Electronic Learning Blocks (elBlocks) - Entwicklung einer tangiblen auf Webtechnologien basierenden Lern- und Spielplattform

Die vorliegende Arbeit umfasst die Entwicklung einer tangiblen Lern- und Spieleplattform auf Grundlage eines Einplatinenrechners. Konkret wurde die Eignung eines Raspberry Pi Zero hinsichtlich der Einsatzmöglichkeit als Computational Board evaluiert. Diese neue Plattform wird die bisherige auf Basis der Sifteo Cubes ablösen, da letztgenannte nach der Akquirierung durch das Unternehmen 3D-Robotics weder vertrieben noch hergestellt werden. Die Konsequenz ist die Abschaltung aller Webserver und Dienste von Seiten des Herstellers. Die Software Siftrunner, welche für die Installation und Ausführung der Sifteo Cube-Anwendung verantwortlich ist, benötigt jedoch eine aktive Verbindung zu diesen Servern, da sonst eine zusätzliche Anwendung weder installiert noch ausgeführt werden kann. Ein Einsatz in zukünftigen Projekten ist daher nicht mehr möglich.
In den vergangenen Jahren haben der Raspberry Pi und Arduino im Bereich des Internet der Dinge (IoT) immer stärker an Bedeutung gewonnen, so dass sich vielfältige Anwendungsfälle ergeben. Auf Basis dieser Entwicklerplatinen, Sensorik wie z.B. Lage- und Beschleunigungssensoren und einer Nachbarschaftsauswertung durch Verwendung eines Magnetfeldes, kann eine nachhaltige und insbesondere in ihrer Funktionalität erweiterte Alternative zu den veralteten Sifteo Cubes auf Basis der eben erwähnten Technologien entwickelt werden. Auf genannter technologischer Grundlage wurde daher zunächst ein funktionsfähiger Steckbrett-Prototyp konzipiert und entwickelt. In der darauffolgenden Phase folgte eine Miniaturisierung, so dass die neuen Blöcke, welche in der vorliegenden Arbeit ELBlocks genannt werden, eine handliche Form annahmen. Die einzelnen Komponenten wurden derart abgestimmt, dass diese die Anforderungen erfüllen. Abgeschlossen wurde dieser Abschnitt mit der Konzeption und Anfertigung eines hierzu passenden Gehäuses.
Ein weiterer Gegenstand dieser Arbeit war es, die Sensordaten jedes einzelnen ELBlocks mittels modernen Webtechnologien zu übertragen, um diese einer entfernten Anwendung auf einem Server zur Verfügung zu stellen. Hierfür wurde eine Softwarekomponente entwickelt, die die Sensordaten der ELBlocks ausliest. Anschließend werden die Sensordaten an einen Server auf Basis von Node.js weitergereicht, welcher die Daten aller ELBlocks miteinander verknüpft, um auf diese Weise die Gesten auszuwerten. So kann beispielsweise beim Zusammenlegen zweier ELBlocks sowohl der jeweilige Nachbar als auch die Position (links, rechts, oberhalb, und unterhalb) mittels der oben genannten Technologien ausgewertet werden. Eine Lernapplikation kann solche Events anschließend verwenden, um beispielsweise eine aufsteigende Reihenfolge von Zahlen festzustellen.