unterstützung des Krabbelverhaltens.

Dr. David Miller von der University of Oklahoma bei seinem Vortrag

Es ist nun schon früher Abend, als der letzte Programmpunkt für heute beginnt: die Opening Reception. Hier werden alle Teilnehmer der Konferenz zu Speis und Trank eingeladen und konnten in gemütlichen Rahmen erste Erfahrungen austauschen. Der Hunger ist groß, die Stimmung beim Anblick der gerichteten Speisen dementsprechend gut und der Tag klingt für die Teilnehmer angenehm aus. Aber nicht so für die Organisatoren und Helfer – sie arbeiteten noch bis in die Nacht hinein um Vorbereitungen für die nachfolgenden Wettkampfrunden zu treffen. Unter anderem wurden zwei Kameras und Videowalls bei den Tischen aufgestellt, die es für Zuschauer ermöglichten das Geschehen auf den Tischen live zu verfolgen. Zum Organisationsteam zählten neben General Chair Gottfried Koppensteiner auch noch Technical Program Committee Chair Christoph Krofitsch und Tutorial and Workshops Chair Reinhard Grabler, beide ehemalige Absolventen des TGM und nun Studenten an der Technischen Universität Wien. Das Team war sowohl für die aufwändige Vorbereitung als auch für den reibungslosen Ablauf an der Konferenz verantwortlich. Hochrangige Unterstützung ist auch direkt von KIPR aus Amerika gekommen: Dr. David Miller, seines Zeichens einer der Mitgründer von Botball, und Steve Goodgame, Executive Director von KIPR, halfen bei der Durchführung und waren Juroren.

Christoph Krofitsch,
ehem. Schüler des TGM und Projektmitarbeiter im Projekt DISBOTICS

Auch die betreuenden Lehrerinnen und die anwesende Direktorin der AHS Rahlgasse sahen das Projekt sehr positiv: „Ich bin ganz beeindruckt von der Vielfältigkeit des Projektes. Die Begegnung zwischen unterschiedlichen Schulkulturen, aber auch die unterschiedlichen Ergebnisse und deren Präsentationen sind sehr interessant. Schulen und SchülerInnen können nur davon profitieren.“, freut sich Direktorin Mag.a Ilse Rollett der Rahlgasse. Auch die Koordinationslehrerinnen sind von dem hohen Engagement der SchülerInnen begeistert: „Für mich ist es sehr beeindruckend zu sehen, wie viel Arbeit und Energie über sehr lange Zeit von den Schülern investiert wurde.“, so Susanne Waschulin, Koordinationslehrerin der Rahlgasse. „Ich fand es toll, dass zwei ganz unterschiedliche Schulformen zusammengekommen sind, sodass Vorurteile und Berührungsängste abgebaut werden können.“, erzählt Elke Friesacher, Koordinationslehrerin der Ungargasse.

Für Anja Christanell vom ÖIN stand vor allem die Zusammenarbeit von Wissenschaft und Schule im Vordergrund: „Es ist ein ganz anderes Arbeiten. Die Schule ist ein eigenes System, jede Klasse ist anders. Da muss man lernen flexibel zu sein – gemeinsam von einander zu lernen hat in diesem Projekt sehr viel Spaß gemacht. Hoffentlich können wir auch zukünftig ähnliche Projekte realisieren.“

Manfred Ergott von der Druckerei Janetschek freute sich vor allem über die Begeisterungsfähigkeit der Schüler: „Die Zusammenarbeit mit den SchülerInnen war ein tolles Erlebnis. Ich erzähle immer gerne wie inspirierend es war. Es ist schön zu sehen, wie begeisterungsfähig junge Menschen in Bezug auf Nachhaltige Entwicklung sind.“

Zum Abschluss der Veranstaltung wurden den Schülern Sparkling Science-Zertifikate überreicht. Unter lockerer Atmosphäre tauschen sich am Buffet WissenschaftlerInnen, LehrerInnen und SchülerInnen aus und spannen weitere Ideen für mögliche neue, nachhaltige Projekte.

Basierend auf dem Botball-Robotics-Educational-Programm aus den USA traten 18 Teams aus verschieden Schulen Österreichs und den USA an, um mit ihren Robotern bestimmte Wettbewerbsaufgaben zu erfüllen. Über 3 Monate haben die Teams an den Robotern gearbeitet, deren Mechanik konstruiert und die Roboter programmiert, sodass alle Aufgaben autonom gelöst wurden. Diese „Technik zum Begreifen“ gipfelte in höchst spannenden Wettbewerben, die das große Innovationspotential und die Kreativität der kommenden Generation aufzeigte.

Großartige Stimmung beim Finale

Die wissenschaftlichen Vorträge der Expertinnen und Experten waren perfekt auf das Event abgestimmt und dies hat dazu beigetragen, dass diese Konferenz eine gewisse wissenschaftliche Qualität erzielte und folglich IEEE-zertifiziert wurde. „Robots that Learn & Teach how to Crawl“ von Dr. David Miller von der Universität Oklahoma, USA und „Finding Objects in cluttered Scenes for Home Robotics“ von Dr. Jim Little von der Universität Bristish Columbia, Canada sind nur zwei Beispiele von Vorträgen, die einerseits Bezug zu den Wettbewerbsaufgaben hatten und gleichzeitig auch das Big-Picture vermittelten.

