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ein Angebot des Wiener Bildungsservers

Wir entwickeln Roboter

Schüler:innen setzen sich mit Robotern in Fiktion und Realität auseinander und entwerfen eigene Roboter.
Primarstufe
Sekundarstufe I
Werkerziehung & bildnerisches Gestalten

Kompetenzen der Digitalen Grundbildung

  • Handeln
  • Orientierung

Ressourcen

Ressourcen:

Kontext

Aus mehreren Gründen ist es spannend und wichtig, sich mit dem "Roboter" als Fiktion und Realität auch im Unterricht zu beschäftigen. Roboter kommen in vielen von Kindern und Jugendlichen gerne konsumierten Medieninhalten vor, von Büchern und Comics über Fernsehserien bis zu Videospielen. Diese Roboter verfügen über einen Charakter und sind in den meisten Fällen intelligente Wesen. Zugleich haben viele Kinder und Jugendliche in der Realität bereits Erfahrung mit Robotern gemacht: Staubsauger- oder Rasenmäher-Roboter sind heute alltäglich, und in vielen Haushalten sind Spielzeug- oder Lernroboter zu finden. Zum Dritten wird auf dem Feld der Robotik seit Jahrzehnten viel geforscht, auch im Zusammenhang mit KI. Denn das Navigieren von unebenem Gelände und das Transportieren von Lasten sind komplexe Aufgaben, mit denen sich eine selbstlernende künstliche Intelligenz gut trainieren lässt. Immer mehr Aufgaben, von der Postzustellung über die Pflege bis hin zum Unterricht, sollen in Zukunft von Robotern verrichtet werden können.

In dieser Praxis-Idee tauchen Schüler:innen in die vielfältige Welt der Roboter ein. Sie diskutieren darüber, welche Roboter sie aus Medienproduktionen kennen, recherchieren zu realen Anwendungen der Robotik und entwerfen am Ende ihre eigenen Roboter.

Einstieg

IMPULSFRAGEN | Wissen über Roboter

Plenum

Anhand der folgenden Fragen kann in das Thema eingeführt werden:

  • Was ist ein Roboter?
  • Was könnte das Wort "Roboter" bedeuten?
  • Welche Arten von Robotern kennt ihr?
  • Woher kennt ihr diese Roboter?
  • Wie sehen Roboter aus?
  • Welche Aufgaben haben Roboter?

Die Antworten werden auf Tafel oder Flipchart gesammelt. Im Anschluss daran kann gemeinsam eine Definition entwickelt werden, was ein Roboter ist - und was er nicht ist.

Hintergrundinformation: Es gibt keine eindeutige Definition, was einen Roboter ausmacht. Wichtige Aspekte sind, dass er sich bewegen kann und nicht direkt wie ein Fahrzeug gelenkt wird. Laut kurzer Definition der NASA ist ein Roboter eine Maschine, die für bestimmte Aufgaben eingesetzt wird. Manche Roboter arbeiten selbständig und werden von einem Computerprogramm kontrolliert, andere werden von einem Menschen ferngesteuert.

Modul A und B können in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Modul C baut auf den beiden anderen Modulen auf.

MODUL A: Roboter in den Medien

INPUT | Woher die Roboter kommen

Plenum

Die Lehrkraft erzählt zu Beginn, woher das Wort "Roboter" ursprünglich kommt:

Die Bezeichnung "Roboter" für einen künstlichen Menschen wurde erstmals in dem Theaterstück R.U.R. (für die fiktive Firma “Rossumʾs Universal Robots”) des tschechischen Autors Karel Čapek verwendet. R.U.R. wurde 1921 in Prag uraufgeführt. Čapeks Roboter sind künstlich gezüchtete Menschen, die den "echten" Menschen Arbeit abnehmen sollen. Später wurde das Wort in der Science Fiction Literatur und im Film für meist menschenähnliche intelligente Maschinen verwendet.

Roboter kommen seitdem in Büchern, Comics, Filmen und Videospielen immer wieder vor. 

ÜBUNG | Roboter in den Medien

Einzelarbeit oder Kleingruppenarbeit

Die Schüler:innen sollen nun diskutieren, welche Roboterfiguren sie kennen und wie sie in den Medien dargestellt werden.

