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Hackathon bei igus: „Künstliche Intelligenz trifft Robotics“

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Fraunhofer-Institute, Lamarr Institut, igus und Uni Bonn entwickeln Sprachmodell für kostengünstige Automatisierungslösungen in der Kommissionierung


Köln, 1. Oktober 2024 – Mitte September fand bei igus in Köln ein Hackathon statt. Unter dem Motto „Künstliche Intelligenz trifft Robotics“ arbeiteten 17 Teilnehmer in drei interdisziplinären Teams daran, fortschrittliche Automatisierungslösungen für die Logistik zu entwickeln. Ziel des Hackathons war es, mithilfe eines großen KI-basierten Sprachmodells (Large Language Models, kurz: LLM) eine automatisierte Methode zum Verpacken von Pizzen zu schaffen. Die Veranstaltung fand in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS, der Universität Bonn, dem Lamarr Institut und dem Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML statt.

20-mal Tonno, 10-mal Salami und 25-mal Margherita: So lautet die Bestellung des Supermarkts um die Ecke bei einem großen Hersteller von TK-Pizzen. Das klingt nach einer einfachen Aufgabe, ist jedoch immer noch Handarbeit, die aktuell manuell erledigt wird. Eine einfache und wenig anspruchsvolle Arbeit, für die sich oftmals kein Personal findet. Eine Lösung hierfür entwickelten 17 Teilnehmer der Fraunhofer Institute IAIS und IML, des Lamarr-Instituts für Maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz sowie Mitarbeitende der Universität Bonn innerhalb eines 5-tägigen Hackathons bei igus in Köln. Und zwar mithilfe von kosteneffizienter „Low Cost Robotic“ made in Cologne. Die Aufgabe des Hackathons lautete: Entwickelt eine Automatisierungslösung, die mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) die Pizzen automatisch verpackt. Die Herausforderung bestand darin, einen Roboter so zu steuern, dass er über Sprachanweisungen direkt von Mitarbeitenden die richtigen Produkte erkennt, greift und in Mischpakete verpackt. Durch die Kombination von Generativen KI (GenAI) und Robotik sollte eine Lösung entwickelt werden, die diese repetitive Arbeit effizienter und kostengünstiger gestaltet.

Automatisierung der Industrie mit KI und kostengünstiger Robotik
Während des Hackathons arbeiteten drei Teams an einem realen Use Case, bei dem ein ReBeL Roboterarm vor einem Förderband mit verschiedenen Pizzaprodukten platziert wurde. Mithilfe einer Webcam und einem KI-basierten Segmentierungssystem (Segment Anything Model, SAM) erkannten die Systeme die verschiedenen Produkte auf dem Förderband und identifizierten ihre Position. Das Sprachmodell ordnete diese Objekte den gewünschten Produkten zu, basierend auf den natürlichsprachlichen Anweisungen. Anschließend legte der Roboter die Produkte in die Boxen, indem er die Anweisungen des Sprachmodells befolgte.

Alexander Zorn vom Fraunhofer IAIS zeigte sich begeistert von den Ergebnissen des Hackathons: „Wir freuen uns sehr, mit dem igus Robotik-Know-how reale Proof-of-Concepts für Kunden in der Industrie zu entwickeln. Die Kombination von Künstlicher Intelligenz und Robotik bietet enorme Potenziale, um Arbeitsprozesse zu automatisieren und effizienter zu gestalten.“ Auch Alexander Mühlens, Prokurist und Leiter der Abteilung Low Cost Automation bei der igus GmbH, betonte die Bedeutung des Hackathons: „Die Zusammenarbeit mit den Instituten gibt uns die Möglichkeit, unseren Kunden zu zeigen, was alles mithilfe von KI und Low-Cost-Robotic möglich ist. Unser Traum ist es, Roboter über einen Sprachbefehl einfach steuern zu können, und das in jeder Anwendung.“ Der Hackathon zeigte, dass durch den Einsatz von LLMs und Robotik viele weitere Automatisierungsmöglichkeiten denkbar sind, wie beispielsweise das gleichzeitige Packen mehrerer Boxen, das Sortieren von Produkten nach speziellen Anweisungen oder das Überprüfen von Inhaltsstoffen auf Allergene mithilfe von Kamerasystemen. Die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen igus, dem Fraunhofer IAIS, dem Lamarr-Institut der Universität Bonn und dem Fraunhofer IML unterstreicht das Potenzial dieser Technologien für die industrielle Automatisierung.

