In deze lessenserie leer je alles over het vak Robotica. Je begint met de geschiedenis, leert solderen, gaat programmeren en eindigt de lessen met het maken van een eindopdracht.

Wat ga je deze les doen?
In deze lessenserie leer je alles over het vak Robotica. Je begint met de geschiedenis, leert solderen, gaat programmeren en eindigt de lessen met het maken van een eindopdracht. Je start met lezen over de geschiedenis van de robot. In de tekst hieronder wordt beschreven hoe robots zijn ontstaan. Wat kun je eigenlijk met robots? Hoe gebruikt de mens deze robots in onze huidige samenleving? En hoe gaat dit in de toekomst?

Om een robot goed te begrijpen, ga je zelf aan de slag. Je oefent deze les je ICT Basisvaardigheden door het maken van een eigen algoritme. Lees eerst de tekst hieronder. Daarna volgt de opdracht.

HET JAAR 0 – MECHANICA
Bij robots denk je al snel aan de allernieuwste ontwikkelingen. Aan iets flitsend en van deze tijd. Toch was de mens 2000 jaar geleden al bezig met het maken van robots. Nog niet zoals we die nu kennen, maar het was een begin.

De Grieken bouwden al kleine automaten die ze door mechanica (= bewegingsleer of werktuig) lieten bewegen. Bijvoorbeeld door (zwaarte)kracht te gebruiken. Denk aan een hefboom of een pop. Wat later in de tijd maakte men al een klok en muziekinstrumenten. Een van de meest bekende uitvinders in de mechanica was Leonardo da Vinci. Hij maakte al mini-robots door kleine ridder-poppen te laten bewegen. Kijk maar eens naar het plaatje hiernaast: links de ridder-pop en rechts het mechaniek van de binnenkant.

Ontwerp door Leonardo da Vinci
(1495 na chr.)

1400 – DE SPRINGVEER
In de vijftiende eeuw werd de springveer uitgevonden. Hierdoor waren alle trucjes met water en zwaartekracht niet meer nodig, maar kon een automaat vanuit eigen kracht bewegen. Toen in de 19^e eeuw de elektriciteit werd uitgevonden, kreeg de mens helemaal de mogelijkheid om zelf kracht toe te dienen. Automaten waren zo niet meer afhankelijk van allerlei natuur-factoren. De mens nam  steeds meer zelf de controle.

Een mooie tijdlijn van de automaten en robots door de geschiedenis heen kun je vinden op: www.tiki-toki.com/timeline.

1921 – DE EERSTE “ROBOT”
De eerste automaten konden dan wel aan en uit worden gezet, toch was het inzetten van deze automaten nog erg beperkt. Ze voerden de taak uit waar ze voor waren gebouwd, maar niet meer dan dat.

‘Het woord robot werd voor het eerst gebruikt door de Tsjechische schrijver Karel Čapek in zijn toneelstuk R.U.R. dat staat voor Rossum’s Universal Robots uit 1921, en is afgeleid van het Tsjechische woord robota, dat ‘werk’ of ‘verplichte arbeid’ betekent.

Het toneelstuk R.U.R. speelt zich af op een eiland waar Rossum’s Universele Robotfabrieken gevestigd zijn. Het is een succesvolle onderneming. Robots zijn goedkoop en makkelijk te onderhouden, ze eten alles en doen wat ze gevraagd wordt. Als gevolg zijn er al vele honderdduizenden robots over de gehele wereld aan het werk in fabrieken, kantoren en het leger. In de slotscène is de hele mensheid, behalve de persoon Alquist, omgebracht. De robots blijken echter niet in staat zichzelf te reproduceren (het geheim hiervoor is (…) vernietigd) en ze vragen aan Alquist ze te helpen voor ze uitsterven. Omdat Alquist geen wetenschapper is lukt dit niet. Het stuk eindigt als twee (…) gemodificeerde robots op elkaar verliefd blijken te zijn en zich als Adam en Eva terugtrekken. Wat er verder gebeurt en of ze zich ook kunnen voortplanten wordt niet verteld.’ (bron: Wikipedia).

