Roboty wychodzą z cienia

LEGO MINDSTORMS NXT, kolejna generacja zestawu do budowy robotów, to dla jednych naprawdę przydatne narzędzie do projektowania i testowania algorytmów sterujących pracą urządzeń mechanicznych, a dla innych rewelacyjna zabawka o wielkim potencjale edukacyjnym.

Klocki lego i komputery mają więcej wspólnego, niż się na pierwszy rzut oka wydaje. Już w 1985 roku domowy komputer Commodore Vic 20 z zaledwie 5 KB pamięci RAM oraz słynny Commodore 64 (z 64 KB pamięci RAM) mogły sterować prostymi konstrukcjami zbudowanymi z klocków LEGO Technic.

Pierwsze kroki

Komunikacja komputera z takim "robotem" odbywała się za pośrednictwem dodatkowego układu elektronicznego VicRel, zawierającego przekaźniki do sterowania silnikami oraz kilka wejść analogowych umożliwiających odbieranie sygnałów z czujników. VicRel był podłączany do gniazda user port w komputerze, sterowanie silnikami ograniczało się do ich włączania i wyłączania po upłynięciu określonego czasu (odmierzanego przez komputer wykonujący puste pętle) lub po otrzymaniu sygnału z czujnika. Konstrukcja czujników pozwalała przekazywać do komputera jedynie informacje o napięciu lub jego braku. I nic dziwnego, bo najważniejszym elementem czujnika był... spinacz biurowy. Projektu VicRel nie firmowało LEGO, zademonstrował on jednak ogromny potencjał klocków.

Autonomiczne roboty

Już w latach osiemdziesiątych w Massachusetts Institute of Technology prowadzono również prace nad wykorzystaniem lego do budowy prawdziwych programowalnych robotów autonomicznych, opartych na centralnym układzie sterującym, które mogły działać i podejmować decyzje samodzielnie, bez komputera. Nawiązana później ścisła współpraca między MIT a firmą LEGO zaowocowała wprowadzeniem w 1998 roku serii LEGO MINDSTORMS oraz zestawu Robotics Invention System 1.0, a w następnych latach dwóch kolejnych wersji: RIS 1.5 i RIS 2.0.

Głównym elementem RIS był (i jest nadal) programowalny mikrokomputer RCX z trzema wyjściami, sterującymi silnikami i trzema wejściami do podłączenia czujników dotyku lub natężenia światła. W RIS 2.0 komunikacja mikrokomputera RCX z komputerem PC odbywa się bezprzewodowo w podczerwieni (do komputera podłącza się przez USB wieżę nadawczo-odbiorczą). Programy wykonywane przez roboty tworzy się w specjalnym środowisku RCX CODE, w którym instrukcje sterujące reprezentowane są graficznie w formie diagramów, a samo programowanie odbywa się metodą przeciągania.

Wzrost popularności

Robotics Invention System 2.0 zaspokaja potrzeby różnych grup odbiorców. Jest wykorzystywany zarówno przez hobbystów, w edukacji, jak i na uczelniach (w Polsce w większości politechnik i uczelni technicznych). Doczekał się także wielu alternatywnych języków programowania, kompilatorów i środowisk programistycznych. Przygotowano również kontrolkę ActiveX, która umożliwia programowanie robotów w powszechnie znanych językach wysokiego poziomu, takich jak Microsoft Visual Basic czy Borland Delphi.

Następne pokolenie

W lecie tego roku premierę miał LEGO MINDSTORMS NXT, następca RIS 2.0. Postęp technologiczny widoczny jest natychmiast, bo został odzwierciedlony w stylistyce elementów, z których budujemy robota. Prawie nie znajdziemy tu klasycznych klocków łączonych "na wcisk". Mamy do czynienia z "czystym" LEGO Technic, gdzie prawie wszystkie elementy łączone są za pomocą nitów i osi, co zwiększa sztywność i wytrzymałość konstrukcji. W NXT nie narzucono ograniczenia, że każdy element ma przypominać klasyczne lego. W zestawie znajdziemy wiele elementów o nietypowym kształcie, które za to idealnie spełniają swoje funkcje.

Nawet pobieżne przejrzenie specyfikacji urządzenia pozwala szybko się zorientować, jak ważne zmiany wprowadzono w NXT. Zamiast trzech prostych silników NXT obsługuje trzy serwonapędy (silniki z wbudowanymi czujnikami obrotów), które umożliwiają kontrolowanie obrotów z dokładnością do jednego stopnia (w późniejszych wersjach RIS można było wykorzystać dodatkowy zewnętrzny licznik obrotów podłączany w miejsce czujników). Cztery gniazda wejściowe umożliwiają podłączenie, oprócz znanych z RIS 2.0 czujników natężenia światła i dotyku, dodatkowych czujników odległości (ultradźwiękowych) oraz natężenia dźwięku. Czujnik natężenia światła rozpoznaje kolory w skali szarości, a ultradźwiękowy mierzy odległości od 0 do 2,5 m z dokładnością do 3 cm. To wszystko w standardzie. W internetowym sklepie LEGO jest już dostępny nowy, dodatkowy czujnik, który mierzy pole magnetyczne Ziemi i pozwala wyznaczyć robotowi kierunek ruchu!

NXT jest też znacznie bardziej zaawansowanym mikrokomputerem. Ma dwa razy więcej pamięci RAM i oprócz 8-bitowego mikrokontrolera jest wyposażony w szybki 32-bitowy procesor. Ma wbudowany wyświetlacz LCD, na którym można wyświetlać własną grafikę (100x64 piksele) oraz układ dźwiękowy odtwarzający pliki audio (8 bitów, 16 kHz). Zamiast czasami zawodnej i podatnej na zakłócenia podczerwieni do komunikacji z komputerem używa technologii Bluetooth lub połączeń kablowych USB w trybie full speed. Komunikacja przez Blue-tooth działa bardzo sprawnie, nawet z nietypową kartą Belkin F8T020, która została zaklasyfikowana przez program instalacyjny jako nieobsługiwana. Dzięki Bluetooth już niedługo, wraz z udostępnieniem LEGO MINDSTORMS NXT Mobile Phone Application, będzie możliwe sterowanie robotem również za pomocą telefonu komórkowego.