Die Schüler:innen überlegen anhand des Arbeitsblattes Roboter in den Medien, welche fiktiven Roboter ihnen in Büchern, Filmen, Fernsehserien, Comics oder Spielen bereits begegnet sind. Dabei können sie zum einen an die Roboterdefinition aus dem Einstieg erinnert werden, zum anderen daran, dass Roboter in den Medien meist intelligente künstliche Wesen sind.

Dafür stehen etwa 10-15 Minuten zur Verfügung. Jede:r Schüler:in soll einen Roboter genauer beschreiben. Wenn nicht alle Schüler:innen Roboter benennen können, kann diese Übung in der Kleingruppe durchgeführt werden.

PRÄSENTATION | Bekannte Roboterfiguren

Plenum

Nun werden die Ergebnisse zusammengetragen und an der Tafel, Whiteboard oder Flipchart in Stichworten festgehalten. Folgende Fragen können gestellt werden:

  • Wie sehen die Roboter aus, die euch eingefallen sind? Sehen sie freundlich, lustig oder bedrohlich aus?
  • Gibt es Roboter, die die meisten von euch kennen?
  • Welche Rollen spielen Roboter? Sind sie Held:innen, Begleiter:innen, Helfer:innen oder Gegner:innen?
  • Welche Charaktere haben sie? Sind sie eher ernst, lustig, gefährlich? Sind sie klug oder dumm?
  • Welche Fähigkeiten haben sie? Sind sie im Vergleich zu Menschen besonders stark oder schnell? Haben sie spezielle Gliedmaßen? Können sie besonders gut hören oder sehen?
  • Welche Stärken und Schwächen haben sie?
  • Wie bewegen sie sich fort? Rollen sie, haben sie Beine, schweben oder fliegen sie?

Wenn möglich, werden Bilder der besprochenen Roboter mit Beamer oder digitalem Whiteboard aufgerufen.

DISKUSSION | Das Verhältnis zwischen Mensch & Roboter in den Medien

Plenum

Zum Abschluss kann überlegt werden, wie in den genannten Medien das Verhältnis zwischen Robotern und Menschen thematisiert wird.

  • Warum sind die genannten Figuren als Roboter, also Maschinen, dargestellt? Wie unterscheiden sie sich von den Menschen bzw. den übrigen Figuren?
  • Sind es besonders logisch denkende oder besonders starke Figuren?
  • Haben sie besondere Stärken, etwa die Fähigkeit, an für Menschen nicht zugängliche Orte zu gehen?
  • Haben sie Schwächen, die wichtig für die Dramatik der Geschichte sind, etwa dass sie eine Stromversorgung benötigen?

Alle in den Medien vorkommenden Roboter sind in einem gewissen Ausmaß intelligent. Das trifft bisher auf real existierende Roboter nicht zu.

MODUL B: Roboter in der Realität

VIDEOINPUT | Was können Roboter?

Plenum

Zum Einstieg in dieses Modul kann das Video "Was können Roboter?" (6:10 Minuten) von SRF Kids gezeigt werden.

Im Video wird kurz auf den Ursprung des Wortes Roboter eingegangen. Dann wird gezeigt, in welchen Bereichen Roboter eingesetzt werden und in welche Richtungen in der Robotik weiter geforscht wird.

RECHERCHE | Echte Roboter

Partner:innenarbeit

Nun erhalten die Schüler:innen die Aufgabe, Details zu verschiedenen realen Robotern herauszufinden und danach der Klasse zu präsentieren.

Die Schüler:innen finden sich zu Paaren zusammen. Jedes Paar erhält einen Roboter aus der Roboterliste (PDF) als Objekt der Recherche. Das Arbeitsblatt Roboter-Steckbrief soll dabei ausgefüllt werden. Für die Recherche werden digitale Endgeräte benötigt.

Hinweis: Für alle Roboter auf der Liste sind online Informationen in deutscher Sprache zu finden, aber für einige ist der Recherche-Aufwand höher. Hier kann Unterstützung gegeben werden. Auf der kommentierten Lehrer:innen-Version des Arbeitsblattes sind Links zu entsprechenden Infos angeführt.