David Millers Talk

Auch die Beiträge der Jungforscherinnen und Forschern aus den verschiedensten Schulen gliederten sich nahtlos in dieses hohe Niveau ein. Der „Förderung von Mädchen in der Technik“ wurde durch Vorträge von Schülerinnen und Expertinnen besonderes Augenmerk gewidmet und der Haupt-Sponsor „Women in Technology“ ermöglichte 7 Teams die Anschaffung der Robotersets, was einen  Mädchenanteil von 40% zur Folge hatte!

Vorträge von Schülerinnen über Girls in Robotics

Woman in Technology

Natürlich wurde die Konferenz aufgrund des internationalen Charakters in englischer Sprache abgehalten und dabei konnten die jungen Teilnehmerinnen und Teilnehmer ihre Qualitäten zeigen. Als Sparkling-Science Projekt sind wir natürlich besonders stolz, mit diesem Event dazu beigetragen zu haben, dass jugendliche Feuer entfacht zu haben und die Begeisterung  weit über unsere Türschwellen hinaus verbreitet zu haben, wie die folgenden Zitate zeigen sollen:

„Gratulation nochmals, das war grandios, genauso kann man Jugendliche für Technik begeistern! Die Stimmung war besser als bei jedem Fußballmatch und jedenfalls fröhlicher und friedlicher. Ich habe es sehr genossen, bei Ihnen zu sein!“
Mag.iur. Anna Steiger, Technische Universität Wien, Vizerektorin für Personal und Gender

„Ich bin einfach noch so glücklich über die letzten Tage. Das werde ich alles nie vergessen, war eine supertolle Erfahrung und ich bin nächstes Jahr wenn der Stundenplan es so will auf jeden Fall wieder mit dabei; und wenn sich das Teilnehmen nicht ausgeht, dann hab ihr alle auf jeden Fall mal eine ganz begeisterte Zuschauerin dabei “
Eva, aus dem Team der BAKIP21

VR der TU Wien, Mag. Anna Steiger mit dem erfolgreichen Team der Bakip21

In kürze werden wir hier detailierte Berichte über jeden einzelnen erfolgreichen Tag der 1. European Conference on Educational Robotics bringen! Einstweilen möchte ich allen Jungforscherinnen und Jungforschern ausrichten:

Gipfelstürmer

WELL DONE – KEEP THE PASSION – KEEP THE SPIRIT – THE FUTURE IS YOURS

DI Mag. Gottfried Koppensteiner

Projektleiter DISBOTICS

Nachdem die wissenschaftlichen Fragestellungen des Projekts zum Großteil erfüllt sind hat die Verbreiterungsphase begonnen. 18 Teams aus 7 verschiedenen Schulen sind daher über die Initiative BOTBALL ins Forschungsprojekt eingebunden worden. Ende Jänner haben alle einen 2-tägigen Workshop am TGM besucht.

Workshop im Exnersaal

Nun kann die ECER12 kommen! Nach dem erfolgreichen Kickoff-Workshop im Jänner laufen die Vorbereitungen auf Hochtouren. 18 Teams aus unterschiedlichen Schulen Österreichs und den USA bereiten sich auf die erste ECER vor. Dabei bekommen Jugendliche die Möglichkeit mit WissenschaftlerInnen in Kontakt zu treten, Vorträge zu besuchen und selbst wissenschlaftliche Vorträge zu halten. Im Mittelpunkt steht jedoch der nichtdestruktive Roboterwettbewerb mit dem Thema “Rettet das Riff”.Unter Verwendung genormter Bausätze entwickeln und programmieren die Schüler selbstständig ihre Roboter zur Bewältigung der Aufgabenstellung.

Lernen mit Robotern macht Spaß

Auf dem offiziellen Game-Table am TGM können die eigens konzipierten Strategien getestet und verbessert werden um möglichst viele Punkte zu erzielen. Soviel sei dazu gesagt: Das Interesse an Technologie ist entfacht – die ersten Eindrücke sind überwältigend – der Ausgang der ECER12 scheint wirklich spannend zu werden!

Mehr Information zur Konferenz findet sich aufder Konfernzwebsite http://ecer12.pria.at.

Hier ein Überblick über die Unternehmen mit denen wir kooperierten:

• Therme Bad Blumau
• Druckerei Janetschek
• Österreichisches Institut für nachhaltige Entwicklung

Das Erarbeiten der Projektarbeiten mit den jeweiligen Unternehmen, war zwar zeitaufwendig, machte jedoch sehr viel Spaß. Die Präsentationen der Projekte im Schulzentrum Ungargasse brachten viele neue Erfahrungen mit sich. Zusätzlich erhielten wir von mehreren Seiten positives Feedback.

Ohne der Unterstützung unserer Projektauftraggeber, der Mitarbeiter vom ÖIN und Frau Mag. Elke Friesacher hätten wir unsere Projekte nie in diesem Ausmaß verwirklichen können.