Die aktuelle Ära könnte man getrost als eine Zeit der Revolution auf dem Gebiet der Materialien bezeichnen. Langsam, aber regelmäßig erscheinen in der populärwissenschaftlichen Presse Nachrichten über neue Materialien, deren Eigenschaften die bisher bekannten Materialien übertreffen. Dank dieser Erkenntnisse wurden beispielsweise im Bereich des Bauingenieurwesens, des Bauwesens, der Elektrotechnik, der Medizin und vieler anderer Zweige menschlicher Tätigkeit enorme Fortschritte erzielt. Eine der Eigenschaften von Materialien ist ihre Dichte.

Abbildung: Verhalten von drei Objekten mit unterschiedlicher Dichte.

Aufgabe für Kaninchen: Bauen Sie einen Roboter, der die Dichte von Objekten messen kann, deren Dichte geringer ist als die Dichte der Flüssigkeit, indem Sie sie in eine Flüssigkeit tauchen. 

Aufgabe für die Tiger: Bauen Sie einen Roboter, der die Dichte von Objekten messen kann, deren Dichte größer ist als die Dichte der Flüssigkeit (in Wirklichkeit größer), indem Sie sie in eine Flüssigkeit tauchen. Versuchen Sie, die Genauigkeit Ihrer Messung abzuschätzen.

Hinweis: Es ist möglich, andere Objekte als LEGO-Teile in der Aufgabe zu verwenden, aber die eigentliche Messung, ihre Steuerung und Auswertung sollten von der Elektronik des Roboterbausatzes durchgeführt werden.

Aufgabe für Simulanten: Die Dichte des Materials wird in der simulierten Umgebung durch die Dichte der vertikalen Linien in der Roboterumgebung ausgedrückt. Je kleiner der Abstand zwischen den Linien im Durchschnitt ist, desto größer ist die Dichte – seien Sie vorsichtig, alle Linien sind vertikal, aber sie müssen nicht den gleichen Abstand voneinander haben. In der Simulation findet keine Immersion statt. Du kannst beispielsweise folgenden Hintergrund verwenden (oder einen anderen, den Du selbst gestaltest):   

Eines der größten Probleme heutzutage ist die effiziente Verarbeitung des von der menschlichen Gesellschaft produzierten Abfalls. So landet beispielsweise ziemlich viel Metallabfall im Hausmüll, der recycelt und verwendet werden könnte. Natürlich gibt es zu diesem Zweck professionelle Systeme – einige basieren beispielsweise auf sogenannten rotierenden Magnettrommeln (https://www.puritanmagnetics.com/product/rotating-drum-magnets/). In dieser Aufgabe werden wir versuchen, den Abfall unter unseren Modellbedingungen zu trennen.

Abbildung: Automatische Sortieranlage zum Sortieren von Hausmüll, Plastik und Papier, Quelle: sollau.sk.

Die Aufgabe für die Kaninchen: Eine Abfallmischung, die kleine Metallgegenstände und anderen Abfall enthält, gelangt in eine Roboter-Abfallverarbeitungsanlage. Kleine Metallabfälle können beispielsweise Büroklammern sein und auf Magnete reagieren (der Magnet kann sie anziehen). Bauen Sie eine Anlage, die diese Metallgegenstände mithilfe eines Magneten aus einem solchen Abfall „ziehen“ und in einen separaten Behälter bringen kann, wo sie vom restlichen Abfall getrennt werden, der sich in einem anderen Behälter befindet. Wichtig ist, dass diese Trennung wiederholt automatisch durchgeführt werden kann, ohne dass jemand manuell Gegenstände oder den gesamten Behälter von den Magneten entfernt. Die Zufuhr von unsortiertem Abfall und die Entfernung von getrenntem Abfall können nun manuell von Arbeitern durchgeführt werden.

Die Aufgabe für die Tiger: Es ist dasselbe wie für die Kaninchen, aber im gemischten Abfall gibt es neben Objekten, die von Magneten angezogen werden können, auch leitfähige Objekte. Beispielsweise sind gedrehte Büroklammern aus Metall magnetisch, zu einer Kugel zerknüllte Aluminium-Schokoladenverpackungen sind leitfähig und zu einer Kugel zerknülltes Papier ist übrig gebliebener Abfall. In diesem Fall kann eine Abfallcharge ein leitfähiges oder nicht leitfähiges Objekt und mehrere kleine magnetische Objekte enthalten. Auch in diesem Fall muss die Anlage automatisch wiederholt arbeiten.

Hinweis: Zusätzlich zu LEGO-Teilen können Sie in der Lösung auch einige Magnete verwenden – entweder Permanent- oder Elektromagnete und einige (nicht von LEGO stammende) Stromkreise – z. B. zum Schalten des Elektromagneten oder zum Erkennen der Leitfähigkeit – es kann auch eine eigene (nicht von LEGO stammende) Stromquelle haben – achten Sie jedoch auf die Sicherheit, trennen Sie die Quelle immer nach dem Testen des Modells ab und verwenden Sie keine Spannung über 12 V. Bitten Sie einen Leiter oder einen anderen Erwachsenen, Ihr Modell und Ihre Ideen zu überprüfen, bevor Sie sie umsetzen!

Die Aufgabe für die Simulanten: Vor dem Roboter befinden sich zwei Abfallhaufen, die aus mehreren kleineren Objekten/Hindernissen bestehen, die mit geringem Abstand nebeneinander platziert sind. In einem Haufen (wir wissen nicht, ob sie links oder rechts sind) befindet sich Abfall aus größeren (wir wissen nicht, wie viel größer oder wie groß) Objekten, in dem anderen Haufen befindet sich Abfall aus kleineren Objekten. Die Aufgabe des Roboters besteht darin, herauszufinden, welcher Haufen kleinere Objekte enthält, und sich vor diesen Haufen zu stellen. Sie können dasselbe Hintergrundbild wie in der ersten Aufgabe verwenden und einige Hindernisse über die Linien legen – kleinere auf der einen Seite, größere auf der anderen Seite.