Arduino Alvik, ein Wendepunkt in der STE(A)M-Ausbildung? (Review)

von Clemens Valens
Lesezeit: 7 Min.

Eine Möglichkeit, die Ingenieure von morgen zu finden und hervorzubringen, besteht darin, unter unseren Kindern zu suchen. Die Idee besteht darin, ihnen unterhaltsame und einfach zu bedienende Werkzeuge und Übungen an die Hand zu geben und dann zu hoffen, dass dies ihr inneres technisches Feuer entfacht oder zumindest ein gewisses Interesse weckt. Der Arduino Alvik passt in dieses Schema.

Jeden Tag werden mehr und mehr Techniker, Ingenieure und Entwickler benötigt, um unsere sich ständig weiterentwickelnde technologiegetriebene Gesellschaft am Laufen zu halten. Diese Menschen müssen gefunden und ausgebildet werden - eine komplizierte Aufgabe, vor allem die Suche nach ihnen. Trotz der vielen Programme und Kampagnen zur Förderung von Wissenschaft und Technologie, die in den letzten Jahrzehnten ins Leben gerufen wurden, und der zahlreichen, die geschaffen wurden, entscheiden sich immer noch zu wenige Menschen für eine Karriere in den Bereichen Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen oder Mathematik, allgemein abgekürzt als STEM (oder STEAM, wenn wir Kunst hinzufügen).

Der Arduino Alvik für den Unterricht mit Kindern

Eine Möglichkeit, die Ingenieure von morgen zu finden und auszubilden, besteht darin, unter unseren Kindern zu suchen. Die Idee ist, ihnen unterhaltsame und einfach zu bedienende Werkzeuge und Übungen an die Hand zu geben und dann zu hoffen, dass dies ihr inneres technisches Feuer entfacht oder zumindest ein gewisses Interesse weckt. Der Arduino Alvik passt in dieses Schema.

Was ist das Arduino Alvik?

Der Arduino Alvik ist eine größtenteils weiße, flache, quadratische 9,6 cm x ___ cm (Wie STEM sind Sie? Können Sie die fehlende Abmessung ergänzen?) große autonome Roboterfahrzeugplattform mit einer Höhe von ca. 45 mm (von mir gemessen, ich konnte keine offiziellen Maße finden). Auf der Oberseite ist eine abstrakte Grafik in Blau aufgedruckt, auf der Vorderseite ist ein Smiley zu sehen. Insgesamt sieht der Alvik gut aus und fühlt sich robust an.

Ungekapselte Elektronik

esp32 nano dont touch — Eine "Nicht berühren"-Warnung auf einem Lernroboter für Kinder?

Leider wird der Eindruck der Robustheit durch das Arduino Nano ESP32-Board etwas geschmälert, das die ungeschützte Elektronik oben auf dem Alvik und eine Art „Nicht berühren“-Symbol daneben offenbart. Das Nano-Board ist zwar abnehmbar, aber es ist auch der Hauptcontroller, der Wi-Fi und Bluetooth bereitstellt, und es ist das Batterieladegerät...

Der Arduino Alvik hat Sensoren

Auf der freundlichen Vorderseite befindet sich ein Time-of-Flight (ToF)-Sensor. Auf der Rückseite befindet sich eine Reihe von I²C-Anschlüssen im Qwiic- (Sparkfun) und Grove- (Seeed) Format. Dort befinden sich auch der Ein/Aus-Schiebeschalter und eine Stiftleiste für den Anschluss von bis zu zwei Servomotoren.

i2c connectors — I²C-basierte Erweiterungsanschlüsse auf der Rückseite.

Dreht man den Roboter um, wird das zeilenverfolgende Sensorarray sichtbar (das genau genommen auf der Vorderseite angebracht ist). Sichtbar sind auch der Beschleunigungssensor, der Farbsensor mit einer hellen weißen LED sowie zwei winzige Drucktasten (Boot und Reset) am Boden eines ziemlich tiefen Lochs. Hoffen wir, dass diese beiden Tasten nicht oft benötigt werden.