**Über die Partner**

Das Fraunhofer IAIS ist eines der führenden Forschungsinstitute auf den Gebieten Künstliche Intelligenz (KI), Maschinelles Lernen und Big Data, während die Universität Bonn als Zentrum für Künstliche Intelligenz und Robotik bekannt ist. Das Fraunhofer IML in Dortmund brachte seine Fachexpertise in der Logistikautomatisierung und im Materialfluss ein. Während das Lamarr-Institut führend in der internationalen KI-Forschung und dem Maschinellen Lernen ist.    

»Roberta – Lernen mit Robotern« feiert 20. Geburtstag

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Die Initiative »Roberta – Lernen mit Robotern« des Fraunhofer-Instituts für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS in Sankt Augustin feiert in diesen Tagen ihren 20. Geburtstag. Sie unterstützt seit 2002 MINT-Bildung bei Schüler*innen von der Grundschule bis in die Sek II sowie im Aus- und Fortbildungsbereich. Unter anderem bilden Roberta Coaches von Fraunhofer IAIS Lehrkräfte aus, die im Anschluss an Schulen deutschlandweit und international Robotik- und Programmierkurse anbieten – bisher wurden mehr als 3500 Lehrer*innen geschult und so über 650 000 Schüler*innen erreicht. Ergänzt wird das Angebot um die Programmierplattform »Open Roberta«, die aktuell mehr als 10 Millionen Nutzer*innen weltweit zählt. Die Bildungsinitiative begeistert so Kinder und Jugendliche frühzeitig für einen Einstieg in die Technik und Naturwissenschaft. Ein wichtiger Schwerpunkt bildet neuerdings auch die Wissensvermittlung zum Thema Künstliche Intelligenz. Dieser Bereich soll künftig noch weiter ausgebaut werden.

»Wie notwendig eine frühe Förderung im Bereich MINT ist, sehen wir an den Ergebnissen der jüngsten IBQ-Studie«, sagt Thorsten Leimbach, Geschäftsfeldleiter »Smart Coding and Learning« am Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS. Das Institut zur Qualitätsentwicklung im Bildungswesen (IBQ) hatte im vergangenen Jahr die Bildungskompetenzen von Viertklässler*innen in Deutsch und Mathe untersucht. Das Ergebnis: In beiden Fächern sank die Zahl der Schüler*innen, die den Mindeststandard erreichen. »Wir setzen mit unserer Arbeit bereits in der Grundschule an und fördern frühzeitig das Interesse und den Spaß am Lernen«, so Leimbach weiter. Gestartet ist Roberta als Förderprojekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung und hat sich bis heute zu einer der größten MINT-Bildungsinitiativen in Deutschland entwickelt: Mehr als 3500 Lehrkräfte hat das Fraunhofer IAIS in den 20 Jahren zu Roberta Teachers geschult und über diese mehr als 650 000 Schüler*innen erreicht.

»Roboter bieten für Kinder und Jugendliche einen attraktiven Zugang zur Informatik«, sagt Beate Jost, technische Leiterin der Roberta-Initiative und Projektleiterin am Fraunhofer IAIS. Um Roboter zum Leben zu erwecken, entwickelte das Fraunhofer IAIS mit Unterstützung von Google.org die offene grafische Programmierplattform »Open Roberta«. Spielerisch können hier per »drag and drop« Programme für unterschiedliche Mikrocontroller und Roboter erstellt werden. Seit 2014 gibt es das kostenlose Angebot, das bisher Kinder und Jugendliche aus mehr als 120 Ländern erreichen konnte. »Pünktlich zum 20. Geburtstag von Roberta haben wir den Meilenstein von 10 Millionen Nutzer*innen erreicht«, freut sich Thorsten Leimbach.

