Roboter-Zweibeiner zum Selberbauen

Otto ist quelloffen und anpassbar, kann tanzen, Geräusche machen und Hindernissen ausweichen. Der zweibeinige Roboter entstammt dabei einer richtigen Traditionsfamilie.

von Camilo Parra Palacio

Otto ist ein quelloffener, Arduino-kompatibler zweibeiniger Roboter mit Teilen aus dem 3D-Drucker und von der Stange. Er kann von jedem Computer aus dazu programmiert werden, zu laufen, zu tanzen, zu singen und Hindernissen auszuweichen. Er ist etwa elf Zentimeter groß und besteht aus weniger als 30 Teilen – die perfekte Plattform für einfachen und interaktiven Programmier- und Robotik-Lernspaß!

Mit Rädern statt Beinchen kann Otto individuell gestaltet werden.

Programmierbar

In Otto stecken unter anderem ein Arduino Nano, vier Mikroservos und ein Nano I/O Shield für mehr Anschlüsse. Sobald Otto zusammengebaut ist, kann er einfach per USB auf verschiedene Handlungsweisen programmiert werden. Mit den Arduino-Softwarebibliotheken des Projekts kann man Otto programmieren, eine große Vielfalt an Bewegungen durchzuführen. Wer die Beispielprogramme verstanden hat, kann sie abändern, um dem Roboter neue Verhaltensweisen und Bewegungsmuster beizubringen. Er kann selbständig mit seiner Umgebung interagieren, indem er darauf programmiert wird, seinen eingebauten Ultraschallsensor zu verwenden. Mit seinem ebenfalls eingebauten Summer kann Otto sich mit der Außenwelt verständigen. Anleitungen, Code und weiteres gibt es unter github.com/OttoDIY.

Anpassbar

Nicht nur die Software ist veränderbar, sondern auch Ottos Hardware-Designdateien. Sie stehen auf der 3D-Druckplattform Thingiverse zum Download zur Verfügung. So ist es möglich, ihn um neue Funktionen wie Arme, Räder oder LEDs zu erweitern. Da das Projekt unter einer Open-Source-Lizenz veröffentlicht wurde, kann es nach Belieben des jeweiligen Otto-Konstrukteurs angepasst werden. Die Teile für Ottos äußere Form können mit fast allen 3D-Druckern hergestellt werden. Jeder kann sich einen eigenen Otto aus Filamenten in den gewünschten Farben bauen. Die Kosten für einen Roboter liegen bei 30 bis 50 Euro.

Lehrreich

Otto ist ein tolles Lernspielzeug und wird von Lehrkräften auf der ganzen Welt eingesetzt, um Kinder ab acht Jahren in die Welt der Robotik einzuführen. Erwachsene dürfen natürlich auch mitspielen. Wie viele andere zweibeinige Roboter zum Selberbauen wird Otto von einem Mikrocontroller gesteuert. Da diese Projekte quelloffen sind, kann jede Generation auf ihre Vorgänger bauen. Das Otto-Projekt steht unter einer „Creative Commons Attribution Share-Alike 4.0 International (CC-BY-SA)“-Lizenz. Dadurch steht es anderen frei, diese Arbeit nachzubauen, abzuwandeln und zu erweitern – sogar für kommerzielle Zwecke – so lange sie den Urheber nennen und ihre Werke unter denselben Bedingungen lizenzieren.

Tanzen: Lässt eine Vielfalt an Tanzstilen sehen, etwa einen Moonwalk

Singen: Spielt Melodien und bringt seine Stimmung mit Geräuschen zum Ausdruck

Fühlen: Erkennt und reagiert auf Gegenstände in der Nähe mittels Ultraschall-Sensoren

