Staubsaugerroboter haben neben vielen weiteren intelligenten Geräten wie selbstfahrende Rasenmäher, automatische Rolläden, gesteuerte Steckdosen und sogar intelligente Kochtöpfe Eingang in unsere Wohnstuben gefunden. Es gibt fast niemanden mehr, die oder der nicht zumindest jemanden kennt, die oder der einen besitzt (oder besitzt hat…).
Staubsaugerroboter nutzen die Möglichkeiten verschiedener Sensoren um sich im Raum zu orientieren. Die ursprünglich sehr einfachen Roboter (fahre bis du in einen Wand fährst und drehe dich zufälligerweise in eine Richtung) orientieren sich heute mit Lasertechnologie und Kameras als Sensoren. Zudem werden auch immer mehr Aktoren verbaut. Waren diese zuerst nur die Saugeinrichtung und die motorgetriebenen Räder sind heute verschiedene weitere dazu gekommen wie zum Beispiel Lautsprecher, Wassersprüher und ein direkter Anschluss ans WLAN mit Steuerung über eine Smartphon-App.
Mit dem Ausbau der Technologie in unseren heimischen Stuben steigen auch die Fragen deren Auswirkungen. Wer sieht eigentlich alles durch diese Kamera? Wo werden meine gesammelten Daten über mein Haus hingeschickt? Welche Auswirkung haben Staubsaugerroboter auf verschiedene Lebensbereiche?
Um diese zu klären müssen auch fragen der Funktionsweise geklärt werden: Aus was besteht eigentlich so ein Staubsauberroboter? Was hat das mit anderen Robotern zu tun?
Perspektiven im Überblick
Technologische Perspektive
Zentrale Komponenten eines Staubsaugerroboters und deren Funktionsweise
Gesellschaftlich-kulturelle Perspektive
Auswirkungen von Staubsaugerrobotern auf Umwelt, Arbeit und Gemeinschaft
Anwendungsorientierte Perspektive
Bedienung und Reparatur eines Staubsaugerroboters
Erste Erfahrungen mit Robotern
WarmUp
iFixit ist eine Webseite eines kleinen Unternehmens, dass sich der Reparatur technischer Geräte verschrieben hat. Sie veröffentlichen zudem Anleitung zur eigenständigen Reparatur Zuhause. Besuchen Sie die iFixit-Webseite zur Reparatur eines Staubsaugerroboters. Überfliegen die einzelnen Guides und betrachten Sie die Bilder. Was können sie an diesem Geräte alles entdecken? Lassen Sie zudem das Video auf der rechten Seite kurz laufen.
Mit diesen Eindrücken kann bereits Fragen aus unterschiedlichen Perspektiven nachgegangen werden, Vorwissen aktiviert werden und das Interesse geweckt werden:
❔ Wer besitzt eigentlich so einen Staubsauger Roboter und wieso? Was erfährt der Staubsaugerroboter alles, wenn er rumfährt? (gesellschaftlich-kulturelle Perspektive)
❔ Wie funktioniert eigentlich so ein Staubsaugerroboter? Weshalb dreht er, wenn er in die Wand fährt? (technologische Perspektive)
❔ Wie bediene ich so einen Staubsaugerroboter? Wie repariere ich ihn? (anwendungsorentierte Perspektive)
Technologische Perspektive
Roboter erledigen mechanische Arbeiten, können programmiert werden und verfügen über freibewegliche Teile. Ein Staubsaugerroboter erledigt das Staubsaugen selbstständigt und bewegt sich mittels Räder durch die Wohnung.
Damit sich der Staubsaugerroboter durch die Wohnung bewegen kann benötigt er sogenannte Sensoren mit denen er Informationen aufnehmen kann. Ein Berührungssensor dient dazu, wahrzunehmen, wann der Roboter in eine Wand fährt, eine Distanzsensor und/oder eine Kamera dienen dazu Objekte wahrzunehmen, ein weiterer Sensor wird benötigt, um anzeigen zu können, wann der Staubbeutel voll ist. In den meisten Fällen dienen Sensoren dazu ein analoges Signal (z.B. den Schlag in die Wand) in ein digitales Signal um zu wandeln (z.B. einen kurzen elektrischen Impuls).
Die Signale, die von den Sensoren ankommen, müssen dann verarbeitet werden. Dies geschieht mittels einem Algorithmus, einer Art Anleitung, was geschehen soll, wenn ein bestimmtes Signal auftritt.
Damit diese Informationen dann wiederum in Handlungen umgewandelt werden können, benötigt der Staubsauberroboter sogenannte Aktoren. Aktoren sind Bauteile, die eine elektronisch-digitales Signal wiederum an ihre Umgebung abgeben. Der Roboter bewegt seinen Räder, lässt den Sauger laufen oder blinkt, weil er keinen Strom mehr hat.
Für einen einfachen Staubsaugerroboter sieht so ein Programm noch recht simpel aus:
Schauen wir nun aber in einen Staubsaugerroboter rein, sieht das gar nicht so einfach aus. Auf einer Platine (im Bild grün) stecken viele verschiedenen kleine Bauteile, die mit unterschiedlichen anderen Bauteile verbunden sind:
All das muss gesteuert werden und braucht passende Hardware und Software. Die grundlegende Elemente für die Steuerung durch ein Programm (einen Algorithmus) bleiben aber gleich und zwei davon haben wir in unserem einfachen Programm bereits angetroffen nämlich Bedingungen: “Wenn ein Signal vom Sensor, dann …” und Schlaufe: “Fange von vorne an, sobald der Roboter wieder gerade ausfährt”.