Mit Blick auf die Zukunft setzt die Bildungsinitiative verstärkt auf den Bereich Künstliche Intelligenz und profitiert hier von der engen Anbindung an das im September 2022 eröffnete Lamarr-Institut, das unter anderem vom Fraunhofer IAIS getragen wird. Das neue Spitzenforschungsinstitut ist eines von fünf universitären KI-Kompetenzzentren bundesweit und Teil der KI-Strategie der Bundesregierung. »Künstliche Intelligenz ist eines der bedeutendsten Zukunftsthemen. Kinder kommen so bereits frühzeitig mit dieser wegweisenden Technologie in Berührung«, so Prof. Dr. Stefan Wrobel, Leiter des Fraunhofer IAIS und Professor für Informatik an der Universität Bonn. »Wir vermitteln nicht nur Grundlagen, sondern schaffen auch den dazugehörigen Kontext. Wir holen Kinder da ab, wo sie stehen, und zeigen ihnen, welchen Nutzen Technologien ganz praktisch haben.« Seit Sommer sind auch erstmals Künstliche Neuronale Netze auf der Programmierplattform Open Roberta integriert. KI-Algorithmen sollen durch die grafische Programmierung intuitiv erleb- und verstehbar sein.

Der Praxisbezug ist ein Markenzeichen der Fraunhofer-Initiative. Nur so lässt sich das Interesse von Schüler*innen nachhaltig fördern, weiß Prof. Dr. Stefan Wrobel: »Der Fachkräftemangel in der Wirtschaft ist gerade in den technischen Berufen nach wie vor groß und wird sich in den kommenden Jahren noch verstärken. Mit Roberta schaffen wir so frühzeitig einen Bezugspunkt zu Technik und Informatik.« Dass Begeisterung für MINT-Fächer gerade für Mädchen von hoher Bedeutung ist, zeigt eine Studie des Deutschen Instituts für Wirtschaftsforschung (DIW Berlin): Im Schulfach Mathematik schreiben sich Mädchen geringere Fähigkeiten zu als Jungen – und das bereits ab der fünften Klasse. Die Folge zeigt sich dann im Übergang zum Beruf oder der Universität: Frauen beginnen seltener als Männer ein Studium im MINT-Bereich und sind auch in Ausbildungsberufen in diesem Bereich nach wie vor unterrepräsentiert.

2002 startete die Initiative, um genau dem entgegenzuwirken. Leimbach weiß, wie wichtig es ist, Mädchen und Jungen gleichermaßen zu sensibilisieren: »Wir schulen die Lehrkräfte so, dass sie Ansprache und die Experimente so wählen, dass beide Geschlechter erreicht werden.« Ebenfalls wichtig: Erfolgserlebnisse für die Schüler*innen. »Das stärkt das Selbstvertrauen und steigert die Lernerfolge. Die Kinder merken, dass Programmieren nicht nur etwas für Experten ist und sie selbst etwas gestalten können. Motivation und Spaß sind die ersten wichtigsten Schritte«, sagt Leimbach.

Zum runden Geburtstag der Roberta-Initiative hat das Fraunhofer IAIS ein programmierbares Microboard herausgebracht, das wie das Roboter-Maskottchen »Roberta« gestaltet ist. Mehr Informationen dazu finden Sie hier

KI begreifen: Schulklassen in NRW programmieren Künstliche Neuronale Netze mit Open Roberta

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Einen Blick in die »Blackbox« werfen und Künstliche Intelligenz (KI) selbst programmieren – das ermöglichen das Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS, das Ministerium für Schule und Bildung des Landes Nordrhein-Westfalen, die Universität zu Köln und die InterScience-Akademie für Algorithmik. Nach der Einführung des Pflichtfachs Informatik zum Schuljahr 2021/22 in NRW hat auch KI einen festen Platz im Unterricht für die Sekundarstufe I in den Klassen 5 und 6. In dem Zuge können die Schüler*innen in NRW, aber auch darüber hinaus, auf der Fraunhofer-Programmierplattform »Open Roberta Lab« künftig Künstliche Neuronale Netze selbst programmieren und testen. Ab Sommer 2022 bietet das Fraunhofer IAIS jungen Menschen weltweit einen einmaligen Zugang zur KI.