Waarschijnlijk zijn de robots uit dit toneelstuk ook waar je aan denkt bij het woord ‘robot’: apparaten die werk uitvoeren in een fabriek. Of die taken overnemen van mensen in een bedrijf. Je ziet in het toneelstuk ook terug dat men toen al bang was voor de ontwikkeling van robots: wat nou als ze zichzelf kunnen vermenigvuldigen…is dat geen bedreiging voor de mens? De ontwikkeling van robots liet zich hierdoor niet tegenhouden.

1937 – De computer komt eraan!
De computer was heel belangrijk voor de verdere ontwikkeling van de robot. De precieze oorsprong van de computer is niet helemaal duidelijk. In de 18^e eeuw was er al een wiskundige die op papier een rekenmachine had ontworpen (Charles Babbage). Maar die werd door onbekende oorzaken nooit helemaal ontwikkeld. In 1937 werkte deze Charles samen met Ada Lovelace. Zij schreef voor hem een essay en beschreef daarin het aller-eerste algoritme.

Een algoritme is een aantal regels codetaal of instructies die een computer een probleem laten oplossen of een handeling laten verrichten. Deze code moet wel heel precies kloppen.

Je kunt een algoritme zien als een opdracht die gegeven wordt.
Voorbeeld: Stel je voor dat iemand alle stappen beschrijft om een appel te schillen (een algoritme). Wanneer je een stap vergeet, heeft dit direct gevolgen voor alle stappen die daarna komen.

In de jaren na het bedenken van de eerste computergrogramma’s bouwde men grote machines die door middel van ponskaartjes (met gaatjes) kleine opdrachten konden uitvoeren. Er was nog geen scherm, een gewoon mens begreep er dan ook geen snars van. Het werd gebruikt voor het laten uitrekenen van ingewikkelde rekensommen. Nog niet iets waar gewone mensen mee aan de slag konden.

Het ‘programmeren’ (= schrijven van een computerprogramma met 1 of meerdere algoritmen) is daarmee geboren.

Grappig detail: deze computers werden mini-computers genoemd, maar waren zo groot als een koelkast. Kijk maar eens naar het plaatje hieronder.

The Zuse Z3 computer, gemaakt door Konrad Zuse rond 1940. Bron: computerhistory)

1971 – De eerste microprocessor
Een echte grote doorbraak kwam in 1971, toen Intel de eerste ‘microprocessor’ ontwierp. Met dit kleine stukje techniek kon je nu alle berekeningen maken, terwijl je hiervoor eerst een paar ‘computer-koelkasten’ nodig had. Het geheugen van deze processor werd steeds groter en het formaat juist kleiner. Pioniers als Apple en Microsoft (Bill Gates) maakten er vervolgens computers omheen met een eigen besturingssysteem. Grote Arcadekasten met spelletjes als Pong (twee balkjes die een balletje heen en weer schieten, ontwikkeld door Atari) en Pac-Man werden beschikbaar voor de consument om op te spelen in bijvoorbeeld een café of speelhal.

Het programmeren werd steeds populairder. Meer en meer spellen werden ontwikkeld.

 (Arcadekasten bron:Wikipedia)

1980 – De Personal Computer (PC)
In 1980 besloot IBM dat het tijd was om in elk huishouden een pc te zetten. Dat betekende dat het werken met computers nu voor iedereen beschikbaar moest zijn. Dat lukte. Steeds meer mensen kochten een pc. Met later ook een spelletjescomputer erbij zoals de Atari of Commodore ’64.

Vanaf die tijd zijn de digitale ontwikkelingen heel snel gegaan. De pc heeft inmiddels alweer plek gemaakt voor een tablet, de smartphone en smartwatch.

Een van de eerste pc’s. Bron: Andere Tijden)

Waarom maken we robots?
Regelmatig ervaren mensen een bepaald probleem. Er is iets wat makkelijker kan, of anders, en dat willen ze graag oplossen. Ze verzinnen hiervoor een ontwerp en maken daar een machine van met sensoren. Deze sensoren kunnen iets uit de omgeving waarnemen. Zodra de sensoren iets waarnemen, reageert de hele machine door een aantal taken uit te voeren. Deze taken (algoritmes) zijn in programmeertaal beschreven. De robot kan nog niet zelf denken, maar wel alles uitvoeren. Ziezo, probleem opgelost!

