Studierende der FEL ČVUT erhielten ein einzigartiges Lehrmittel

Die Pandemie und die damit wiederholt verbundene Rückkehr zur erzwungenen sozialen Distanz ließen sich nur als Problem oder zugleich als Herausforderung betrachten. Die Lehrenden des Lehrstuhls für Regelungstechnik der Fakultät für Elektrotechnik der Prager ČVUT wollten einen Weg finden, den Studierenden die Robotiklabore zu ersetzen, in denen sie unter normalen Bedingungen ihre im Fach Automatische Regelung erworbenen theoretischen Kenntnisse in die Praxis umsetzen konnten. So begann die Entwicklung eines Robotiklabors für zu Hause, das heute zum Bestandteil des regulären Unterrichts wird.

Robotik-Bausatz ermöglicht das Studium von zu Hause aus

Das Ergebnis musste zwei grundlegende Kriterien erfüllen – es musste erschwinglich sein und zugleich die Anwendung automatischer Regelungssysteme auf mehreren Ebenen ermöglichen. Vom Einsatz des Lego-Baukastens wechselte das Team zum tschechischen Merkur, der eine höhere Robustheit und Präzision ermöglichte. Das Ergebnis ist der zweite Prototyp eines Fahrzeugs mit Pendel, das mit zwei Motoren, mehreren Sensoren und einer programmierbaren Steuereinheit Beaglebone ausgestattet ist. An der Entwicklung und Montage beteiligten sich sowohl Lehrende als auch Studierende höherer Semester. Das gesamte Projekt lässt sich als kreativer Prozess beschreiben, in dem die Lehrenden selbst die Möglichkeiten erproben, die der neue Ansatz bietet.

„Die Problematik der Regelungssysteme ist sehr spezifisch. Bei ihrer praktischen Anwendung kann man nämlich nicht ausschließlich mit Modellen arbeiten, weil die Parameter fehlen, die die Realität mit sich bringt. Die Studierenden mussten in der Praxis ausprobieren, wie sich Rauschen, kleinere oder größere Ungenauigkeiten der Sensoren oder unterschiedliche Haftung beziehungsweise Reibung der Fahrflächen auf ihren Code auswirken“, erklärt Dozent Tomáš Haniš vom Lehrstuhl für Regelungstechnik. „Dass der Roboter aus dem Baukasten nicht vollkommen präzise ist und man mit Abweichungen arbeiten muss, ist letztlich ein Vorteil. Dadurch werden die Studierenden besser auf die Praxis vorbereitet, in der sie reale Situationen und keine theoretischen Probleme lösen müssen.“

Ein personalisiertes Labor für jeden Studierenden

Das Projekt des Robotiklabors für zu Hause befindet sich weiterhin in der Entwicklung; derzeit beschäftigt sich ein Student im dritten Studienjahr im Rahmen seiner Bachelorarbeit damit. Das Lernen mit dem Roboterfahrzeug kommt bei Studierenden und Lehrenden gut an, und ein breiterer Einsatz in verschiedenen Fächern des Studiengangs Kybernetik und Robotik wird erwogen. Derzeit konzentrieren sich die Studierenden auf den Entwurf des Regelungssystems; künftig könnten sie auch selbst eine Konstruktion entwerfen, die zur Erfüllung der jeweiligen Aufgaben geeignet ist.

Die Lösung mit den Laboren für zu Hause hat viele Vorteile für den regulären Unterrichtsalltag gebracht. Die Studierenden können weiterhin dann arbeiten, wann sie möchten, werden nicht durch ein festes Zeitfenster in den Laboren unter Druck gesetzt, kennen ihren Roboter und können sein Programm maßgeschneidert entwickeln. Die Seminare selbst dienen dann stärker dem gemeinsamen Austausch und der Suche nach Lösungen für mögliche Probleme. Der Einsatz des Robotiklabors für zu Hause setzt somit den Ansatz des „umgekehrten Unterrichts“ und der animierten YouTube-Vorlesungen fort, die Dozent Zdeněk Hurák bereits vor einigen Jahren am Lehrstuhl eingeführt hat.

Der Lehrstuhl konnte das Projekt aus Mitteln finanzieren, die durch Auftragsforschung für Unternehmen erwirtschaftet wurden. Die Materialkosten für einen Roboter in der Grundversion liegen bei etwa 5 000 CZK. Obwohl mit gewissen Servicekosten zu rechnen ist, ermöglicht er den Studierenden Versuche und Messungen auf dem Niveau einer Laborausrüstung im Wert von Hunderttausenden Kronen. Ziel ist es, dass jedem Studierenden des Fachs ein eigenes Labor für zu Hause zur Verfügung steht.

Auch am Lehrstuhl für Messtechnik wurde ein Gerät für den Fernunterricht entwickelt

Im Jahr 2020 entwickelten Forschende des Lehrstuhls für Messtechnik der FEL ČVUT ein Gerät, das während der coronabedingten Einschränkungen den praktischen Unterricht für Schüler weiterführender Schulen und Studierende von zu Hause aus ermöglichte. Das innovative Gerät LEO (Little Embedded Oscilloscope) lässt sich als Oszilloskop, Voltmeter, Funktionsgenerator, Gleichspannungsquelle, Impulsgenerator, Zähler oder Logikanalysator nutzen.