Otto ist das geistige Kind meines Teams in Shanghai, China. Das Start-up für Open-Source-Elektronik Acrobotic hat sich mit Ottos Entwicklern zu einem Crowdfunding-Projekt zusammengetan. Vor kurzem wurde die Kickstarter-Kampagne erfolgreich abgeschlossen und die verschiedenen Otto-Bausätze sind jetzt käuflich zu erwerben. —hch

ottodiy.com

thingiverse.com/thing:2398231

Übersetzung: Niels Heidenreich

Akkuquarium: Lichtgesteuertes Aquarium auf ATtiny-Basis

Das Akkuquarium ist ein Goldfischglas, das bunt beleuchtet wird, sobald das Licht im Badezimmer angeht. Eingebaut habe ich eine ATtiny-Steuerung, eine RGBW-LED, eine Luftpumpe und einen LiPo-Akku, der etwa zwei Wochen hält.

von Lukas Preußer

Unser fensterloses Badezimmer sollte mit einem Aquarium verschönert werden, das wenig Platz beansprucht, keine Pflege benötigt und ohne Steckdose funktioniert. Ein Aquarium mit Fischen fiel also raus. Stattdessen besorgte ich eine 12-Liter-Goldfischglasform mit einer wunderschönen Silikonqualle, Kunstpflanzen, Sand, Steinchen und Muschelschalen. Es benötigt keinen Filter, nur stimmungsvolle Beleuchtung. Damit das Wasser nicht herumsteht, erzeugt eine Membranpumpe Luftblasen. Die Mikrocontroller-Steuerung (Download siehe Link) schaltet das batteriebetriebene Akkuquarium nur ein, wenn das Licht im Bad an ist. Mit einer Spannungsüberwachung vermeide ich schließlich eine Tiefentladung des Akkus.

Die Beleuchtung: Die RGBW-LED mit 3 Watt, aufgelötet auf einer Kühlkörperplatine, und warmweiße LEDs als extra Beleuchtung. Diese habe ich verlötet, mit Schrumpfschlauch ummantelt, mit Heißkleber aufgefüllt und geschrumpft – fertig sind die Unterwasser-LEDs.

Im Sockel reduzieren Teppichreste den Geräuschpegel der Luftpumpe. Für sicheren Stand ist er außerdem zweilagig gebaut. Die obere sichtbare Lage hat ein Loch mit dem Durchmesser des Glasbodens, damit das Glas nicht wegrutschen kann.

Das Akkuquarium soll sich einschalten, sobald das Licht im Bad brennt, und wieder abschalten, wenn das Licht ausgemacht wird. Da das Akkuquarium selbst leuchtet, unterstützt das Programm eine Kalibrierung der Lichtwerte.

Hinter der Steuerung steckt ein ATtiny 44A, der weniger als 10 µA Strom benötigt. Eine Überschlagsberechnung ergab, dass eine Ladung des 2-Zellen-Lipo (5 Ah, aus dem Modellbau) etwa 14 Tage hält. Die 12-Volt-Membranpumpe aus dem Zoofachmarkt läuft zwar bis auf 6 Volt hinunter zuverlässig, ab 6,2 Volt soll das Akkuquarium sich aber nicht mehr einschalten. Daher wird die Batteriespannung laufend kontrolliert. Ein Analogeingang des Controllers ist als Vergleicher eingerichtet, der als Referenz eine integrierte Ladungspumpe auf 1,1 Volt verwendet – in der Software als Maximalwert 255 festgelegt. Der Spannungsteiler wird entsprechend ausgelegt, dass das System unter einem Wert von 187 abgeschaltet wird.

Der Lichtsensor ist ein lichtabhängiger Widerstand, der über einen Spannungsteiler an einem weiteren Analogeingang hängt. Für die RGBW-LED und weitere einfarbige LEDs ist keine Stromquelle vorgesehen. Sie hängen samt Leistungstransistor an einer Zelle des Akkus. Da sie unterschiedliche Versorgungsspannungen benötigen, sind Dioden vorgeschaltet und die Tastbreite der Pulsweitenmodulation abhängig von der aktuellen Zellspannung limitiert. Das Licht durchläuft binnen fünf Minuten einen „Tag“: Von Tiefblau über Blaugrün und Gelb zu Weiß am „Mittag“. Danach geht es über Rot und Orange zurück zu Blaugrün und Tiefblau, bevor es ganz erlischt.