Robots zijn dan ook niet meer weg te denken uit onze samenleving. Op veel plaatsen nemen robots taken van mensen over. Denk aan stofzuigers die zelf het werk doen. Aan drones die in oorlogen bommen kunnen opsporen. Of aan auto’s die zelf kunnen rijden en parkeren. 

Een mooi recent voorbeeld van robotisering in de dienstverlening vind je in het filmpje hier beneden:


 (bron: www.mashable.com)

Slimme robots
Steeds vaker worden er slimme robots ontwikkeld die zelf kunnen denken. Ze zijn zo geprogrammeerd dat ze zelf berekeningen kunnen maken. Zelfs zo goed dat dat mens het niet kan bijhouden of begrijpen. Deze robot kan namelijk ‘leren’. Hij observeert wat er om hem heen gebeurt. Hij maakt daar vervolgens eigen algoritmes in aan en verbetert zichzelf.

Uiteindelijk maakt deze robot zelfstandig beslissingen. Dit heet ‘kunstmatige intelligentie’ (in het Engels Artificial Intelligence, oftewel AI). Er zijn al heel wat wedstrijden georganiseerd tussen mensen en computers. De computer wint het bijna altijd omdat het zichzelf steeds sneller verbetert door nieuwe berekeningen te maken.

Hoe gaat het verder?
De technologie van robots dringt tegenwoordig zelfs ons lichaam binnen. Zo kunnen we ons hartritme met een klein apparaatje controleren. Of beter horen. Of impulsen aan onze hersenen geven door middel van sensoren van kleine robots. De mogelijkheden zijn eindeloos en nog lang niet allemaal ontdekt. Misschien kunnen we straks wel elkaars gedachten lezen.

Robots met kunstmatige intelligentie groeien. Steeds meer taken worden overgenomen of toegevoegd. Daarbij is alles inmiddels met elkaar verbonden. Dat heet het Internet of Things (IoT): een groot netwerk van apparaten die via jouw computer-adres (IP) verbonden zijn met een Cloud. Bijvoorbeeld een armband voor kinderen, een auto die je online kunt volgen, voorraadbeheer, je smartphone of de beveiliging van je huis. Je kunt je voorstellen dat bedrijven deze data heel graag willen hebben. Want zo weten ze welke producten je het liefste gebruikt. Of welk product je zou kùnnen gebruiken (denk aan een reisverzekering als de data aangeeft dat je op Schiphol bent).

Er is ook een schaduwzijde. Want hoe ver wil de mens gaan met de ontwikkeling van robots? Het is interessant om je af te vragen wat jouw standpunt hierin is. Van de ene kant kun je alles maken met een robot. Van de andere kant betekent het dat de mens zelf een kleinere of andere rol kan krijgen in het leven. Denk aan jouw toekomstige baan (ziet deze er straks nog hetzelfde uit na je studie?). Of als een robot een fout maakt, kan het goed mis gaan. In 2016 is er iemand overleden omdat een zelfrijdende auto niet goed genoeg was geprogrammeerd (of de sensor deed het niet goed). Een robot kan ook in verkeerde handen vallen. Als een drone die kan detecteren of schieten bij de vijand belandt kan dat grote gevolgen hebben voor bijvoorbeeld burgers.

Kortom, we kunnen niet meer zonder robots in onze maatschappij. Het brengt ons heel veel oplossingen en mogelijkheden. Maar we moeten ons tegelijkertijd blijven afvragen wat we als mens zelf willen en wat een robot moet kunnen.

OPDRACHT
1.Zoek 5 voorbeelden op van robots in de samenleving. Denk aan de genoemde voorbeelden in de tekst, zoals de stofzuiger-robot..
2. Verzamel er afbeeldingen van en plak deze in Word.
3. Plak er ook de link bij, zodat je kan laten zien wat je bron is.

Inleiding
Je hebt kunnen lezen dat een algoritme een reeks stappen is die een computer in die volgorde uitvoert. Als alle stappen zijn gemaakt heb je het gewenste resultaat.

