Selbstfahrende Autos

Ablauf der Lektion

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   Schritt 1: Vorbereitung

   Drucke für alle Schüler*innen einen Satz Arbeitsblätter aus.

   Begriffe

   LiDAR – Eine Technologie, die Laser nutzt, um Entfernungen zu messen und 3D-Karten von Gegenständen zu erstellen. Die Abkürzung steht für Lichterkennung und Entfernungsmessung.

   Laufzeitsensor – Ein Sensor, der ein Signal aussendet und anhand der Zeit, die das Signal für den Rückweg benötigt, die Entfernung zu einem Gegenstand berechnet.

   Punktwolke – Eine Sammlung von Datenpunkten, bei der jeder Punkt eine Position im dreidimensionalen Raum darstellt. Zusammen bilden die Punkte eine visuelle Darstellung eines Gegenstands.

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   Schritt 2: Einführung

   Um Unfälle zu vermeiden, muss die Technologie, mit der selbstfahrende Autos ihre Umgebung kartieren, viel genauer sein als die GPS-Systeme unserer Smartphones. Diese Autos nutzen verschiedene Hilfsmittel, darunter LiDAR, um ihre Umgebung visuell darzustellen.

   Selbstfahrende Autos haben meist einen großen, rotierenden Sensor auf dem Dach, der dabei hilft, die Umgebung zu kartieren.

   Dieser Sensor ist ein LiDAR-Sensor: ein Laufzeitsensor, der Licht aussendet und darauf wartet, dass es zurückkehrt. Diese Sensoren berechnen die Entfernung anhand der Zeit, die das Licht für den Rückweg benötigt.

   Der Sensor dreht sich auf dem Autodach und sendet dabei immer wieder 16 bis 128 Laserstrahlen gleichzeitig aus. So entsteht eine Punktwolke der unmittelbaren Umgebung.

   Eine Punktwolke ist eine Sammlung von Punkten, die jeweils einen kleinen Teil der Außenfläche eines Gegenstands darstellen. Zusammen ergeben diese Punkte eine visuelle Karte der Umgebung des Autos.

   Dank dieser LiDAR-Technologie und weiterer Technologien können selbstfahrende Autos ihre Umgebung wahrnehmen.

   Wie bei LiDAR in Autos nutzt Ari einen LiDAR-Sensor, um die Entfernung zu Gegenständen vor dem Roboter zu bestimmen.

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   Aktivität 1

   Schritt 3: Aktivität 1 – LiDAR-Messungen erfassen

   Teile die Schüler*innen in Gruppen ein und gib jeder Gruppe einen Ari und einen 360°-Winkelmesser. Die Schüler*innen benötigen außerdem einige Gegenstände, die sie um Ari herum platzieren können.

   Teile jede Gruppe in zwei Hälften: die Bauenden und die Kartierenden. Die Bauenden platzieren Gegenstände um Ari herum, während die Kartierenden wegschauen.

   Die Bauenden legen den 360°-Winkelmesser auf eine ebene Fläche und stellen Ari so auf, dass seine Mitte auf dem Mittelpunkt steht und seine Vorderseite auf 0° zeigt. Mit der Distance-App messen sie zuerst bei 0°. Danach drehen sie Ari jeweils um 5 Grad um seinen festen Mittelpunkt, bis einschließlich 355°. Bei jedem Winkel richten sie Aris Vorderseite auf die entsprechende Markierung des Winkelmessers und messen die Entfernung. So entstehen insgesamt 72 Messpunkte. Die Kartierenden tragen die Messwerte auf ihrem Arbeitsblatt ein.

   Du kannst die Schüler*innen auch alle 10 Grad eine Messung durchführen lassen, von 0° bis einschließlich 350°, also an insgesamt 36 Messpunkten. Dadurch entsteht möglicherweise ein weniger genaues Bild von Aris Umgebung.

   Lass die Schüler*innen die Rollen tauschen und wiederhole das Platzieren der Gegenstände, das Messen der Entfernungen und das Eintragen der Messwerte.

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   Aktivität 2

   Schritt 4: Aktivität 2 – Aris Umgebung kartieren

   Bei der zweiten Aktivität nutzen die Schüler*innen ihre Entfernungsmessungen, um eine räumliche Karte von Aris Umgebung zu erstellen.

   Gib jeder Gruppe einen großen Papierbogen.

   Die Schüler*innen nutzen Ari (oder ein Lineal) und einen 360°-Winkelmesser, um die in Aktivität 1 erfassten Punkte auf der Karte einzutragen.

   Wenn alle Punkte eingezeichnet sind, haben die Kartograf*innen eine Punktwolke von Aris Umgebung erstellt.

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   Evaluation

   Schritt 5: Evaluation: Abschlusskarte

   Die Schüler*innen füllen ihre Abschlusskarte aus und geben sie ab. Sie befindet sich auf der letzten Seite des Arbeitsblatts.