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Gaute Munch, Erik Hansen und Team (Dänemark)

Finalisten für den Europäischen Erfinderpreis 2018

Gaute Munch, Erik Hansen und Team (Dänemark)

Kategorie: Industrie

Sektor: Spielzeuge und Spiele

Unternehmen: LEGO A/S (Dänemark)

Patente: EP1146941, EP1148921, EP2217341, EP2032227

Erfindung: Programmierbare LEGO-Roboterspielzeuge

Millionen von Computernutzern verdanken ihre ersten Gehversuche im Programmieren den Roboterspielzeugsets des dänischen Unternehmens LEGO®. Die programmierbaren Bausätze kamen 1998 erstmals unter dem Namen LEGO MINDSTORMS® auf den Markt. Die Serie, die von Gaute Munch zusammen mit einem internationalen Team entwickelt wurde, dem auch Erik Hansen angehörte, ist mittlerweile in der dritten Generation, und Millionen von jungen Fans, Schülern und Studenten sind nach wie vor begeistert davon und lernen damit.

munch-hansen-side-visualMitte der 1980er-Jahre beschäftigen sich allenfalls staatliche Expertengremien und wissenschaftliche Institutionen mit dem Thema Robotertechnik. Aber bei LEGO hatte man bereits ein Gespür dafür, welches Potenzial aus der Verbindung der kreativen Möglichkeiten der LEGO-Bausteine mit der modernen Computertechnologie erwachsen könnte, und so ging das Unternehmen eine Partnerschaft mit dem Media Laboratory des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston im Bundesstaat Massachusetts in den USA ein.

1994 entwickelte das Team am MIT mit Unterstützung von LEGO und der National Science Foundation einen kleinen Computer im Inneren eines LEGO-Bausteins, den programmierbaren Baustein "MIT Programmable Brick", auch bekannt unter der Bezeichnung "Modell 120". Dieser Minicomputer konnte so programmiert werden, dass er Schalter und Motoren aktivieren und auf diese Art beispielsweise die Arme eines Roboters bewegen konnte. Das geschah mithilfe einer textgebundenen Programmiersprache namens Brick Logo. Die Tech-Community war sofort begeistert - aber für Kinder war das Ganze zu kompliziert.

Munch und sein Team ersetzten die textbasierte Programmierung durch eine kinderfreundliche grafische Oberfläche des Computers - so wurde aus dem Konzept ein markttaugliches Produkt. Sie meldeten mehrere entscheidende Patente an, darunter auch eines für das Übertragungsprotokoll für die Kommunikation zwischen PC und programmierbarem Baustein. Dabei werden Befehle durch sichtbare Lichtimpulse ausgegeben.

Das 1998 erstmals aufgelegte LEGO MINDSTORMS RCX-System hat heute Millionen von Anwendern, die Spaß daran haben, ihre selbst kreierten Roboterprogramme mit anderen Usern zu teilen.

Gesellschaftlicher Nutzen

Bevor die Erfindung den Markt eroberte, waren Kurse in Robotertechnik in den Lehrplänen der Schulen die absolute Ausnahme. Mit MINDSTORMS setzte ein Paradigmenwechsel ein, und seit 1998 bietet das Unternehmen auch spezielle Versionen ihrer Roboterbaukastensysteme für den Schulunterricht an. Schüler können sich damit auch in einem jährlich ausgerichteten Wettbewerb zur Roboterprogrammierung messen: An der FIRST LEGO League (FLL) 2017 nahmen weltweit rund 30 000 Teams mit insgesamt mehr als 200 000 Schülern teil.

Die Welt braucht junge Programmierer. Einem kürzlich veröffentlichten Bericht zufolge verfügen 40 % der EU-Bürger über ungenügende digitale Kompetenz, 22 % haben gar keine "digital skills". Auch wenn die Branche der Informations- und Computertechnologie (ICT) jedes Jahr rund 120 000 neue Arbeitsplätze schafft, könnten in Europa schon 2020 mehr als 756 000 Fachkräfte in diesem Bereich fehlen. Die Erfinder sind überzeugt, dass die Roboterspielzeuge schon jetzt dazu beitragen, eine neue Generation junger IT-begabter Menschen hervorzubringen.