Aus der Sicht der Technologie lohnt sich zudem noch ein Blick auf die Form des Staubsaugerroboters beziehungsweise auf das Zusammenspiel von Form und Funktion. Fast alle Modelle kommen in einer rund daher. Dies erscheint doppelt sinnvoll. Betrachten wir den einfachen Algorithmus von vorher, scheint sich eine runde Form bereits daher anzubieten, dass in unseren oft aus rechten Winkeln bestehenden Wohnungen die Gefahr des Sich-Verhederns vermindert wird. Gleichzeitig werden Element von genügender Grösser eher beiseite geschoben und nicht frontal überfahren.
Gesellschaftlich-kulturelle Perspektive
In der technologischen Perspektive wurde angedeutet, dass Roboter mechanische Arbeiten übernehmen. Dies sind oft mechanische Arbeiten, die auch von Menschen erledigt werden könnten. Hier tut sich entlang des Staubsaugerroboters die Frage auf welche Vor- und Nachteile dies Übernahme haben kann. Beim Staubsaugerroboter ist diese wohl auf einer individuellen Ebene positiv zu sehen: Entlastung der Hausarbeit und somit mehr Zeit für anderes.
Zudem benötigt der Roboter ähnliche Bestandteile wie eine Smartphone. Damit tun sich hier ähnliche Fragen auf wie beim Smartphone: Unter welchen Bedingungen werden die Materialen hergestellt und die Bestandteile abgebaut? Wie hoch ist dabei die Belastung für Mensch und Umwelt und wie kann diese reduziert werden.
In der technologischen Perspektive haben wir zudem erfahren, dass der Roboter zur Steuerung Sensoren verwendet. Diese Sensoren vermitteln dem Roboter somit einen Eindruck des Raumes indem er sich bewegt. Zur gezielten Steuerung sind sie unabdingbar. Die Speicherung dieser Informationen wirft aber gleichzeitig auch Fragen auf über Privatsphäre und Datenschutz. Während in unserem einfachen Beispiel es sich um einen Tastsensor handelt, werden in modernen Geräten Kameras eingesetzt, die zum Teil direkt an die Server der Firmen versendet werden. Wie und wo diese verarbeitet werden bleibt, dann oft unklar. Dass dies für Staubsauger tatsächlich ein Thema ist, zeigt sich zum Beispiel daran, dass 2024 ein Staubsaugerroboter den “Worst in Show”-Award gewonnen hat für besondere Untätigkeit und Ignoranz im Bereich Datensicherheit.
Der Staubsaugermarkt ist bereits sehr gesättigt: Es gibt viele verschiedene Hersteller von Staubsaugerroboerten. Zum Kauf eines neuen Staubsaugerroboters muss also überzeugt werden, was manche Hersteller zu sehr waghalsigen Thesen verführt. Hier eröffnet sich also das Thema Werbung, das an anderer Stelle weitergeführt wird.
Anwendungsorientierte Perspektive
Die anwendungsorientierten Elemente des Phänomens beziehen sich auf die Bedienung des Staubsaugerroboters: Wo und wie beispielsweise das Geräte eingeschaltet wird. Dazu gehört zum Beispiel die verwendete Symbolik für Einschaltknöpfe sowie deren Form. Typisch hier zum Beispiel die grossen runden Einschaltknöpfe auf der Oberseite der Geräte.
Weitere Möglichkeiten sind wie sich das Geräte direkt oder über eine Applikation bedienen lässt.
Aus der Sicht der Informatiksysteme lässt sich eine mögliche anwendungsorientierte Perspektive konstruieren, die bereits im WarmUp angesprochen wurde. Wie repariere ich ein solches Gerät? Kann ich Einzeilteile ersetzen?
Ein möglicher handlungsorientierter Zugang für die Schule zum Phänomen “Der Staubsaugerroboter fährt durchs Wohnzimmer” im Bereich der Algorithmen ergibt sich z.B. über Scratch. Dort kann versucht werden ein Programm zu schreiben, dass sich wie ein Staubsauger verhält:
Gesamtblick
Im ersten Abschnitt wurden technologische Elemente des Staubsaugerroboter geklärt, damit er sich durch das Wohnzimmer bewegen kann. Es wurde festgestellt, dass ein Staubsaugerroboter aus Sensoren besteht, die Informationen wahrnehmen, aus Algorithmen, die Informationen verarbeiten und Aktoren, die sie ausführen. Ein Staubsaugerroboter ist ein Informatiksystem.
Im zweiten Abschnitt wurden verschiedene gesellschaftlich-kulturelle Elemente erarbeitet, die sich um Fragen der Arbeitsübernahme von Staubsaugerroboter, der Belastung von Mensch und Umwelt durch Herstellung des Staubsaugerroboters, der Frage der Versprechen durch Werbung rund um Roboter sowie der Frage der Privatsphäre und dem Datenschutz, der durch die Sensoren des Staubsaugerroboters gesammelten Daten drehen.
Im letzten Abschnitt wurden zwei anwendungsorientierte Sichtweisen auf das Phänomen eröffnet: Zum einen aus der Sicht der Bedienung des Geräts, zum anderen aus der Sicht der Reparatur. Desweiteren wurde mittels Scratch ein handlungsorientiert Zugang zu Algorithmen skizziert.
Das Phänomen “Der Staubsaugerroboter fährt durchs Wohnzimmer” eröffnet somit eine vielseitig Sicht auf unsere digitaldurchdrungene Welt und viele darin aufgeworfene Elemente sich auch in anderen Bereichen relevant, z.B. ein Laptop besteht aus ähnlichen Komponenten wie ein Staubsaugerroboter oder Geräte mit Sensoren werfen grundsätzlich Fragen zur Privatsphäre und Datenschutz auf.
Weiterführendes zum Thema
Informatik Biber:
Ausgewählte Graph Biber Karten
xLOGOonline (Aufgaben)
Programmieren