Künstliche Intelligenz ist eines der bedeutendsten und zugleich kritischsten Zukunftsthemen. Sie findet schon heute in zahlreichen Bereichen unseres Alltags Anwendung, zum Beispiel bei Gesichtserkennung, automatischer ‎Textergänzung, Sprachassistenten, personalisierter Werbung, ‎Übersetzungsprogrammen und Gesundheits-Apps. Um den Schülerinnen und Schülern einen praxisnahen Einstieg in diese Thematik zu erleichtern, fördert das Ministerium für Schule und Bildung des Landes Nordrhein-Westfalen die Entwicklung von KI-Lerninhalten und Materialien im Rahmen des Projekts »KI-Algorithmen im Informatikunterricht« seit September 2021.

© insta_photos – stock.adobe.com/Fraunhofer IAIS
Das Fraunhofer IAIS hat erstmals Künstliche Neuronale Netze auf seiner Programmierplattform Open Roberta integriert.

Mit dieser Unterstützung hat das Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS erstmals Künstliche Neuronale Netze auf seiner Programmierplattform Open Roberta integriert. In dem Projekt arbeiten Fraunhofer und die Universität zu Köln zusammen, um die Schulen bei der Unterrichtsentwicklung im Bereich der KI zu unterstützen. Initiator des Projekts ist Prof. Dr. Ulrich Trottenberg, der die Projektpartner ehrenamtlich unterstützt.

Staatssekretär Mathias Richter vom Ministerium für Schule und Bildung des Landes Nordrhein-Westfalen: »Vor dem Hintergrund der rasant steigenden Bedeutung von Künstlicher Intelligenz in der Lebens- und Arbeitswelt ist es dringend geboten, möglichst früh Kompetenzen im Bereich Künstliche Intelligenz und Maschinelles Lernen aufzubauen. Wir wollen es unseren Schülerinnen und Schülern ermöglichen, ihre eigene Zukunft mitzugestalten, denn die Auswirkungen von KI machen sich zunehmend bemerkbar. Ich danke allen am Projekt Beteiligten herzlich für ihre Unterstützung zur Stärkung der informatischen Bildung in Nordrhein-Westfalen insbesondere im Bereich der KI.«

Künstliche Intelligenz erhält einen festen Platz im Informatikunterricht

KI wird oft als komplexe Technologie wahrgenommen, die nur von Fachleuten verstanden und gestaltet werden kann. Dabei können Kompetenzen in diesem Teilgebiet der Informatik schon in der Schule altersangemessen vermittelt werden. Deshalb hat seit der Einführung des Pflichtfachs Informatik in Klasse 5/6 aller weiterführenden Schulen zum Schuljahr 2021/22 in NRW auch der Bereich Künstliche Intelligenz einen festen Platz im Informatikunterricht. Hier werden unter anderem Anwendungsbeispiele von KI aus der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler thematisiert sowie Grundprinzipien des Maschinellen Lernens altersgerecht vermittelt.

Im Rahmen des Projekts wird die bereits weit verbreitete Open-Source-Programmierumgebung Open Roberta Lab des Fraunhofer IAIS insbesondere um die Integration Künstlicher Neuronaler Netze (KNN) erweitert, um KI-Algorithmen durch grafische Programmierung intuitiv erleb- und verstehbar zu machen. Ziel ist es, dass Schülerinnen und Schüler ab den Klassen 5 und 6 verstehen, was ein Künstliches Neuronales Netz ist, wie es funktioniert und wie sie selbst ein KNN programmieren können, welches zum Beispiel einem Roboter ermöglicht, sich selbstständig in seiner Umwelt zu bewegen. Dabei steht im Vordergrund, dass die grundlegenden Prinzipien eines KNN verstanden und selbst umgesetzt werden können.