PRÄSENTATION | Echte Roboter

Plenum

Nun werden die Ergebnisse der Partner:innenarbeiten der Klasse präsentiert. Die Steckbriefe können danach in der Klasse aufgehängt werden.

Nun kann auch versucht werden, die Bereiche genauer zu definieren, in denen Roboter eingesetzt werden, zB:

  • Forschung/Erkundung
  • Medizin/Pflege
  • Bildung
  • Industrie
  • Dienstleistung
  • Gefahreneinsatz

Manche Roboter können mehr als einem Bereich zugeordnet werden.

Auch können die Roboter in Kategorien eingeteilt werden. Dazu bieten sich verschiedene Eigenschaften an.

  • Kategorie ortsfest | mobil - Ist der Roboter fest montiert oder kann er umherfahren?
  • Kategorie autonom | ferngesteuert - Arbeitet er selbständig oder wird er ferngesteuert?
  • Kategorie selbstlernend | feste Abläufe - Kann er sein Verhalten selbst steuern oder folgt er fest vorgegebenen Abläufen?
  • Kategorie hat Sensoren | hat keine Sensoren - kann er seine Umgebung wahrnehmen oder nicht?
  • Kategorie menschenähnlich | nicht menschenähnlich

Auch hier können Roboter zu mehreren Kategorien gezählt werden - etwa menschenähnlich und mobil. Schüler:innen können ermutigt werden, eigene Kategorien zu finden.

REFLEXION | Roboter in Realität und Fiktion

Plenum

Anhand folgender Fragen können nun die Erkenntnisse zum Thema gesammelt werden:

  • Was sind die wichtigsten Unterschiede zwischen Robotern in erfundenen Geschichten und echten Robotern?
  • In welchen Bereichen, glaubt ihr, werden Roboter in Zukunft noch eingesetzt werden?
  • Könnt ihr euch einen Roboter in den Berufen eurer Eltern vorstellen?
  • Könnt ihr euch einen Roboter als Lehrperson vorstellen?
  • Wie müssen Roboter gestaltet sein, wenn sie mit Menschen zusammenarbeiten sollen?
  • Welche Aufgaben sollten Roboter übernehmen, und welche sollten auf jeden Fall Menschen überlassen werden?

MODUL C: Schüler:innen entwerfen ihre eigenen Roboter

EINSTIEG | Zusammenfassung der bisherigen Erkenntnisse

Plenum

Die Erkenntnisse der Reflexion zu den vorherigen Modulen werden noch einmal in Erinnerung gerufen. Vor allem die wichtigsten Unterschiede zwischen erfundenen und realen Robotern werden besprochen. Auch die verschiedenen Aufgaben von Robotern werden noch einmal rekapituliert.

KREATIVAUFGABE | Entwickle deinen eigenen Roboter!

Einzelarbeit

Eine Inspiration für dieses Modul ist der 5 Stufen Plan zur Roboterentwicklung nach Lara Lammer (TU Wien).

Schüler:innen entwickeln anhand des Arbeitsblattes Mein Roboter ihren eigenen Roboter. Folgende Leitfragen können dabei helfen:

  • Wofür wollt ihr selbst einen Roboter einsetzen?
  • Aus welchem Material besteht er? Wie groß ist er?
  • Welche Tätigkeiten soll er ausführen? Was braucht er dafür an Gliedmaßen und Werkzeugen?
  • Auf welchem Untergrund soll er sich bewegen können?
  • Welche Bewegungen soll er ausführen können? Soll er sich auf Beinen (wie vielen?), Rädern, Raupen, Luftkissen… fortbewegen?
  • Wie wird er gesteuert und programmiert? Wie kann er mit Menschen interagieren?
  • Soll er selbst lernen können?
  • Wie nimmt er seine Umgebung wahr? Welche Sinne hat er?

Die Roboter werden anhand des Arbeitsblattes zunächst geplant und dann als Prototyp gezeichnet oder gebastelt. Dafür können beliebige Materialien zur Verfügung gestellt werden, zB Ton/Plastilin, Karton, Holz, Buntpapier, Glasperlen, Stoff…

Je nachdem, in welcher Ausführung die Roboter gestaltet werden sollen, kann diese Aktivität 30 Minuten oder deutlich länger dauern.

