Bygg musikk med robotklosser

Bygg en sang eller løs en ligning med klosser. Robotforskere har konstruert klosser med lys og lyd som kan lære oss å løse oppgaver.

Publisert
Jacob Nielsen har jobbet med klossene i doktorgradsprosjektet sitt. (Foto: Mærsk Instituttet på Syddansk Universitet)
Jacob Nielsen har jobbet med klossene i doktorgradsprosjektet sitt. (Foto: Mærsk Instituttet på Syddansk Universitet)

Moduler i alt

Alle ting på jorden består av naturens egne byggeklosser, atomer. Hvilke stoffer, gasser og materialer som forekommer, avhenger av hvordan atomene er knyttet til hverandre.

For eksempel består sukker av atomene karbon (C), hydrogen (H) og oksygen (O). Men alt etter hvordan atomene bindes sammen, får man forskjellige sukkerstoffer.

Molekyler i kjøkkensukker har formelen C12H22O11, mens molekyler i druesukker har formelen C6H12C6. Byggesteinene er de samme, men antall og sammensetning gir ulike resultater.
 

Har du noensinne ergret deg over at du aldri ble rockestjerne eller at din sang ikke ble valgt ut til Melodi Grand Prix? Eller har du hatt en drøm om å kunne skrive partiturer for messingblåsere?

Hvis det er tilfellet, har du nå redningen. I stedet for å sette deg inn i noter og unoter, kan du bygge din egen sang med klosser.

Robotforskere fra Mærsk-instituttet ved Syddansk universitet står bak konstruksjonen av klossene som kan være utgangspunkt for mange forskjellige former for læringssystemer.

− Bakgrunnen for prosjektet var å arbeide med de læringssituasjonene man blir utsatt for på skolebenken og gjøre dem mer håndgripelige, bokstavelig talt, forteller Jacob Nielsen, som i sitt doktorgradsprosjekt arbeidet med å få klossene til å oppføre seg riktig.

For når man lærer noe nytt, hjelper det på lagringsprosessen i hjernen hvis det er flere sanser i bruk samtidig.

Å holde en grønn eller lilla kloss, som sender ut lyder og lys, betyr at vi kan bruke tre sanser − føle-, syns- og hørselssansen − på en gang vi løser en oppgave.

Det gjør oss i stand til å få en langt mer intuitiv forståelse av løsningen enn hvis vi bare hadde brukt hørsels- og synssansen. Så klossene øker rett og slett oddsene for å lære optimalt.

Massevis av musikalske muligheter

Musikk-klossene er bygd opp etter det samme modulprinsippet som vi kjenner fra legoklosser. Dessuten har hver kloss en funksjon. For eksempel lyder gule klosser som gitarer, og røde klosser lyder som trommer.

Klossene er bygd opp etter samme modulprinsipp som legoklosser. Læringsprinsippet kan også brukes innen for eksempel matematikk eller grammatikk. (Foto: Mærsk Instituttet på Syddansk Universitet)
Klossene er bygd opp etter samme modulprinsipp som legoklosser. Læringsprinsippet kan også brukes innen for eksempel matematikk eller grammatikk. (Foto: Mærsk Instituttet på Syddansk Universitet)

Hver kloss inneholder dessuten små musikkfragmenter med det gjeldende instrumentet, og det varierer alt etter hvilken side de ligger på.

Når man kobler en kloss med andre klosser, er det dermed 6^7 (seks i syvende - altså 279 936) muligheter for hvilke lyd som kommer ut. (Den syvende muligheten oppstår hvis man velger ikke å koble klossen til andre.)

Med en passende mengde klosser er det dermed muligheter for et utall varierende musikkstykker. Man kan bygge og dele opp musikken.

− Det betyr at man ikke trenger å være særlig musikalsk eller beherske et instrument for å ha glede av klossene, forteller Nielsen.

Klossete matematikk

At det er læringssituasjonen som er i fokus, betyr også at prinsippet kan brukes til mye mer enn musikk.

I prosjektperioden laget Nielsen flere forsøk med lærerike klosser innen forskjellige fag, og han ser potensial innen mange områder. Deriblant matematikk.

På samme måte som man bygger musikk, kan man altså bygge regnestykker. Det gir en dypere og mer intuitiv forståelse for det matematiske språket, hvis man helt konkret kan bygge regnestykker eller binære trær som brukes i for eksempel dataprogrammering.

Samme prinsipp kan også benyttes innen grammatikk og språk, hvor hver enkelt kloss utgjør et ord som man kan sette sammen i setninger og systemet til slutt sier ifra om setningen er korrekt.

Hva er det inni?

Fra starten valgte forskerne å benytte moduler i kubeform, fordi nettopp kuber er gjenkjennelige som byggeklosser for alle aldre. På alle sider er det satt på magneter, slik at man lett kan koble klossene sammen.

Åpner man klossene, finner man en liten printplate med tre AA-batterier. Dessuten er det en liten chip (microcontroller) som fungerer som en minidatamaskin og inneholder den programvaren som sørger for lyd, lys og farge.

Eller for matematikk-klossenes vedkommende, de algoritmene som gir videre informasjon om det skal legges sammen, trekkes fra eller divideres.

Siste, men viktige, ingrediens er de kretsløpene som danner den infrarøde forbindelsen som får klossene til å kommunisere trådløst med hverandre. Samme system som man kjenner fra mobiltelefoner og elektroniske kalendre hvor man kan overføre data.

− En av utfordringene for oss har vært å utvikle de programvaresystemene som skal brukes til forskjellige funksjoner. Men den største utfordringen er kanskje at det også skal fungere læringsmessig.

− Vi ingeniører har kanskje en tendens til å fokusere mest på at tingene virker rent praktisk, så vi er avhengige av å kombinere vår kunnskap med den pedagogiske kunnskapen andre har, avslutter Nielsen.

Han er utdannet sivilingeniør i datateknologi og skrev sin doktorgrad om modulær robotteknologi.

Etter å ha avsluttet sin doktorgraden er han blitt ansatt på Teknologisk institutt, hvor arbeidet hans ikke overraskende kommer til å handle om roboter og lek og læring.

Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.

Lenke:

Jacob Nielsens hjemmeside