Praxisnaher Blick in die »Blackbox«

Thorsten Leimbach, Leiter der Roberta-Initiative und des Geschäftsfelds Smart Coding and Learning am Fraunhofer IAIS: »Üblicherweise wird KI – wenn überhaupt – in der Schule als eine Art Blackbox-Anwendung behandelt. Als eines der führenden Wissenschaftsinstitute auf den Gebieten KI und Maschinelles Lernen freuen wir uns, gemeinsam mit dem Schulministerium NRW und unseren Projektpartnern einen praxisnahen Blick in diese Box zu ermöglichen. Künstliche Neuronale Netze werden zu einem begreifbaren Element, das Schülerinnen und Schüler selbst programmieren können. Sie nähern sich so den Themen Maschinelles Lernen und KI auf innovative Weise.«

Neben dem Fraunhofer IAIS ist das Institut für Mathematikdidaktik (IMD) unter Leitung von Prof. Dr. Inge Schwank am Projekt beteiligt. Das IMD widmet sich der Frage, wie die KI-Thematik für alle Schulformen aufbereitet werden kann. Weiterhin beteiligt sind das Department Mathematik/Informatik (DMI) der Universität zu Köln sowie die InterScience-Akademie für Algorithmik (ISAFA), die das Projekt initiiert hat und ehrenamtlich unterstützt.

Die KNN-Integration als Bestandteil des Open Roberta Labs soll ab Sommer 2022 für alle Schulen und Interessierte weltweit unter https://lab.open-roberta.org verfügbar sein. Lehrkräfte und weitere Messebesucher*innen können auf der didacta 2022 (am Mittwoch und Samstag) am Stand des Schulministeriums NRW bereits einen ersten Einblick erhalten.

Fraunhofer IAIS und Dr. Hans Riegel-Stiftung realisieren erste 3D-Simulation zu Roboter-Programmierungen im Open Roberta Lab

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Seit rund vier Jahren arbeiten das Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informations-systeme IAIS und die Dr. Hans Riegel-Stiftung im Rahmen ihrer Projekte »Open Roberta®« und »TouchTomorrow« zusammen, um junge Menschen für Coding & Co. zu begeistern. Das jüngste Ergebnis der Zusammenarbeit ist die erste 3D-Simulation des humanoiden Roboters NAO für die Open-Source-Plattform »Open Roberta Lab«. NAO ist mit Anschaffungskosten von mehreren tausend Euro im Vergleich zu anderen Mikrocontrollern und Hardware-Systemen wie Calliope mini oder LEGO Mindstorms sehr teuer und deshalb in Privathaushalten oder auch in Schulen kaum vertreten. Ab sofort haben Open-Roberta-Fans die Möglichkeit, die anschaulichen Programmiermöglichkeiten des NAO in einer 3D-Simulation auszuprobieren und zu erlernen. Schon jetzt ist das Open Roberta Lab in mehr als 20 Sprachen verfügbar und wird in über 100 Ländern von ca. 500 000 Personen pro Monat genutzt – mit dem 3D-Roboter steigt die Attraktivität der Programmierplattform um ein weiteres Highlight.

Das »Open Roberta Lab« ist eine frei verfügbare grafische Programmierplattform, die das Programmieren lernen leicht macht. Auf der Open-Source-Plattform der Initiative »Roberta® – Lernen mit Robotern« des Fraunhofer IAIS erstellen selbst Neulinge im Handumdrehen erste Programme per »drag and drop«. Die Besonderheit: Im Open Roberta Lab erwachen reale Roboter und Mikrocontroller zum Leben. »Hands-on« erlernen Nachwuchs-Programmiererinnen und -Programmierer die Grundlagen des Codens und entdecken spielerisch die unzähligen Möglichkeiten, die die Welt der Technik und Naturwissenschaften für sie bereithält.