Reflexion

Plenum

Die Schüler:innen stellen ihre Roboter vor. Danach wird diskutiert, welche Aufgaben die Schüler:innen gerne von Robotern erledigen ließen. Gibt es Aufgaben (etwa das Schreiben von Hausübungen), für die mehrere Schüler:innen Roboter entwickelt haben?

Abschließend kann nach Absolvierung der drei Module mit den Schüler:innen diskutiert werden:
Was, glaubt ihr, muss man können, um einen Roboter zu entwickeln?

Mögliche Antworten:

  • Mechanik
  • Informatik
  • Design
  • Kreativität
  • Kommunikation
  • Psychologie
  • gut im Team arbeiten können

Die entstandenen Roboter können mit Namensschildern versehen und in der Klasse oder Schule ausgestellt werden.
 

Sachinformationen

Das Wort "Roboter" ist erst knapp über hundert Jahre alt - davor wurden solche komplexen Maschinen als "Automaten" bezeichnet. Einer der berühmtesten war etwa der Schach spielende Automat des Wolfgang von Kempelen (1734-1804), der allerdings von einem Menschen gesteuert wurde.

Das Wort "Roboter" für einen künstlichen Menschen wurde vom tschechischen Literaten Josef Čapek erfunden und erstmals in dem Theaterstück „R.U.R.“ seines Bruders Karel verwendet. „R.U.R.“ wurde am 25. Januar 1921 in Prag uraufgeführt, der Titel ist die Abkürzung für die fiktive Firma „Rossumʾs Universal Robots“. Die "Roboter" des Stückes sind in Tanks gezüchtete Kunstgeschöpfe, die die Menschen von der Last der Arbeit befreien sollen. Heute würden solche Wesen eher als Androiden, also künstliche Menschen, bezeichnet. Als sie ihren eigenen Willen entwickeln und erkennen, dass sie klüger und leistungsfähiger als Menschen sind, erheben sie sich gegen die Menschen.

Das Wort "robot" ist indogermanischen Ursprungs und mit dem Wort "Arbeit" verwandt. "Robota" bedeutet auf Tschechisch Fron- oder Zwangsarbeit, auf Polnisch allgemein Arbeit. Auch im deutschen Sprachraum wurde die Fronarbeit, die dem Lehnsherren geleistet werden musste, als "Robath" oder "Robot" bezeichnet. In der österreichisch-ungarischen Monarchie wurde der Frondienst erst 1848 abgeschafft.

Čapeks Stück erlangte in den 1920er Jahren international große Popularität. Das Wort Roboter wurde daher in vielen Ländern in die Alltagssprache aufgenommen. Ab den 1930er Jahren wurde das Wort in der Science Fiction Literatur und im Film für menschenähnliche Maschinen verwendet.

Das Motiv des Aufstandes der Maschinen kommt später in zahlreichen Medienproduktionen vor, etwa in den "Terminator"-Filmen oder im Film "Blade Runner".

In der Realität sehen Roboter heute nur selten menschenähnlich aus. Sie sind auf unterschiedliche Aufgaben spezialisiert und entsprechend gebaut.

In der Robotik oder Robotertechnik geht es darum, Prinzipien der Informatik mit der Interaktion mit der physischen Welt zu verbinden. Roboter sind also Computer, die in der Lage sind, auf ihre Umwelt einzuwirken und/oder sich darin zu bewegen.

Roboter bestehen vereinfacht aus drei Elementen:

  • Der Prozessor als Zentralcomputer verarbeitet die Programmierung und den Input der Sensoren und steuert die Bewegungen.
  • Aktuatoren sind Werkzeuge, mit denen der Roboter sich fortbewegt bzw. auf seine Umwelt einwirkt.
  • Sensoren sind die mechanischen Sinne, mit denen der Roboter seine Umwelt wahrnimmt.

Roboter werden oft dann eingesetzt, wenn eine Aufgabe hohe Präzision, Geschwindigkeit und Kraft erfordert, wie in der Industrie, oder wenn sie für Menschen zu gefährlich ist, wie Bombenentschärfung oder die Erforschung der Tiefsee.

Weiterführende Links

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