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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.

Weitere Informationen:

High-Tech-Roboter fürs Kinderzimmer

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Faszinierender Roboter mit programmierbarer BBC micro:bit-Platine

Ein Roboter, der zum Kompass oder digitalen Würfel wird, die Temperatur
misst, rechnen kann, per App ferngesteuert werden kann und sogar „Schere,
Stein, Papier“ spielt? All das ist für den schlauen Programmier-Roboter Proxi
kein Problem. Er verfügt nämlich über ein leistungsstarkes Computergehirn,
das von jungen Tüftlern ab acht Jahren selbständig programmiert wird.
Dieser Roboter hat es wortwörtlich in sich. Proxis Computergehirn besteht aus einem
sogenannten BBC micro:bit, der Microcontroller, mehrere Sensoren, eine LED-Anzeige und verschiedene Schnittstellen auf einer kompakten Platine vereint. Diese
programmieren Kinder mit einer intuitiven, grafischen Programmiersprache
selbständig. Die umfangreiche Anleitung stellt zahlreiche spannende Coding-Projekte vor. So lassen Nachwuchsprogrammierer ihren Roboterfreund etwa singen
und tanzen, verwenden Proxi als Thermometer oder Kompass, nutzen die LED-Anzeige zur Übermittlung von Nachrichten und vieles mehr. Alternativ kann Proxi
nach eigenen Wünschen programmiert werden. Proxi wird aus über 100 Einzelteilen
zusammengebaut. Das macht nicht nur Spaß, sondern gewährt gleichzeitig
interessante Einblicke in die Funktionsweise des Roboters.

lnhalt: Über 100 Bauteile zum Zusammenbau des Roboters, BBC micro:bit-Platine
Anleitung, Schraubendreher, USB-Kabel
Zusätzlich erforderlich: 4 x 1,5 Volt-Batterien Typ LR03 (AAA, Micro), PC, optional:
Smartphone zur Fernsteuerung

https://www.kosmos.de/experimentierkaesten/roboter-programmieren/11001/proxi

Open Roberta – Programmieren ist ein Kinderspiel

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Unter dem Motto »Jeder kann programmieren – mit Open Roberta!« stellen Fraunhofer-Experten heute ihre neue, internetbasierte Programmierplattform »Open Roberta« vor. Kostenlos und interaktiv können Schülerinnen und Schüler eigene Programme für Roboter erstellen und mit anderen teilen. Diese offene Lernumgebung soll mehr Mädchen und Jungen für Technik begeistern. Sie entsteht in Partnerschaft mit Google und unter der Schirmherrschaft des Bundesministeriums für Bildung und Forschung BMBF.

Intelligente Roboter, selbstfahrende Autos, Smartphones als Assistenten des Menschen – in unserer Gesellschaft sind digitale Technologien allgegenwärtig. »Um unsere digitale Welt zu gestalten, brauchen wir kluge Köpfe – junge Menschen, die Technik verstehen, Software programmieren und innovative Lösungen finden. Ich freue mich, dass heute dieses spannende und vielseitige Projekt startet«, sagt Prof. Dr. Alexander Kurz, Fraunhofer-Vorstand für Personal, Recht und Verwertung.

Das Projekt erweitert die Fraunhofer-Initiative »Roberta – Lernen mit Robotern«, die Kinder und Jugendliche spielerisch an Naturwissenschaften und Technik heranführt. »Open Roberta verbindet das erfolgreiche, pädagogische Roberta-Konzept mit einer innovativen technischen Lernumgebung, die das Programmieren lernen leicht macht und offen ist für spannende, kreative Experimente«, sagt Prof. Dr. Stefan Wrobel, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS. Die IAIS-Experten entwickeln Open Roberta mit Unterstützung von Google. Das Unternehmen hat für das Projekt eine Million Euro für zwei Jahre bereit gestellt. »Google setzt sich seit vielen Jahren und mit vielen Initiativen für die Förderung von Informatik in Bildung und Ausbildung sowie von Open-Source-Software ein. Wir freuen uns sehr, unser Engagement mit Open Roberta auf eine noch breitere Basis zu stellen«, erläutert Google-Entwicklungschef Dr. Wieland Holfelder das Engagement des IT-Konzerns.