Auswechselbare Batterie

Auf der Unterseite befindet sich auch die Batterieabdeckung, die den Zugang zu den austauschbaren Lithium-Ionen-Zellen des Typs 18650 ermöglicht. Der Gedanke dahinter ist, dass der Lehrer über geladene Ersatzbatterien verfügt, so dass eine Batterie schnell ausgetauscht werden kann, wenn sie leer ist, anstatt den Unterricht vorzeitig zu beenden.

Mechanische Erweiterung

mechanical extension options — Mechanische Erweiterungslöcher, von denen zwei mit Lego Technic kompatibel sind.

Der Roboter hat zwei Räder und ein Metallkugel-Lenkrad, damit er nicht umkippt. Beide Radseiten haben jeweils sechs mechanische Erweiterungslöcher. Zwei davon sind mit Lego Technic kompatibel, die vier anderen sind für Schrauben des Typs M3. Obwohl dies nicht vorgesehen ist, kann man auch etwas auf dem Alvik befestigen, indem man die oberen Befestigungsschrauben verwendet. Auf der Oberseite befinden sich außerdem zwei ovale Aussparungen, deren Zweck jedoch nicht erklärt wird.

Berührungsempfindlich auf der Oberseite des Arduino Alvik

Die Oberseite ist eigentlich die Rückseite der Hauptplatine. Wenn man sich die Grafiken genau ansieht, erkennt man, dass sie eine kapazitive Touch-Tastatur mit sieben Tasten (Auf, Ab, Links, Rechts, Enter, OK & Cancel) bilden. Außerdem gibt es zwei RGB-LEDs (DL1 & DL2), eine über jedem Rad.

arduino alvik top side — The Alvik has a capacitive touch pad on the top side.

Auf der Oberseite des Alvik befindet sich ein kapazitives Touchpad.
Die Nano-Platine hat auf beiden Seiten eine Reihe von Löchern, in die Breadboard-Drähte (auch bekannt als Dupont- oder Jumper-Drähte) gesteckt werden können. Auf diese Weise kann der Nano mit externen Schaltungen verbunden werden, z. B. auf einem Breadboard. Interessanterweise ist der TX1-Pin des Nano-Boards auf diese Weise nicht zugänglich. Dafür gibt es sicher einen guten Grund.

In den übrigen winzigen Löchern sind keine Sensoren oder LEDs versteckt, sie sind einfach Befestigungs- und Ausrichtungslöcher für Teile, die auf der anderen Seite der Platine montiert sind.

arduino alvik insides — Ein Blick ins Innere des Alvik. Der große IC ist die STM32 MCU.

Was kann man damit machen?

Nach dem Aufladen des Akkus (die LED auf der Nano-Platine zeigt den Ladestatus an) und dem Einschalten des Roboters passiert außer dem Blinken der LED nichts. Das stimmt jedoch nicht, denn wenn die LEDs DL1 und D2 schließlich blau leuchten, wartet der Roboter tatsächlich auf Ihre Eingaben. Mit den Tasten Up und Down können Sie nun eine von drei Demos auswählen: Rot (einen Pfad programmieren und den Roboter diesem Pfad folgen lassen), Blau (schwarzer Linienverfolger) und Grün (Handverfolger). Nette Demos, die gut funktionieren. Sie verändern zwar nicht das Spiel, aber sie ermöglichen es, sofort loszulegen.