Unter den aktuell 14 Roboter- und Hardware-Systemen, die im Open Roberta Lab programmiert werden können, ist der humanoide Roboter NAO mit seinen 25 Bewegungsgraden, umfangreicher Sensorik und einem Kaufpreis von mehr als 5000 Euro die komplexeste und teuerste Variante. Gleichzeitig ist es natürlich besonders spannend, einen humanoiden Roboter programmieren zu können. Aus diesem Grund haben das Fraunhofer IAIS und Dr. Hans Riegel-Stiftung nun eine erste 3D-Simulation für die Plattform integriert, so dass sich die Nutzer*innen auch ohne teure Hardware die Resultate ihrer Programmierungen in einer detaillierten Simulation anschauen können. Dies soll u. a. zusätzliche Erfolgserlebnisse ermöglichen und damit die Motivation steigern.

Das erste Tutorial mit 3D-Simulation steht ab sofort auf https://lab.open-roberta.org/ zur Verfügung.

Weitere Kooperationen von Fraunhofer IAIS und Dr. Hans Riegel-Stiftung

Begonnen hat die Zusammenarbeit im Rahmen der Entwicklung des »TouchTomorrow-Trucks« der Dr. Hans Riegel-Stiftung, der bundesweit an Schulen fährt, um Schülerinnen und Schüler durch das Erleben und Ausprobieren von Zukunftstechnologien für Bildungs- und Berufswege im MINT-Bereich (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft, Technik) zu begeistern. Eine von acht Themenstationen im Truck befasst sich mit humanoiden Robotern. Schülerinnen und Schüler können dort dank mehrerer vom Fraunhofer IAIS entwickelter Tutorials einen echten NAO-Roboter programmieren. Neben dem Truck sind in den vergangenen Jahren weitere Angebote entstanden: u. a. »TouchTomorrow-Teaching« mit Unterrichtsmaterial und Fortbildungen für Lehrkräfte, »TouchTomorrow-Stream« als Livestream-Dialogformat für Distanz-Lehranlässe wie Covid-19 und das »TouchTomorrow-Lab« im Deutschen Museum Bonn.

Das Deutsche Museum Bonn ist einer von fünf »Open Roberta Coding Hubs« in NRW. Dies sind außerschulische Lernorte, die mit Hardware wie Robotern und Laptops ausgestattet und deren Personal vom Roberta-Team des Fraunhofer IAIS vor Ort zu Roberta-Teachern ausgebildet werden. Das TouchTomorrow-Lab im Deutschen Museum Bonn bietet eine ideale Kulisse für die diversen Workshops in diesem Kontext.

Beate Jost, Technische Leiterin der Roberta-Initiative und Wissenschaftlerin am Fraunhofer IAIS: »Wir freuen uns, dass unsere langjährige Kooperation mit der Dr. Hans Riegel-Stiftung nun in eine neue Phase geht. Mit der neuen NAO-Simulation haben Programmier-Fans und vor allem Schulen ab sofort die Gelegenheit, spannende Experimente mit humanoiden Robotern auszuprobieren, ohne dafür gleich tief in die Geldbörse greifen zu müssen.«

Mit der Programmier-App »NEPO Missions« auf Mars-Expedition gehen

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Nach neuem Nutzer*innen-Rekord auf der Open-Source-Programmierplattform »Open Roberta« startet Fraunhofer IAIS jetzt eine neue Lernspiel-App, basierend auf einer Mars-Mission der ESA.

Programmieren wie die Profis, forschen wie die Weltraumfahrer*innen – die Spiele-App »NEPO Missions« ermöglicht beides. Das Fraunhofer IAIS veröffentlicht ein Lernspiel, in dem Kinder und Jugendliche spielerisch einen virtuellen Mars-Rover programmieren können, der auf »Rosalind Franklin« basiert: Den realen Rover will die Europäische Weltraumorganisation ESA auf die Forschungsmission »ExoMars 2022« schicken. Die Idee zu der App hatte sich 2018 bei der »Google.org Impact Challenge« durchgesetzt und wurde als Leuchtturmprojekt gefördert. NEPO Missions basiert auf der Fraunhofer-Plattform »Open Roberta Lab«, mit der allein in 2020 rund drei Millionen Menschen weltweit ins Programmieren eingestiegen sind.