Jeder kann programmieren – mit »Open Roberta«

Im Projekt »Open Roberta« entwickeln die Fraunhofer-Forscher eine frei verfügbare, cloudbasierte grafische Software, die Kindern und Jugendlichen mit Spaß und ohne technische Hürden das Programmieren ermöglicht – von ersten Programmierschritten bis hin zur Entwicklung intelligenter LEGO MINDSTORMS Roboter mit vielerlei Sensoren und Fähigkeiten. Dabei spielt es zukünftig keine Rolle, ob man vom Computer, Tablet oder Smartphone aus auf die Plattform zugreift. Sie lässt sich einfach über den Internetbrowser aufrufen, speichert die geschriebenen Programme in der Cloud und macht aufwändige Software-Updates überflüssig. Davon profitieren besonders Schulen, da deren IT-Wartung häufig mit großem administrativem Aufwand verbunden ist und viele Einrichtungen oftmals nicht über ausreichende Mittel für leistungsstarke Rechner verfügen. Die internetbasierte Software wird es auch ermöglichen, sowohl in der Schule als auch zuhause an eigenen Programmen zu arbeiten, sie mit anderen zu teilen und sie unabhängig von Ort und Zeit gemeinsam weiterzuentwickeln. Für Lehrkräfte stehen demnächst Tutorials für die Arbeit mit Open Roberta bereit, die auf die unterschiedlichen Interessen von Mädchen und Jungen eingehen.

Der Nachwuchs von heute programmiert für den Nachwuchs von morgen

Die Open-Roberta-Software ist zur Zeit im Beta-Stadium und wird Open Source weiterentwickelt. Im nächsten Schritt beziehen die IT-Experten vom IAIS Lehrkräfte, IT- und Bildungsexperten aus dem Roberta-Netzwerk sowie Hochschulen und ihre Studierenden aktiv in die Entwicklungsarbeiten ein. »Somit stärkt das Projekt gleichzeitig die Zusammenarbeit mit Hochschulen und fördert die praktische Programmiererfahrung von Studierenden«, erläutert Wrobel. Mitte 2015 wird die Software ohne Einschränkungen für alle zugänglich sein und sich zum Beispiel um die Programmierung weiterer Robotersysteme erweitern lassen. Sowohl die Software als auch die Open-Source-Entwicklertools stehen über Fraunhofer-Server bereit. Zudem können Schülerinnen und Schüler aus ganz Deutschland über Ideenworkshops und Wettbewerbe aktiv die Open-Roberta-Programmierumgebung mitgestalten.

Im Kontext von Open Roberta führt das Fraunhofer IAIS auch seine langjährige Zusammenarbeit mit LEGO Education fort. LEGO Education stellt 160 Roberta-Baukästen für die weitere Verbreitung von Open Roberta in den Bundesländern zur Verfügung. In Zusammenarbeit mit der Initiative »Jeder kann programmieren. Start Coding« und der Initiative D21 stellen die Kooperationspartner ihr Projekt am 4. November 2014 in Berlin erstmals der Öffentlichkeit vor.

Die Initiative »Roberta – Lernen mit Robotern«

»Roberta – Lernen mit Robotern« ist ein Bildungsprogramm, das Kinder und Jugendliche bereits seit über zehn Jahren für Naturwissenschaften und Technik begeistert. Es wurde 2002 durch das IAIS und mit Förderung des BMBF ins Leben gerufen. Jährlich erreicht die Roberta-Initiative in über 800 dokumentierten Roberta-Kursen mehr als 30 000 Kinder und Jugendliche. Ein umfassendes Schulungskonzept sowie gendergerechte Lehr- und Lernmaterialien unterstützen Lehrkräfte dabei, naturwissenschaftlich-technische Themen spielerisch zu vermitteln. Regionale RobertaRegioZentren sowie zertifizierte Roberta-Teacher bilden ein europäisches Netzwerk für den Erfahrungsaustausch und die Weiterentwicklung des Roberta-Konzepts.

Weitere Informationen:

www.open-roberta.org

www.roberta-home.de

www.google.org

education.lego.com