Einstieg in MicroPython

Wenn Sie mit dem Spielen fertig sind, können Sie mit der nächsten Übung fortfahren, die einen tiefen Einblick in MicroPython bietet. Sie installieren die Entwicklungsumgebung Arduino Lab zur Erstellung von Alvik-Programmen und probieren ein Beispiel aus. Wer neu im Programmieren ist, könnte sich hier etwas verloren fühlen.

programming lessons — Einige der kostenlosen Programmierlektionen. (Quelle: Arduino)

Wenn Sie nach dem Erklimmen dieses Hügels immer noch interessiert sind, können Sie zu den kostenlosen Programmierkursen übergehen. Zum Zeitpunkt, als diese Rezension geschrieben wurde, waren es elf, vom einfachen Blinken einer LED bis zum Auffinden einer (virtuellen) Ladestation. Alles in MicroPython, und auch ein hilfreicher allgemeiner MicroPython-Anfängerkurs wurde nicht vergessen.

Kursplan

Weitere Kurse sind im Arduino-Cloud-basierten Kursplan enthalten, aber da ich keinen habe (er ist nicht kostenlos), konnte ich sie nicht ausprobieren.

arduino stem learning path — Der Alvik (oben links) ist nur ein kleiner Teil eines erweiterten STEM-Lehrplans. (Quelle: Arduino)

Andere Programmiersprachen

Obwohl ich überall gesucht habe (glaube ich), habe ich nicht viele technische Informationen über das Alvik gefunden. Es ist möglich, den Alvik in einer anderen Sprache als MicroPython zu programmieren (natürlich ist es möglich), aber wie? Ein Schaltplan zum Beispiel wäre schön gewesen, oder ein Dokument, das erklärt, wie der Nano mit der STM32 MCU kommuniziert.

Fazit

Der Arduino Alvik ist eine charmante und sorgfältig konzipierte, vielseitige und erweiterbare mobile Roboterplattform mit drahtlosen Funktionen und genügend Rechenleistung für lustige Experimente und andere Dinge. Ehrlich gesagt, glaube ich nicht, dass es am Produkt selbst etwas auszusetzen gibt (auch wenn ich es mit 150 € oder so etwas teuer finde). Vielleicht könnte man eine Schutzhülle für das Nano-Board hinzufügen?

arduino alvik front side — Alvik macht ein fröhliches Gesicht, auch wenn sein Programm nicht funktioniert.

Ist der Arduino Alvik ein Spielveränderer?

Der Arduino Alvik soll jedoch mehr sein als nur ein kleiner Roboter. Es wird behauptet, dass er die STE(A)M-Ausbildung grundlegend verändern wird, und das kann ich nicht erkennen. Das Konzept ist nicht neu; ich habe solche Produkte schon oft gesehen.

Ist MicroPython die Lösung?

Außerdem verstehe ich wirklich nicht, wie man Kinder (oder irgendjemanden) motivieren kann, sich mit Technik, Wissenschaft oder Kunst zu beschäftigen, indem man ihnen MicroPython-Code (oder irgendeine andere Programmiersprache) vorsetzt. Man braucht keine Roboter, um Programmieren zu lernen:

Nimm dein Fahrrad
 Steig auf
 Fang an zu treten
 Fahr zum Laden
 Steig ab
 Geh in den Laden
 Wenn es Milch gibt, kauf einen Liter
 Andernfalls warte ewig /* TODO: Ausnahmen elegant behandeln */
 Geh nach Hause

Schreiben Sie dies nun in einer Programmiersprache Ihrer Wahl neu, ohne einen einzigen Tippfehler zu machen.

Oh je! Sooo langweilig! Was gibt's auf TikTok?

KI-Unterstützung?

Auch wenn Arduino eine Menge Dokumentation und Übungen für das Alvik herausgegeben hat, was toll ist, ist sie unvollständig und behandelt nur MicroPython. Eine Unterstützung für Arduino selbst wäre natürlich logisch gewesen, aber auch ein paar mehr Details über die zugrundeliegende Hardware wären für interessierte Benutzer hilfreich gewesen. Es fühlt sich ein wenig so an, als ob die Alvik-Hardware auf den Markt gebracht wurde, bevor die Produzenten von Inhalten bereit waren. Und was ist mit ChatGPT-ähnlicher Programmierunterstützung?