Robotik · Klasse 10

Wahrnehmen.
Entscheiden.
Verantworten.

Du entwickelst ein autonomes System, bewertest verschiedene Entscheidungen und verbindest technische Optimierung mit Sicherheit und Verantwortung.

6 Lektionen1 Abschlussprojekt45–60 Minuten je Lektion

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Von Anforderungen zum verantwortbaren autonomen Helfer

So arbeitest du

Du zerlegst ein komplexes System, vergleichst Lösungsstrategien, formulierst Sicherheitsregeln und belegst mit Tests, wo dein autonomer Helfer zuverlässig arbeitet – und wo nicht.

Zerlegen

Komplexe Systeme

Viele Teile, ein gemeinsames Ziel.

Autonome Systeme verbinden Wahrnehmung, internes Modell, Entscheidung und Handlung. Klare Schnittstellen erlauben, Teilsysteme getrennt zu entwickeln und zu prüfen.

Arbeitsauftrag

Zerlege einen Transportroboter in Sensorik, Verarbeitung, Entscheidung, Antrieb, Energie und Bedienung. Beschreibe Ein- und Ausgaben jeder Komponente.

Lerncheck

Warum helfen klar definierte Schnittstellen?

Komponenten können unabhängig getestet oder ersetzt werden, solange ihre vereinbarten Ein- und Ausgaben gleich bleiben.

Entscheiden

Strategien

Vom Messwert zur Handlung.

Prioritätsregeln, Zustandsautomaten oder Punktbewertungen können Handlungen auswählen. Eine Entscheidung muss für dieselbe Situation nachvollziehbar und überprüfbar sein.

Arduino-Aufgabe

Entwirf Regeln für vorwärts, ausweichen, laden und Notstopp. Lege fest, welche Handlung Vorrang hat, wenn mehrere Bedingungen gleichzeitig gelten.

Lerncheck

Welche Regel sollte gewöhnlich höchste Priorität besitzen?

Eine sicherheitskritische Reaktion wie Notstopp oder Kollisionsvermeidung muss Komfort- und Leistungsziele überstimmen.

Planen

Wege und Kosten

Die beste Route hängt vom Ziel ab.

Eine Kostenfunktion bewertet Möglichkeiten etwa nach Weglänge, Zeit, Energie und Risiko. Unterschiedliche Gewichtungen führen zu unterschiedlichen „optimalen“ Entscheidungen.

Arbeitsauftrag

Vergleiche drei Wege anhand von Länge, Energiebedarf und Kollisionsrisiko. Entwickle zwei Gewichtungen: schnellste und sicherste Route.

Lerncheck

Ist die kürzeste Route immer die beste?

Nein. Hindernisse, Energieverbrauch, Unsicherheit oder Sicherheitsabstände können eine längere Route sinnvoller machen.

Optimieren

Messen statt vermuten

Verbesserung braucht Kriterien.

Optimierung beginnt mit messbaren Zielen und einer Ausgangsversion. Je Versuch wird möglichst nur eine Größe verändert; sonst bleibt die Ursache der Verbesserung unklar.

Arduino-Aufgabe

Optimiere eine Ausweichroutine für geringe Fahrzeit und sicheren Abstand. Protokolliere Parameter, Zeit, Mindestabstand und Fehlschläge.

Lerncheck

Warum kann Optimierung ein anderes Ziel verschlechtern?

Ziele stehen oft im Konflikt: Mehr Geschwindigkeit kann beispielsweise Energiebedarf und Kollisionsrisiko erhöhen.

Absichern

Sicherheit und Grenzen

Fehler müssen mitgedacht werden.

Ein sicheres System erkennt unplausible Sensorwerte, Zeitüberschreitungen und Energieprobleme. Es wechselt dann in einen vorher festgelegten sicheren Zustand.

Arbeitsauftrag

Erstelle eine Risikoanalyse für Sensorausfall, blockierten Motor, leeren Akku und unerwartete Person im Fahrweg. Ergänze Erkennung und sichere Reaktion.

Lerncheck

Was ist ein sicherer Zustand?

Ein Zustand, der die Gefährdung auch bei einem Fehler möglichst klein hält, etwa kontrolliertes Anhalten mit Warnsignal.

Bewerten

Verantwortung

Technisch möglich ist nicht automatisch gut.

Verantwortbare Robotik berücksichtigt Betroffene, Transparenz, Datenschutz, Aufsicht und Folgen von Fehlentscheidungen. Menschen müssen Grenzen erkennen und eingreifen können.

Arbeitsauftrag

Bewerte einen autonomen Schulhelfer aus Sicht von Lernenden, Lehrkräften, Hausmeisterei und Datenschutz. Formuliere Einsatzgrenzen und menschliche Eingriffsmöglichkeiten.

Lerncheck

Wer trägt Verantwortung für eine autonome Entscheidung?

Verantwortung bleibt bei Menschen und Organisationen, die das System entwickeln, auswählen, betreiben und beaufsichtigen.

Abschlussprojekt

Der autonome Helfer

Plane und simuliere einen Helfer, der eine Transportaufgabe selbstständig löst, Hindernissen ausweicht, Prioritäten beachtet und bei Unsicherheit sicher anhält.

1 Anforderungen klären2 System modellieren3 Strategie umsetzen4 Optimieren und testen5 Verantwortung bewerten

Im Arduino-Simulator beginnen ↗