Schüler:innen am Gymnasium Grimmen tauchen in die Welt der Robotik ein
Im Schuljahr 2024/2025 entsteht im Gymnasium Grimmen in Zusammenarbeit mit dem MakerPort Stralsund ein automatisierter Gartenbau-Roboter. Interessierte Schüler:innen der siebten bis neunten Klassenstufe werden in den nächsten Monaten im Rahmen der Ganztagsschule gemeinsam den Roboter zum Leben erwecken.
Er besteht aus einer beweglichen Plattform, die mit verschiedenen Werkzeugen ausgestattet ist, um Pflanzen zu säen, zu gießen, Unkraut zu entfernen und den Gesundheitszustand der Pflanzen zu überwachen.
Die Basis für den Pflanzroboter bildet eine CNC-Fräse. Das Open-Source-Projekt geht aus einem Start-up aus Kalifornien hervor. FarmBot nutzt präzise Steuerungstechnologien und Sensoren, um die Anbaubedingungen zu optimieren und den Ertrag zu steigern. Das System kann mithilfe von 3D-gedruckten Komponenten individuell angepasst werden und ermöglicht es, die Gartenarbeit effizienter und nachhaltiger zu gestalten.
Um das Projekt zu ermöglichen, wurde im MakerPort eine CNC-Fräse umfangreich modifiziert. Dabei wurde die Konstruktion, die Software und die Hardware angepasst. So wurden zum Beispiel 3D-gedruckte Endstops angebracht, um die Fehleranfälligkeit des Roboters zu verringern. Der bewegliche Werkzeugwechsler des FarmBots kann sich so, wie beim „Auto-Bed-Levelling“ eines 3D-Druckers, selbst kalibrieren. Dadurch kann auch auf kostenintensive Drehencoder verzichtet werden. Der Werkzeugwechsler wurde so angepasst, dass er mit einfachen Elektronikkomponenten und aus 3D-gedruckten Teilen nachgebaut werden kann. Des Weiteren wurde das Saatwerkzeug und das Bewässerungssystem durch eigene Konstruktionen vereinfacht. Außerdem wurde der Rahmen, das Kabelmanagement und der Antrieb verbessert.
Software und Hardware wurden zunächst manuell mit einem einfachen CNC Shield erprobt. Um die Cloud Anbindung und Automatisierung umzusetzen, folgte im nächsten Schritt die Implementierung eines Raspberry Pi Computers und einem RAMPS Controller. Das RAMPS ist im Gegensatz zur gleichwertigen Hardwarelösung des FarmBot-Start-up‘s weitaus günstiger. Sobald die Maschine dann aufgebaut ist und die Software installiert und angepasst wurde, kann mit dem Roboter über das Netzwerk kommuniziert werden. Die Anweisungen und Schrittfolgen erhält der FarmBot über eine WebApp. Später kann der FarmBot dadurch über eine Bilderkennungssoftware auch Unkraut o.ä. erkennen.
Mit den Schüler:innen soll der FarmBot aufgebaut und betrieben werden. Zudem sollen weitere Komponenten und Werkzeuge mithilfe von computergestütztem Design entworfen und getestet werden. Der Kreativität sind dank des 3D-Druckers der Schule keine Grenzen gesetzt. Die Schüler:innen kommen dadurch in nur einem Projekt mit den Themen 3D-Konstruktion, 3D-Druck, Mikroelektronik, KI und IoT in Kontakt. Durch die jahrgangsübergreifende Arbeit am Projekt wird auch Teamfähigkeit, Kreativität und lösungsorientiertes Denken praktisch vermittelt.
Der FarmBot ist dabei nicht nur ein Lehrmittel, sondern demonstriert auch, wie nachhaltige Landwirtschaft in der Zukunft gestaltet werden kann. Durch seine Bilderkennungssoftware ist er in der Lage, jede Pflanze individuell zu versorgen und dabei vollkommen auf Pestizide zu verzichten. Durch die ständige Überwachung werden außerdem Wasser und Ressourcen gespart. Der mögliche Anbau unterschiedlicher Pflanzenarten unmittelbar nebeneinander fördert zudem die Biodiversität auf den Feldern der Zukunft.
