Wie sich Maschinen in unserer Welt zurechtfinden können

Transkript

1 Mittwoch, den 7. Mai 2014 Spielregeln: 1. Fragen aufschreiben und am Ende stellen 2. Beide Hände oben: Mucksmäuschenstille 3. Notizen machen 1

2 Sinnesorgane Verstehen: Die Sinnesorgane allein reichen nicht! Die Informationen müssen im Gehirn verarbeitet werden. 2

3 Sinnesorgane der Maschinen Quelle: Wikipedia Sinneswahrnehmung: Denkaufgabe: _ Beispiel für eine Maschine, die was, warum von der Umwelt wissen muss. _Maschinen können aber nur elektrischen Strom anzeigen oder verarbeiten! _Also: Licht / Schall / Druck / Temperatur / Kraft... werden in (einen kleinen) Strom umgewandelt und dann angezeigt oder mit einem Computer verarbeitet 3

4 Sinneswahrnehmung: _ Maschinen machen das ähnlich wie Menschen: Riechen _ Anwendungen _ Rauchmelder _ Gasanalyse (z. B. in Autobahntunnels) 4

5 Schmecken _ So funktioniert ein Salzsensor: _ Beispiel: Intelligenter Schneebesen warnt vor zu viel Salz _ Auch so kann ein Salzsensor funktionieren: _ Ein Gegenstand verdrängt so viel Wasser, dass er und das verdrängte Wasser gleich schwer sind (Archimedisches Prinzip). _ Durch das Salz wird das Wasser schwerer _ Der Gegenstand steigt auf. Schmecken Salz 5

6 Tasten _ Weshalb Tasten? _ Anwendungen - Lichtschalter - Tastenfeld im Lift (Etagenwahl) -Joystick - Touchscreen - Robotergreifhand mit Drucksensor Quelle: Sehen-Staunen-Wissen: Roboter, siehe auch roboter_hand_sensor.jpg Hören _ So funktioniert das Ohr: _ Eine dünne Membrane _ spürt die Bewegung der Luft _ die vom Schall verursacht wird. _ So funktioniert auch das Mikrofon _ Mit zwei Ohren kannst du genau hören, aus welcher Richtung ein Ton oder Geräusch kommt. _ Denn der Schall erreicht immer zuerst ein Ohr und dann das zweite. _ Diese winzig kleine Zeitverzögerung genügt, um die Richtung der Geräuschquelle bestimmen zu können. 6

7 Hören Situation und Schallquelle Schmerzschwelle Gehörschäden bei kurzfristiger Einwirkung Kampfflugzeug 100 m entfernt Presslufthammer 1 m entfernt / Diskothek Gehörschäden bei langfristiger Einwirkung Hauptverkehrsstraße 10 m entfernt Pkw, 10 m entfernt Fernseher in Zimmerlautstärke 1 m entfernt Normale Unterhaltung, 1m entfernt Sehr ruhiges Zimmer Blätterrauschen, ruhiges Atmen Hörschwelle bei 2 khz Schalldruckpegel L p 134 db ab 120 db db 100 db ab 90 db db db 60 db db db 10 db 0 db Sehen _ Weshalb Sehen? _ Lichtschranke - erkennt nur Anwesenheit/Abwesenheit eines Objektes _ Fotowiderstand - erkennt Helligkeit / Grauwert: - Straßenlicht geht an, wenn es Abend wird - Innenspiegel blenden ab, wenn geblendet wird _ Kamera - Bilder 7

8 Noch mehr Sinne _ Geht das überhaupt: mehr Sinne? _ Gibt es Dinge, die wir Menschen nicht erfassen können? _ Physikalische Größen kann man messen! Orientierung (wo ist oben?) _ Wer kennt das: 8

9 Orientierung (wo ist oben?) _ Ein Körper hängt an einer Feder _ Die Feder verlängert oder verkürzt sich je nach Beschleunigung Orientierung (wo ist Norden)? _ Wir funktioniert ein Kompass? _ Die Erde hat ein Magnetfeld _ Die magnetische Nadel orientiert sich danach 9

10 Orientierung (wo ist Norden?) _ Ein elektrischer Strom ändert sich auch, wenn ein Magnetfeld anliegt! Orientierung (wo bin ich?) _ Orientierung im Sinne von Zurechtfinden. _ Orientierung im technischen Sinne wird also anders verstanden. _ Es geht also eigentlich um die Bestimmung einer Position. _ Dafür haben wir kein Organ, keinen Sensor _ Maschinen schon! _ "Global Potioning System Offizielle Bezeichnung ist NAVSTAR GPS: Navigational Satellite Timing and Ranging Global Positioning System 10

11 GPS _ 24 Satelliten (+ Reserve) _ Durchschnittliche km Höhe _ 12 Stunden Umlaufzeit fast 4 km/s schnell _ Damit man immer weiß, wo man ist _ Dafür braucht man einen GPS-Empfänger _ Und einen Computer für die Karten _ Euer Handy ist ein Computer! GPS - Prinzip _ Der rote Punkt sind wir _ Wenn wir - die Position der drei Satelliten kennen - die Länge der roten Linien kennen können wir die Position des roten Punktes berechnen. _ Satelliten kennen ihre Position _ Die Länge der roten Linien wird über eine Zeitmessung bestimmt: Über Zeit und Geschwindigkeit kommt man zum Weg. Wisst Ihr wie? 11

12 GPS Satellitenentfernung bestimmen _ Geschwindigkeit = Weg Zeit _ Also: Weg = Geschwindigkeit x Zeit _ Für die Geschwindigkeit setzen wir die Lichtgeschwindigkeit ein: m/s _ Die Zeit ist ein ganz kleiner Wert, weil das Licht so schnell ist GPS Wie viele Satelliten braucht man? _ Komische Frage... Wer braucht die Satelliten? Die sind doch einfach da! _ Die Rechnung macht der GPS-Empfänger in Eurem Handy _ Euer Handy muss also 3 Satelliten "sehen", d.h. es muss Positionssignale von drei Satelliten empfangen können _ Eigentlich 4 Satelliten der 4. Satellit wird für die Synchronisation der Uhren für die Zeitmessung gebraucht

13 GPS Welche Sensoren verwenden Empfänger? _ Funkantenne _ In Eurem Handy eine ganz kleine Also _ Wie spät ist es überhaupt? _ Können wir Zeit fühlen? _ Aber Maschinen können das! _ Fragen? _ Danke und einen schönen Nachmittag! 13