Schüler*Innen-Projekte

Fitness-Apps, Fitness-Tracker, Life-Logger und Smartwatches stellen neue Technologien dar, die uns bei der Optimierung unserer Gesundheit und einer Strukturierung unseres Alltags unterstützend begleiten können. Als digitaler Fitness-Coach unterstützen und motivieren uns solche Systeme mit dem Ziel, ein gesundes und bewusstes Leben zu führen. Die Basis solcher Systeme sind Mikrocontroller, die es ermöglichen, Daten über unsere Aktivitäten zu speichern, zu verarbeiten und zu analysieren, um daraus dann individuelle Empfehlungen auszusprechen.

Dieser Workshop gibt einen Einblick in die Erfassung und Verarbeitung von solchen Daten mittels Mikrocontroller und lädt ein, diese selber zu programmieren, um eigene Körperdaten aufzunehmen und einen Einblick in die Funktionsweise von solchen modernen Technologien zu erhalten.

Mikrocontroller haben sich längst als fester Bestandteil in industriellen Anwendungen wie auch im Konsumer-Bereich etabliert. Ihr Einsatz erstreckt sich über unterschiedlichste Geräteklassen, in denen Sie im Verborgenen – eingebettet in Systemen – ihre Aufgaben erfüllen. Diese Aufgaben können sich von einfachen Einzelanwendungen wie digitale Thermometer bis hin zu komplexen Anwendungen wie beispielsweise der Steuerung ganzer Smartphones erstrecken.

Der Workshop bietet einen ersten Einblick in die Welt der eingebetteten Systeme auf Basis eines weit verbreiteten Mikrocontrollers. Es werden Grundkenntnisse der Hardware-nahen Programmierung vermittelt, die zur Programmierung des Mikrocontrollers notwendig sind. Dadurch können die Teilnehmerinnen und Teilnehmer kleine eingebettet Systeme erstellen. Innerhalb von eigenständig durchgeführten Projekten werden anschließend diese Kenntnisse praxisnah und motivierend vertieft. Dabei sind Vorkenntnisse der Programmierung nicht erforderlich und werden im Rahmen des Workshops durch das angeleitete Lösen von Teilaufgaben schrittweise erläutert.

Die LEGO Mindstorms Plattform bietet mit dem programmierbaren LEGO-Baustein (dem sog. „Intelligenten Brick“) und den vorhandenen Elektromotoren und unterschiedlichen Sensoren die Möglichkeit zum Konstruieren autonomer und mobiler Roboter. Diese sind in der Lage, ihre Umwelt über die Sensoren wahrzunehmen und mit ihr zu interagieren.

Die Schülerinnen und Schüler lernen in diesem Workshop die Anforderungen an autonom agierende Systeme kennen. Darüber hinaus erhalten sie durch die selbstständige Programmierung der Mindstorms-Roboter eine Veranschaulichung eines einfachen Beispiels eines eingebetteten Systems, in dem der Mikrocontroller des Bricks mit elektromechanischen Teilen und Sensoren zusammenarbeitet.

Die Programmierung erfolgt über die Entwicklungsumgebung Bricx Command Center einer C-ähnlichen Programmiersprache, wobei die wichtigsten Verarbeitungsschritte in vorbereiteten Funktionen bereits implementiert sind. Programmierkenntnisse sind für die Teilnahme am Workshop nicht notwendig, da die Schülerinnen und Schüler schrittweise durch das Lösen von Teilaufgaben an die Programmierung herangeführt werden.

Neben der grundlegenden Physiologie des Gehörs und wesentlichen Erkenntnissen der Psychoakustik lernen die Schülerinnen und Schüler die weiten Einsatzgebiete der digitalen Audio-Signalverarbeitung kennen. Dabei erhalten sie sowohl Einblicke in aktuelle modellbasierte Entwicklungs-Ansätze als auch in gegenwärtige Audio-Signalverarbeitungsmethoden wie z. B. MP3-Codierung. Anschließend können sie an einfachen Modellen einer modellbasierten Entwicklungsumgebung eigene Höreindrücke sammeln und einfache Projekt selbst erstellen.

Bei einer Führung durch die Labor-Räumlichkeiten werden anhand interessanter Exponate laufende (Forschungs-)Projekte vorgestellt und vielfältige Anwendungsmöglichkeiten des im Studium Erlernten aufgezeigt. Die Schülerinnen und Schüler erhalten hierdurch einen Einblick in die vielfältigen Einsatzbereiche eines Ingenieurs bzw. einer Ingenieurin der Informationstechnik.