Schließlich nutze ich etwa zwei Meter Silikonschlauch und ein Rückschlagventil, damit das Wasser nicht die Pumpe flutet, wenn diese abgeschaltet ist. Auch ein perforierter Schlauch oder Blubberstein, über den die Luft im Akkuquarium entweichen kann, ist nötig. Schließlich benötigt man Holz für den Sockel, in den die ganze Technik passt, sowie für einen Deckel, in den die Beleuchtung eingebaut wird. —hch

heise.de/-3964868

Fluorimeter für Biohacking

Konzentrationsbestimmungen gehören zu den Grundlagen biologischer Arbeiten. Da die Geräte meistens teuer sind, hat ein Team beim Berliner Science Hack Day eine DIY-Lösung auf Arduino-Basis gebaut und programmiert.

von Helga Hansen

Um die Konzentration von DNA zu bestimmen, gibt es mit dem Fluorimeter nicht nur ein einfaches Gerät – auf dem Berliner Science Hack Day hat ein Team auch eine Version zum Selberbauen entwickelt. Dazu gehören eine Messkammer aus dem Lasercutter, ein Arduino zur Steuerung und ein Node.js-Server zur Auswertung.

Unter der durchsichtigen Messküvette sitzt die LED. Im rechten Winkel dazu ist die gelbe Filterfolie angebracht. Hinter ihr ist der Lichtsensor verbaut.

Die DNA-Probe leuchtet grünlich-fluoreszierend auf, da sie von der blauen LED angestrahlt wird.

Der grundsätzliche Aufbau eines Fluorimeters

Bei der Fluoreszenzmessung wird die zu messende Probe mit einer Lichtquelle einer bestimmten Wellenlänge angeregt und das danach abgegebene Licht ausgewertet. Dabei wird das Material der Probe, etwa die Erbsubstanz DNA, elektronisch angeregt und emittiert auf einer anderen, meist längeren und damit energieärmeren Wellenlänge. Um die Lichtquelle aus den Messergebnissen auszuschließen, wird der Sensor in einem Winkel von 90 Grad zur Quelle eingesetzt. Filter, die weitere Wellenlängen absorbieren, vereinfachen die Messung zusätzlich. In der Messkammer stecken dafür eine blaue LED als Lichtquelle und ein TSL2591-Lichtsensor. Sie werden von einem Arduino Uno kontrolliert, der die ermittelten Daten an einen Server schickt – dies kann etwa ein Raspberry Pi sein. Über ein React-Interface auf dem Server wird das Fluorimeter schließlich kalibriert. Dazu wird eine Messreihe erstellt, die aus einer Leerprobe des Lösungsmittels ohne DNA und Proben mit bekannten DNA-Konzentrationen besteht. Die Messergebnisse werden in der App eingegeben. Die unbekannte Konzentration in weiteren DNA-Proben kann nun einfach errechnet werden.

Prinzipiell ist der Einsatz nicht auf die Konzentrationsbestimmung DNA begrenzt: Fluoreszenz kann auch bei verschiedenen Pflanzen, Kristallen und Pilzen beobachtet werden, etwa beim Pflanzenfarbstoff Chlorophyll und in Kastanienzweigen. Damit ist das kostengünstige DIY-Fluorimeter auch ein interessantes Gerät für Schulen und Biohackinglabore, um eigene biophysikalische Versuche durchzuführen und auszuwerten. Je nach Substanz muss nur die LED ausgetauscht werden. Die Dateien zum Gerätebau und der Programmierung stehen auf Github zum Herunterladen zur Verfügung, gemäß der Philosophie des Science Hack Days. Er wurde 2010 von der Künstlerin Ariel Waldman ins Leben gerufen, um Wissenschaft breiter zugänglich zu machen. Seither ist er mit 96 Veranstaltungen in 29 Ländern zu einer internationalen Bewegung gewachsen. Alle Termine werden jeweils von Freiwilligen organisiert. In Deutschland gibt es seit 2013 den Science Hack Day Berlin sowie einen monatlichen Science-Hack-Stammtisch. —hch

github.com/diy-fluorometer

berlin.sciencehackday.org