Lernroboter: Viele Ideen, zu wenig Theorie

Inhaltsverzeichnis

Am zweiten Tag der Konferenz Robotics in Education (RIE 2018) auf Malta verglich Carina Girvan (Cardiff University of Wales) in ihrem Eröffnungsvortrag das Forschungsfeld mit einem Marktplatz: Es gebe viele verschiedene Hintergründe und Perspektiven auf das Thema "Roboter und Lernen", aber wenig Theorie. Entscheidungen seien daher häufig schlecht begründet.

Zu viel Konzentration auf die Zahlen

Girvan, die Linguistik studierte, als Grundschullehrerin arbeitete, in Informatik promovierte und gegenwärtig an der sozialwissenschaftlichen Fakultät lehrt, vereint in sich selbst schon mehrere Perspektiven. Das erleichtert es ihr wahrscheinlich, die bei vielen Robotikforschern bestehende Neigung zu quantifizierbaren Resultaten kritisch zu hinterfragen. Ingenieure, Informatiker, Naturwissenschaftler hätten ebenso wie Politiker eine Vorliebe für Zahlen, deren vermeintliche Präzision aber häufig trügerisch sei.

Oft genug beruhten sie auf Fragestellungen, die selbst mehrdeutig seien. Als Beispiel nannte sie den Dauerbrenner dieses Forschungsgebiets: Wie Mädchen mehr für Themen und Karrieren aus den Bereichen Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT) interessiert werden könnten. Was genau denn mit "Karrieren" gemeint sei, fragte Girvan, und wie sich "Interesse" messen lasse.

Zu wenige Teilnehmer

Das Nonplusultra der Forschung seien große Erhebungen mit mehreren tausend Teilnehmern, die sich dann aber zumeist nur mit einer Frage beschäftigten. Die meisten Studien arbeiteten dagegen mit geringen Fallzahlen und erzielten qualitative, nicht skalierbare Daten. Die Forscher müssten sich auf unüberschaubare Situationen, etwa bei Roboterwettbewerben, einlassen, forderte Girvan. Hier seien gerade die Momente der Überraschung, Verzweiflung oder Frustration wichtig.

Wie bewegen sich die Teilnehmer, wie interagieren sie miteinander? Als Linguistin habe sie gelernt, wie lehrreich das Scheitern sein könne: Die Sprachverarbeitung im Gehirn sei insbesondere durch die Untersuchung von Personen mit Sprachschädigungen besser verstanden worden. Ähnliches gelte für die Nutzung von Robotern als Lernhilfen.

Die nachfolgenden Vorträge bestätigten Girvans Einschätzungen. So räumte Danijel Skočaj (University of Ljubljana) freimütig ein, dass die von ihm vorgestellte Studie zur Nutzung eines selbst entwickelten Roboterarms im Unterricht sich leider nicht auf tausend Probanden stützen könne, sondern nur auf 18. So viele Schüler im Alter von 12 bis 14 Jahren hatten an einem einwöchigen Sommerworkshop zur Robotik und Bilderkennung teilgenommen und nach eigener Einschätzung wie auch der der Lehrer mit einem Wissenszuwachs profitiert. Auch die Resonanz von Studenten an der Universität sei positiv gewesen.

Damit habe sich der Roboter, wie erhofft, als geeignet erwiesen sowohl für den Unterricht an Schulen als auch an Hochschulen. Die Kosten bezifferte Skočaj auf weniger als 300 Euro. Allerdings habe sich gezeigt, dass keine zu billigen Komponenten verwendet werden dürften: Getriebe aus Nylon seien daher durch metallene ersetzt worden. Die Forscher hoffen, den Roboter zukünftig mit einer mobilen Plattform verbinden zu können.

Programmieren lernen

Der an der Universität Bielefeld entwickelte Roboter AMiRo (Autonomous Mini Robot) ist dagegen von vornherein mobil, hat aber keinen Manipulator. Seine Besonderheit besteht darin, dass er mit Gazebo in der Simulation getestet werden und der Programmcode dann direkt auf den Roboter übertragen werden kann. AMiRo soll im Bachelor-Studiengang im Fach Digitale Elektronik und im Masterstudium beim Design autonomer Systeme eingesetzt werden. Thomas Schöpping, der das Konzept vorstellte, berichtete, dass die Studenten vom Programmieren auf den höheren Ebenen mit Linux und Gazebo sehr angetan seien, den Umgang mit den niedrigeren Ebenen (Mikrocontroller, Sensortechnologie, Kontrolltherie) dagegen als sehr herausfordernd erlebten.

Mit 29 Studenten lag die Zahl der Teilnehmer an der Umfrage etwas höher als bei Skočajs Studie. Wirklich belastbar sind diese Ergebnisse aber nicht, geben den Forschern gleichwohl Anregungen, in welche Richtung sie weiter arbeiten müssen. "Wir werden uns um eine bessere Dokumentation bemühen, sie von vielen Teilnehmern als mangelhaft kritisiert wurde", versprach Schöpping.

Kritisches Denken trainieren

Dass nicht nur MINT-Kenntnisse mithilfe von Robotern verbessert werden können, betonte Alexandra Sierra Rativa von der niederländischen Tilburg University. Für das 21. Jahrhundert seien Fähigkeiten zum kritischen Denken und Problemlösen, Kreativität, Kommunikation und Kollaboration erforderlich, betonte sie. Sie will erforschen, inwieweit Roboter im projektorientierten Unterricht helfen können, diese Kompetenzen zu fördern. Eine erste Studie sei im Hinblick auf kritisches Denken ermutigend verlaufen, sagte sie. Wichtig sei nutzerfreundliche Technologie. In ihrem Projekt verwendete sie den Mikrocontroller Arduino, der mit S4A programmiert wurde.

Mit dem Arduino kompatibel sei auch der Roboterbausatz Bot‘n Roll ONE A, der bei der seit 2007 veranstalteten Brazilian Robotics Olympiad häufig verwendet werde, sagte Luiz Marcos G. Gonçalves (Universidade Federal do Rio Grande do Norte). Dieser nationale Wettbewerb orientiere sich an der RoboCup Junior Rescue League und qualifiziere in mehreren Runden die Teilnehmer für die RoboCup Junior Weltmeisterschaft. Neben dem praktischen Wettbewerb gebe es einen theoretischen, dessen Gewinner an einem Kurs in praktischer Robotik teilnehmen können.

Einige wechseln dann auch in den praktischen Wettbewerb. Der Robotik bleiben sie gleichwohl nicht immer treu, selbst wenn sie im Wettbewerb erfolgreich sind, wie Gonçalves selbst hautnah erlebte. "Mein Sohn erreichte beim RoboCup Junior den dritten Platz", erzählte er am Ende seines Vortrags. "Ich freute mich schon, dass es bald einen weiteren Informatiker in der Familie gibt. Aber dann entschied er sich, Biologie zu studieren." (mho)