Systemtechnik-Projekt 2016

Bau von kooperierenden Robotern im ersten Studienjahr

Projektbasiertes Lernen ist an der NTB seit Jahren ein fester Bestandteil der modernen Systemtechnikausbildung. Bereits im ersten Studienjahr bauen die Studierende in Teams Roboter, die eine komplexe Aufgabe erfüllen müssen.

Das Modul findet gleichzeitig in Buchs, St. Gallen und Chur statt und dauert zwei Semester. Jeweils zwei Roboter von verschiedenen Standorten müssen in Kooperation eine gemeinsame Aufgabe erfüllen. Die Teams werden durch Fachbetreuer, Teambetreuer, die Zentralwerkstatt und die interne Printfertigung in ihrer Arbeit unterstützt.

Aufgabenstellung

Zwei Geheimagenten retten die Welt

Auric Goldfinger, der böseste Bösewicht aller Zeiten, will die Weltherrschaft an sich reissen, indem er im Fort Knox eine Atombombe zündet und so die Goldreserven der USA mit Radioaktivität verschmutzt, sie damit nutzlos macht und damit das internationale Währungssystem ins Chaos stürzt.

Das muss natürlich durch unsere zwei Geheimagenten R1 und R2 verhindert werden. Da die Aufgabe nicht durch eine Person geleistet werden kann, kooperieren beide zusammen.

Die Bombe kann nur entschärft werden, indem man die Drähte der Bombe in der richtigen Reihenfolge durchtrennt. Die Zugänglichkeit an die Bombe ist so, dass man die Drähte auf der Gegenseite nicht über die Bombe erreichen kann, das heisst, auf jeder Seite der Bombe muss ein Agent sein, um die Drähte auf seiner Seite zu durchtrennen.

Reihenfolge

Die Reihenfolge, wie die Drähte durchtrennt werden müssen, ist geheim. Damit dieses Geheimnis sicher geschützt ist, wurde die Information in zwei Datensätze zerlegt und jeder Datensatz an einem separaten Ort gespeichert, wobei ein Datensatz alleine nicht genügt, um die vollständige Information zu rekonstruieren.

Zum Glück haben R1 und R2, bevor sie sich über den Weg gelaufen sind, in unabhängigen Aufklärungsaktionen je einen Teil der Informationen gefunden, haben die Information in einer unsichtbaren Nanostruktur gespeichert und an einem geheimen Ort im Fort Knox versteckt. Die Nanostruktur ist aber nicht sichtbar. Sie kann nur sichtbar gemacht werden, indem sie, wie ein Stempel, auf eine Spiegelfläche gedrückt wird. Wird der Spiegel gekühlt, so kondensiert die Feuchtigkeit der Luft am Spiegel und die Geheiminformation wird sichtbar.

Leider ist es Auric Goldfinger schliesslich trotz aller Bemühungen von R1 & R2 doch gelungen, den Timer der Bombe zu starten, bevor er von R1 unschädlich gemacht werden konnte. Damit haben R1 und R2 noch maximal drei 3 Minuten Zeit, um die versteckten Informationen zu holen, die geheime Information auszulesen und die Bombe durch das Durch-schneiden der Drähte in der richtigen Reihenfolge zu entschärfen. R1 und R2 haben noch 3 Minuten …. sonst …..

Festlegungen

  • Der Geheimcode wird durch die Teams festgelegt.
  • Der Stempel gehört zum Entwicklungsumfang des Roboters.
  • Die Stempel werden durch die Teams entwickelt.
  • Die Roboter dürfen beim Start nicht grösser sein als 160x160x160 mm sein, dürfen aber während des Spielablaufs die Grösse ändern, aber nur so weit, dass die Drähte nicht durch einen Roboter alleine von einer Seite der Bombe durchschnitten werden können.
  • Änderungen am Spielfeld sind nicht erlaubt.
  • Die beiden kooperierenden Roboter müssen aus zwei verschiedenen Standorten stammen.
  • Weitere Festlegungen nach Bedarf.

Vorarbeiten

  • Entwicklung der Roboter
  • Entwicklung der Kommunikation und der erfolgreichen Kooperation
  • Entwicklung des Geheimcodes und der Stempel

Ablauf des Spiels

Es bleiben nur drei 3 Minuten, um die Bombe zu entschärfen. In dieser Zeit müssen R1 und R2 folgendes tun:

  1. Holen der Stempel
  2. Zu einer Spiegelfläche gehen und Nanostruktur auf den Spiegel stempeln
  3. Mittels Knopfdruck die Kühlung des Spiegels einschalten, damit der Spiegel beschlägt, was die Nanostruktur sichtbar macht
  4. Ablesen der korrekten Reihenfolge für das Durchtrennen der Drähte
  5. Gemeinsames Durchtrennen der Drähte --> Sobald die Drähte durchtrennt sind, stoppt die Uhr auf der Bombe --> Wenn die Zeit abgelaufen ist, bevor die Drähte durchtrennt sind, so explodiert die Bombe

Werden die Drähte in der falschen Reihenfolge durchtrennt oder sind die drei Minuten um, bevor die Drähte durchgeschnitten sind, so explodiert die Bombe.

Zusatzinformation zur Mikro- Nanotechnologie

Es muss ein Stempelhalter entwickelt werden, auf dem der Stempel aufgeklebt wird. Es ist darauf zu achten, dass der Stempel im Versteck nichts berührt, da er sonst seine Information verlieren würde.

Es muss auch der Geheimcode entwickelt werden, in dem alle 16 Reihenfolgen, die man an der Bombe einstellen kann, mit zwei Stempel der beiden Teams codiert werden können (Code gemäss Tabelle unten).

Mit diesem Stempel kann eine Mikrostruktur auf ein Goldsubstrat gestempelt werden. Kühlt man das Goldsubtrat ab, so bilden sich durch die Kondensation der Luftfeuchtigkeit kleine Tropfen auf dem Substrat und der Code wird sichtbar.

Wenn alles funktioniert, dann sollte es möglich sein, den Code zu entschlüsseln, nachdem beide Roboter gestempelt haben. Dafür muss der Code aber eindeutig sein, ohne dass zuvor Annahmen getroffen werden müssen. Ein Stempel allein darf nicht ausreichen, um die Bombe entschärfen zu können.

Die Grundlagen um diese Aufgaben zu erfüllen werden in der Spezialistenausbildung erarbeitet.