Wahrnehmen, denken, handeln.

Ein Saugroboter stößt sanft an einer Wand entlang, ein Transportwagen im Lager folgt einer aufgemalten Geraden, ein Rover kriecht über den Mars. Sie sehen sehr unterschiedlich aus, aber im Inneren laufen sie alle nach derselben Schleife. Lerne diese Schleife einmal, und jede Lektion in diesem Labor passt dazu.

Ein Roboter ist eine Maschine, die ihre Umgebung wahrnimmt, ein Programm ausführt, um zu entscheiden, was sie tun soll, und etwas bewegt, um diese Entscheidung umzusetzen – immer wieder. Drei Teile machen das möglich:

• Sensoren messen die Welt und den Roboter selbst: die Entfernung zu einer Wand, die Raddrehung, die Neigung, das Licht.
• Eine Steuerung ist die Software (die auf einem kleinen Computer läuft), die Sensordaten in Befehle umwandelt. Sie besteht aus Regeln und Berechnungen, die von Menschen geschrieben wurden.
• Aktoren sind die Teile, die Bewegung erzeugen, meistens Elektromotoren, die Räder drehen.

Die Schleife. Die drei Teile sind zu einem Zyklus verbunden, der sich viele Male pro Sekunde wiederholt:

1. Wahrnehmen: die Sensoren auslesen.
2. Nachdenken: Das Programm vergleicht, was es gemessen hat, mit dem, was es erreichen möchte, und berechnet einen Befehl.
3. Handeln: den Befehl an die Motoren senden.

Dann verändert die Bewegung des Roboters, was die Sensoren sehen, und der Zyklus beginnt von vorn. Weil das Ergebnis der Handlung gemessen und in die nächste Entscheidung zurückgeführt wird, nennt man das eine Rückkopplungsschleife. Rückkopplung ist die wichtigste einzelne Idee in der Robotik. Ein Roboter ohne Rückkopplung ist nur ein Spielzeug, das eine Aufnahme abspielt, wie du in der letzten Lektion dieser Welt sehen wirst.

Autonom oder ferngesteuert? Bei einem ferngesteuerten Roboter schließt ein Mensch den Regelkreis: Du schaust hin, entscheidest und drückst den Steuerknüppel. Bei einem autonomen Roboter schließt das Programm den Regelkreis selbst. Die meisten echten Roboter liegen dazwischen. Ein Saugroboter ist beim Reinigen autonom, aber du startest ihn. Ein Mars-Rover bekommt jeden Tag von Menschen einen Plan und führt ihn dann selbstständig aus (Welt 7 erklärt, warum).

Mobile Roboter und Roboterarme. Im Robot-Arm-Labor geht es um einen Arm, der an einem Tisch befestigt ist: Seine Basis bewegt sich nie. Deshalb lautet die große Frage, wo sich die Hand befindet, wenn man die Gelenkwinkel kennt. Ein mobiler Roboter bewegt sich durch die Welt. Dadurch entstehen neue Fragen, um die es in diesem Labor geht: Wie sorgen die Räder dafür, dass er lenkt? Wo befindet er sich gerade? Was sieht er? Wo befindet sich alles andere? Wie kommt er von hier nach dort?