Digitale Kompetenzen praxisnah stärken – das ist seit mehr als 18 Jahren Ziel der Initiative »Roberta® – Lernen mit Robotern« des Fraunhofer-Instituts für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS. Mit der zugehörigen Open-Source-Programmierplattform »Open Roberta® Lab« ermöglicht das Team aus Didaktik- und Robotik-Expert*innen Menschen weltweit, ihre Hardware kostenfrei zu programmieren. Mit rund drei Millionen Zugriffen auf lab.open-roberta.org allein im Jahr 2020 hat sich die Nutzer*innenzahl aus dem Vorjahr versechsfacht. Mit einer neuen Programmier-App für Kinder ab zehn Jahren setzt die Initiative den bisherigen Erfolgsweg von Open Roberta fort: »NEPO Missions« ist ab sofort kostenfrei im Google Play Store und im App Store verfügbar.

NEPO Missions setzt auf das Konzept des visuellen Programmierens, das im Open Roberta Lab seit 2014 Kindern ab dem lesefähigen Alter den spielerischen Einstieg ins Programmieren ermöglicht. Per »drag and drop« werden die Blöcke der grafischen Fraunhofer-Programmiersprache »NEPO« zusammengesteckt und schließlich von realen oder simulierten Robotern und Mikrocontrollern ausgeführt.

Reale ESA-Forschungsmission »ExoMars 2022« dient als Inspiration

Wie im Open Roberta Lab können Nutzer*innen auch mit der neuen Lernspiel-App NEPO Missions simulierte Roboter programmieren – jetzt allerdings in einem ganz besonderen Szenario: Die Mission bringt Spieler*innen auf den Mars. Sie erhalten den Forschungsauftrag, mithilfe eines ferngesteuerten Rovers die Oberfläche des Planeten zu erkunden. Schritt für Schritt lösen sie dafür immer schwierigere Programmieraufgaben: vom Fahren auf der Mars-Oberfläche über das Sammeln von Daten mittels Sensoren bis hin zu Bohrungen, um tiefere Bodenschichten zu untersuchen. Wie im Open Roberta Lab stellen die Kinder die Programme intuitiv mit den grafischen NEPO-Blöcken zusammen und erzielen im Handumdrehen erste Erfolgserlebnisse.

Die Mission ist an die reale Forschungsmission »ExoMars 2022« der Europäischen Weltraumorganisation ESA angelehnt. Bei dieser soll der Mars-Rover »Rosalind Franklin« den »roten Planeten« auf biologische Aktivitäten untersuchen und so bestenfalls Spuren von Leben finden. Im Spiel NEPO Missions programmiert der*die Nutzer*in als fiktives Mitglied der ESA eine virtuelle Version des Mars-Rovers. Insgesamt 17 Programmieraufgaben sowie Hinweise und Tipps erhalten die Spieler*innen von dem Roberta-Maskottchen sowie der fiktiven Teamleiterin Dalia, die gleichzeitig eine weibliche Vorbildfunktion einnimmt.

