Programmierbares von LEGO

Welche Sets von LEGO kann man stand heute zum Programmieren lernen nutzen?

Das WeDo wurde von LEGO abgekündigt und wird nicht mehr hergestellt/vertrieben. Als Nachfolger gilt das “Lego Spike Essential“. Es gibt einen relativ stabilen Markt für gebrauchte Sets, die Komponenten sind robust, man kann also dennoch ohne große Angst auch ein gebrauchtes Set anschaffen und es wahrscheinlich später wieder loswerden, aber es kommen auch keine Updates für die Software – und diese ist von Bugs geplagt. Man kann aber auf MIT Scratch ausweichen, da ist die Lage besser.

Es ist ein sehr schöner und ausgewogener Bausatz, aber am Ende doch nicht unbedingt das Beste für den Heimgebrauch. Eigentlich auch nicht mehr für die Schule, seit Spike Essential.

Es gibt aber Alternativen:

Alle LEGO Sets, die eine App-Steuerung haben, sowie alle LEGO Züge, die eine Funk-Fernbedienung haben – heißt auf der Packung steht entweder “Control+” oder “PoweredUp!” – sind auch mit der “PoweredUp! App” programmierbar. Sprich alle Sets aus den letzten vielleicht 2 Jahre oder so. Die Sets mit Aufschrift “Power Functions” sind nicht kompatibel!

Die Programmieroberfläche von PoweredUp App ist ähnlich konzipiert, wie die von WeDo, bietet allerdings deutlich mehr Flexibilität und Möglichkeiten an, hat auch deutlich weniger Bugs als WeDo. Vielleicht hat jemand so ein Set schon daheim, dann hat man auch die Möglichkeit gleich loszulegen. 

Es gibt auch das Projekt PyBricks https://pybricks.com/ wo eine alternative Firmware für die LEGO Steuerhubs entwickelt wurde, damit kann man die Hubs aus den Zügen und aus den Technic Sets mit Python (µPython) programmieren. Damit geht dann schon wirklich recht viel.

Ein Problem dabei:

Die meisten nicht-Roboter Sets enthalten keinerlei Sensoren. Es sind nur Motoren dabei, aber keine Taster, keine Lichtsensoren, nichts was mit dem Roboter interagieren ließe. Damit hilft aber Bricklink (Ein Marktplatz für neue und gebrauchte LEGO Einzelteile).

Kompatible Sensoren:

• bb0891c01 Ein Farb- und Entfernungssensor aus dem Lego Boost Set
• 45305-1 Ein Neigungssensor aus dem WeDo 2.0 Set
• 45304-1 Ein Entfernungssensor aus dem WeDo 2.0 Set
• Ob Spike Sensoren mit PyBricks kompatibel sind, weiß ich nicht, mit der Original PoweredUp! App funktionier(t)en sie aber nicht.

Software dazu:

• Lego Powered Up App für Android: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.lego.common.poweredup
• Lego Powered Up App für iOS: https://apps.apple.com/us/app/lego-powered-up/id1367846574

Sollen die Links nicht funktionieren: Google “Lego Powered Up App” -> die ersten Ergebnisse. Leider ist die App nicht mit allen Geräten kompatibel…

Die “Echten” Roboterbausätze (aktuell)

Soll man sich doch für einen Set interessieren, der mit mehr Sensoren kommt und eher für das Lernen von Mechatronik + Programmieren gedacht ist, gibt es stand heute drei intetressante Bausätze:

a) Spike Essential (€279 ha, ha, jetzt in 2022 mindestens €299) – Nachfolger von LEGO WeDo mit vielen Verbesserungen, richtet sich an die gleiche Altersstufe, hat aber mehr Potential nach oben, als WeDo. Der Hub hat nur zwei Ports und kann keine Programme speichern, das Programm wird auf dem Tablet ausgeführt und wird zum Hub “gestreamt”, ist also quasi genau das Gleiche, wie WeDo.

Der Hub hat nur zwei Anschlüsse, hat aber einen eingebauten Gyrosensor und Beschleunigungssensor (6DOF IMU). Somit hat man quasi “1 Anschluss mehr”, auch wenn es immer ein Beschleunigungssensor (Neigungssensor) an diesem angeschlossen ist.

Spike Essential ist auch mit vielen Koppelsteinen ausgestattet, die es erleichtern, LEGO-Technic orientierte Komponenten des “Roboter-Baukastens” (Motoren, Hub, Sensor, Lichtmatrix…) mit LEGO “System” (“Noppenlego”) zu kombinieren. Das macht es gerade für junge Roboterbauer leichter, eigene Konstruktionen zu entwerfen. Das Lego Technic hat mehr Flexibilität bei komplexen Bauten, erfordert aber auch deutlich mehr Vorstellungskraft beim Bauen und somit ist am Anfang überfordernd.

b) Spike Prime (€299 ha, ha, jetzt in 2022 mindestens €349) + optional Spike Prime Erweiterung  (€110, lieferbar Anfang 2023?) – richtet sich an weiterführende Schulen, ist aber dank einer sehr gut vorbereiteten und abgestimmten Software auch sehr gut in der Grundschule einsetzbar. Es ist rein LEGO Technic basiert, auch wenn es einzelne LEGO System (“Noppenlego”) Elemente dabei sind – diese sind aber eher zum Verzieren, oder als Objekte für die Roboter zum Manipulieren, als zum Bauen da.