Bekijk het hele filmpje van meester Olaf hieronder. Je ziet dat het juist beschrijven van een algoritme nog niet zo makkelijk is. Je slaat snel een stap over waardoor er af en toe een ‘error’ plaatsvindt. Het is dus belangrijk om alles zo nauwkeurig mogelijk op te schrijven. Deze ICT basisvaardigheid moet je beheersen om straks te kunnen programmeren in je eindopdracht. Als de robot-auto die je straks gaat maken niet de juiste stapjes neemt, draait deze straks hard in het rond. Of rijdt overal tegenaan.

Wat ga je doen?
Je gaat een algoritme (recept) schrijven over de bereiding van een gerecht wat je zelf (zonder kookboek of –app!) kunt koken. Na het maken van het algoritme, laat je een ander groepje jullie gerecht bereiden. Zo toets je of je algoritme klopt en ervaar je hoe belangrijk het beschrijven en verbeteren van alle stappen is.

Je leert:

1. Schrijven van een simpel algoritme
2. Evalueren van het geschreven algoritme
3. Het oplossen en verbeteren van problemen
4. Uitvoeren van een algoritme

Je hebt voor deze opdracht 4 uur de tijd.

STAP 1: Schrijf je algoritme
Kies een klasgenoot uit met wie je wilt samenwerken. Bepaal samen welk gerecht jullie gaan beschrijven. Kies uit:

1. Hamburger
2. Broodje gebakken ei
3. Wentelteefjes
4. Pannenkoeken
5. Rijst

Neem het recept die jullie het makkelijkst vinden om te bereiden.

Vertel jullie keuze meteen aan je docent, zodat hij/zij de spullen klaar kan leggen.

Schrijf nu stap voor stap op in Word hoe je het gerecht moet bereiden.

Denk ook aan:

• Welke ingrediënten heb je nodig?
• Welke keukenspullen heb je nodig?
• Is het een warm gerecht? Dan moet je ook het gas aanzetten.
• Hoe leg je alles op het bord?
• Wat doe je als je klaar bent met het gerecht?
• Et cetera. 

Voorbeeld:

Let op: je mag bij deze opdracht GEEN gebruik maken van het internet!

STAP 2: Testen en verbeteren
Als je klaar bent met de hele beschrijving, oefen je het recept door het samen op te lezen en zonder spullen uit te voeren. Pas het algoritme aan waar nodig. Ben je iets vergeten? Schrijf het erbij of ertussen.

STAP 3: Koken maar!
Nu jullie hele recept klaar is, ga je het door een ander groepje laten koken. Kies een ander groepje uit met wie jullie straks de recepten gaan uitwisselen.

Ga nu naar de keuken en leg samen alle ingrediënten en kookgerei klaar voor jullie recepten. Bepaal welk groepje er begint met koken, dit is groepje 1. Het andere groepje (groepje 2) leest stap voor stap hun hele recept voor. Groepje 1 doet precies wat er gezegd wordt. Ze mogen niet zelf iets erbij bedenken of helpen. Als alles klopt hebben jullie aan het einde van het recept een heerlijke maaltijd.

Klopt er iets niet of ben je iets vergeten? Pas dit dan weer aan in het recept. Het geeft niets als er iets misgaat. Daar leer je juist van.

Gefeliciteerd! Je hebt zojuist je eerste smakelijke algoritme geschreven!

STAP 4: Beoordeling
Als het hele recept, dus je hele algoritme, klaar is en uitgevoerd, maak er dan een net Excel-bestand van. Lever deze ter beoordeling, met jullie namen, in bij je docent. Je hebt voor deze opdracht een voldoende gehaald als je algoritme is geschreven, verbeterd en uitgevoerd in een juiste volgorde. Je docent moet het resultaat van je algoritme kunnen zien (of proeven).

Klaar? Lees hieronder wat de volgende lessen inhouden en vraag of je mag beginnen met de les solderen.

Robotica: Vervolg van de lessen
Je begrijpt nu het belang van een algoritme bij het programmeren van een robot en hebt geoefend met de uitvoering hiervan. In de komende lessen ga je aan de slag met je eindproduct: het maken van je eigen ontwijkende robot-auto. Na het bouwen van deze auto (solderen en verbinden van alle electronica) leer je door middel van programmeren hoe je de auto kunt laten rijden. Uiteindelijk spelen we een wedstrijdje goaltje rijden (zie eindopdracht).