Start zum Internationalen UNESCO-Tag der Frauen und Mädchen in der Wissenschaft

Das Fraunhofer IAIS startet die neue Coding-App passend zum Internationalen Tag der Frauen und Mädchen in der Wissenschaft der UNESCO am 11. Februar 2021. Auch, wenn sich das Lernspiel an beide Geschlechter richtet, ist es seit jeher Ziel der Roberta-Initiative, insbesondere Mädchen für MINT zu begeistern. Dieses Ziel teilt Roberta sich mit Dr. Carmen Köhler von der Initiative »Erste deutsche Astronautin« gGmbH. Sie erforscht in mehrwöchigen internationalen Mars-Simulationen als »Analog-Astronautin« vom Österreichischem Weltraumforum marsähnliche Gebiete auf der Erde. In Zusammenarbeit mit Fraunhofer IAIS bietet sie auch »Code4Space«-Workshops für Kinder und Lehrkräfte an. »Als Analog-Astronautin weiß ich, wie wichtig es ist, in realistischer Umgebung zu trainieren. Man muss meist weit reisen, um marsähnliche Gebiete zu finden. Mit dem Spiel NEPO Missions bekommen Kinder schon im frühen Alter einen realistischen und spielerischen Zugang zum Programmieren und können sich auf ihre Zukunft als Weltraumforscher*innen vorbereiten, egal ob im Wohn- oder Klassenzimmer«, sagt Carmen Köhler.

Die enge Verknüpfung des Lernspiels mit einer realen Mission vermittelt Kindern digitale Kompetenzen sowie einen wirklichkeitsnahen Einblick in die Arbeit von Wissenschaftler*innen. »Als Serious Game dient das Spiel nicht nur der Unterhaltung«, sagt Thorsten Leimbach, Geschäftsfeldleiter Smart Coding and Learning, dessen Team am Fraunhofer IAIS die App in Zusammenarbeit mit dem Serious-Games-Hersteller »Gentle Troll« entwickelt hat. »NEPO Missions verbindet die Faszinationen des Weltraums und der Technik mit einem echten wissenschaftlichen Abenteuer. Mit dem Spiel möchten wir den Forschungsgeist in Kindern wecken und ihnen Mut machen, ihre digitale Welt selbst zu gestalten.«

Künstliche Intelligenz im Einsatz – mit Fraunhofer-»Text-to-Speech-Technologie«

Neben dem intuitiven Programmieransatz kommt in NEPO Missions auch eine Text-to-Speech-Technologie zum Einsatz, die den Spieler*innen Aufgabenstellungen und Informationstexte innerhalb des Spiels vorliest. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekts SPEAKER rund um eine Sprachassistenzplattform »Made in Germany« haben die Expert*innen des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS diese Technologie in Kooperation mit dem Fraunhofer IAIS entwickelt. Beide Institute gehören zu den europaweit führenden Forschungseinrichtungen für die angewandte Forschung rund um Künstliche Intelligenz.

NEPO Missions richtet sich an Kinder ab 13 Jahren, unter Aufsicht von Erwachsenen ist auch eine Nutzung ab zehn Jahren möglich. Das Spiel wird ohne In-App-Käufe als Open-Source-Projekt kostenfrei bereitgestellt und ist ab sofort zum Download im Google Play Store und im App Store verfügbar. Die App ist kompatibel mit folgenden Betriebssystemen und neueren Versionen: iPhone iOS 14, iPad iOS 14 und Android 6.0. Die Finanzierung und Entwicklung des Lernspiels wurde mithilfe der »Impact Challenge 2018« von Google.org, dem philanthropischen Arm des Unternehmens, ermöglicht. Dabei wurde die Idee zu NEPO Missions als eines von zehn Leuchtturm-Projekten ausgezeichnet und mit 250 000 Euro gefördert.

Dass der praxisnahe Ansatz der Roberta-Initiative gut ankommt, belegen auch die stetig wachsenden Nutzungszahlen im Open Roberta Lab. »Von Brasilien über Rumänien bis Japan – aus mehr als 120 Ländern programmieren Kinder und Jugendliche aber auch Auszubildende und Manager*innen auf unserer Plattform ›made in Germany‹«, erklärt Thorsten Leimbach. Die Programmier-Plattform wird am Fraunhofer IAIS in Sankt Augustin unter höchsten Datenschutz-Maßnahmen entwickelt. Open Roberta ist als Open-Source-Projekt auf GitHub für jeden frei einsehbar. Seit 2020 werden zudem keine Cookies mehr auf der Plattform gesetzt.

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