Der Spike Prime Hub hat 6 Anschlüsse, die beliebig verwendet werden können (das von EV3 bekannte dass es eine Unterscheidung zwischen Sensor- und Motorports gibt ist somit vom Tisch). Einen “internen” siebten Anschluss gibt es für das eingebaute Gyro, genau so wie beim Spike Essential ist ein 6-Achs-Gyro on-board. Der Hub hat auch ein sehr einfaches LED Display mit 5×5 Punkten, kann auch Lauftext darstellen, aber ansonsten passt da auf einmal nur eine Ziffer oder eine Buchstabe drauf.

Der Hub von Spike Prime kann bis zu 20 Programme speichern, diese können auch ohne Verbindung zum Rechner/Tablet gestartet werden. Den von WeDo oder Spike Essential bekannten Modus, wo das Programm auf dem Tablet läuft und der Hub quasi ferngesteuert wird, gibt es auch, der heißt “Streaming Mode” und erleichtert die Arbeit beim Rumexperimetieren – es entfällt das Laden und Starten der Software, dafür ist dieser Betriebsmodus deutlich langsamer, als direkte Programmausführung auf dem Hub.

Beide Spike Produkte können mit gleicher App programmiert werden, beide unterstützen Programmierung mit textfreien Bausteine (ähnlich WeDo, Boost oder PoweredUp!), beide unterstützen Scratch (heißt bei LEGO “Wortbausteine”), Spike Prime kann auch mit Python direkt programmiert werden.

Alle LEGO Education Produkte sind in DE über https://www.conrad.de/de/search.html?search=spike%20lego oder über Betzold.de beziehbar.

c) Robot Inventor 51515 (€269 … €359) – die “zivile” Variante von Spike Prime. Es fehlt das vorbereitete Lernmaterial, dafür kommen die Roboter mit fertigen Programme. Lerntechnisch suboptimal, dafür aber günstiger, als Spike Prime. Spike Prime und Robot Inventor basieren auf der gleichen Hardware (Motoren, Sensoren) mit unterschiedlichen mitgelieferten LEGO-Steine – sprich wenn man die von LEGO vorbereiteten Materialien zum lernen zurückgreifen möchte, sind eher die LEGO Education Varianten zu bevorzugen.  

d) Theoretisch kann man auch über das LEGO Boost nachdenken, von der Zusammensetzung ist das Set sehr gut, es fehlt aber ein wenig an der Software-Seite und es gibt wenig Lernmaterialien verglichen zu den Education-Sets. Das “Hirn”, das Steuerteil von Boost, ist auch mit seinen zwei fest eingebauten Motoren relativ klobig und während es sich gut für alle fahrende Roboter eignet, lässt sich aber schwer in andere Aufbauten integrieren.

e) Vollständigheitshalber: Mindstorms EV3 (ob 31313 oder 45544) wurde abgekündigt, richtet sich an Studenten. Diese Sets mussten auch für Gymnasien herhalten, von der Komplexität sind sie schwer zu handhaben. Ja, sie erlauben deutlich mehr im Bereich Code (man kann auf der Steuer-Brick Linux booten und dann läuft quasi alles inklusive Java), aber die Kiste bootet 5 Minuten, die Motoren haben sehr umständliche Befestigungspunkte, die PC Software, die wirklich was konnte, wurde abgekündigt und ersetzt mit einer Programmierschnittstelle, wie bei Spike Prime (Scratch-ähnlich) nur mit mehr Bugs. Wer nicht gerade bewußt auf Grenzen des Spike-Ökosystems gestoßen ist, soll es mmn. eher lassen.

Bei Fragen kommt einfach auf mich zu, ich habe mich mittlerweile durch alle Varianten praktisch durchgearbeitet und einiges kann man auch live und in Farbe sich anschauen.

Andere Lösungen und Tipps:

1. Es gibt eine Online/Tablet App, mit der man einen Roboter in quasi-Scratch Sprache programmieren kann, OHNE einen echten Roboter da zu haben: https://lab.open-roberta.org/ (einfach Open Roberta Sim auswählen, der Roboter wird simuliert, man kann ihn aber trotzdem wie einen echten programmieren – läuft alles auch one PC Installation, nur im Browser, ggf. aber nicht auf Schul-Tablets…).
2. Open Roberta Lab gibt es auch als App für Android https://play.google.com/store/apps/details?id=de.fhg.iais.roberta.main&gl=DE ob es auch für’s iOS gibt weiß ich nicht.
3. Angelehnt an Open Roberta Lab gibt es auch aus gleicher Quelle ein Quest-Spiel https://play.google.com/store/apps/details?id=de.fhg.iais.roberta.nepo.missions&gl=DE  wo man einen Mars Roboter Mission nach Mission immer komplexer werdende Aufgaben lösen muss – jeweils mit einem passenden Stück Programm. Finde ich recht gelungen.