Voel, denk, handel

Een robotstofzuiger rijdt zachtjes tegen een muur aan, een magazijnkarretje volgt een geschilderde lijn en een rover kruipt over Mars. Ze zien er heel verschillend uit, maar onder de motorkap draaien ze allemaal dezelfde lus. Leer deze lus één keer en elke les in dit lab past erin.

Een robot is een machine die zijn omgeving waarneemt, een programma uitvoert om te kiezen wat hij moet doen en iets in beweging zet om die keuze uit te voeren, steeds opnieuw. Drie onderdelen maken dat mogelijk:

• Sensoren meten de wereld en de robot zelf: de afstand tot een muur, de draaiing van een wiel, de kanteling en het licht.
• Een controller is de software (die op een kleine computer draait) die sensorgegevens omzet in commando's. Het is een reeks regels en berekeningen die door mensen is geschreven.
• Actuatoren zijn de onderdelen die beweging veroorzaken, meestal elektromotoren die wielen laten draaien.

De lus. De drie onderdelen zijn verbonden in een cyclus die vele keren per seconde wordt herhaald:

1. Voel: lees de sensoren uit.
2. Denk: het programma vergelijkt wat het heeft gemeten met wat het wil bereiken en berekent een commando.
3. Handel: stuur het commando naar de motoren.

Daarna verandert de beweging van de robot wat de sensoren zien en begint de cyclus opnieuw. Omdat het resultaat van de actie wordt gemeten en teruggekoppeld naar de volgende beslissing, noemen we dit een terugkoppelingslus. Terugkoppeling is het belangrijkste idee in robotica. Een robot zonder terugkoppeling is slechts speelgoed dat een opname afspeelt, zoals je in de laatste les van deze wereld zult zien.

Autonoom of op afstand bestuurd? Bij een op afstand bestuurde robot sluit een persoon de regelkring: je kijkt, je beslist en je beweegt de joystick. Bij een autonome robot sluit het programma de regelkring zelf. De meeste echte robots zitten daar ergens tussenin. Een robotstofzuiger is autonoom tijdens het schoonmaken, maar je zet hem aan. Een Marsrover krijgt elke dag een plan van mensen en voert dat daarna zelfstandig uit (Wereld 7 legt uit waarom).

Mobiele robots versus robotarmen. In het Robotarm-lab wordt een arm onderzocht die aan een tafel is vastgeschroefd: de basis beweegt nooit, dus de belangrijkste vraag is waar de hand is bij bepaalde gewrichtshoeken. Een mobiele robot beweegt door de wereld. Dat roept nieuwe vragen op die in dit lab centraal staan: Hoe zorgen wielen ervoor dat de robot stuurt? Waar is hij nu? Wat ziet hij? Waar is al het andere? Hoe komt hij van hier naar daar?