Wirtschaftlicher Nutzen

Mit MINDSTORMS betreibt das Unternehmen LEGO, dessen Name sich von dem dänischen Ausdruck "leg godt" ("spiel gut") ableitet, die konsequente Weiterentwicklung ins Computerzeitalter. Die ersten modularen "Klemmbausteine" von LEGO gab es 1949. Die Patentierung erfolgte 1958. Mehr als 200 Milliarden LEGO-Teile wurden seitdem hergestellt, und das Design der Bausteine ist bis heute praktisch unverändert.

Die Serie MINDSTORMS wurde für LEGO zum Bestseller. Mittlerweile ist die dritte Generation des Produkts auf dem Markt. Es erhielt auch diverse Branchenauszeichnungen wie beispielsweise den Titel "Lernspielzeug des Jahres" der New Yorker Spielwarenmesse. Die Patente, die Munch und seinem Team erteilt wurden, sind der Motor für Folgeprodukte wie die Serie LEGO Boost oder die programmierbaren Bausätze WeDo 2.0.

Die LEGO-Gruppe mit Sitz in Billund in Dänemark galt 2016 als drittgrößter Spielzeughersteller der Welt. 2017 verzeichnete LEGO Einnahmen in Höhe von 4,7 Mrd. EUR und Gewinne in Höhe von 1 Mrd. EUR. LEGO hat weltweit etwa 17 000 Mitarbeiter.

  • Gaute Munch, Erik Hansen

    Gaute Munch (links) und Erik Hansen

  • Gaute Munch, Erik Hansen

    Erik Hansen (links) und Gaute Munch

  • Gaute Munch, Erik Hansen

    Gaute Munch

  • Gaute Munch, Erik Hansen

    Programmierbarer LEGO Roboter

  • Gaute Munch, Erik Hansen

    Gaute Munch (links) und Erik Hansen

  • Gaute Munch, Erik Hansen

    Erik Hansen


Funktionsweise

Das "Gehirn" des auf "intelligenten Bausteinen" und Robotertechnik basierenden Systems LEGO MINDSTORMS RCX ("LEGO MINDSTORMS Robotics Invention System") ist ein batteriebetriebener Miniaturcomputer, der Roboterelemente wie z. B. Sensoren und kleine Motoren steuert. Die erste Generation dieser Computer nannte sich RCX. Dabei wurde über eine Infrarotverbindung die Verbindung mit einem PC hergestellt.

Die Anwender programmieren den Computerbaustein mithilfe der MINDSTORMS-Software auf ihrem PC so, dass er Funktionen, die sogenannten "Verhalten" wie beispielsweise die Steuerung eines Motors unter bestimmten Bedingungen, ausführt. Die MINDSTORMS-Bausätze enthalten auch genaue Baupläne - LEGO nennt sie "Challenges" - zum Bau von Roboterarmen, Automatiktüren oder Lieferrobotern aus LEGO-Bausteinen.

Seit den ersten programmierbaren Bausteinen mit gerade einmal 256K RAM hat sich das System enorm weiterentwickelt. Die aktuelle Version, der EV3-Baustein, läuft auf einem LINUX-basierten Betriebssystem und  wird von einem ARM9-Prozessor (300 MHz) gesteuert. Er verfügt über 16 MB FLASH-Speicher und ein eingebautes Display mit einer Auflösung von 178 x 128 Pixeln. Neben größeren und mittleren Motoren enthalten die aktuellen MINDSTORMS-Sets Berührungs-, Farb-, Infrarot- und sogar Gyrosensoren für eine breite Palette von Robotern, die die Anwender selbst gestalten können.

Die Erfinder

Gaute Munch hat an zahlreichen äußerst ambitionierten Segelprojekten teilgenommen. Eines dieser Projekte bestand in einer Atlantiküberquerung von Dänemark zu den Karibischen Inseln. Schon immer liebte er es, mit ganz jungen Menschen zu arbeiten und sie in Segelprojekte einzubeziehen.

Nach dem Studium der Elektrotechnik an der Universität Aarhus, das er 1993 abschloss, nahm Munch eine Stelle bei Carlo Gavazzi an, einem italienischen Hersteller von Komponenten für die Industrie. Dort arbeitete er in der Arbeitsgruppe für die Sensorenentwicklung, wo er einen neuen Typus eines kapazitiven Näherungssensors erfand, für den er sein erstes europäisches Patent erhielt.

Bei LEGO, wo er mittlerweile zum "Technology Frontend Director" aufgestiegen ist, fing er 1997 an. Gaute Munch ist als Erfinder in mehreren Schlüsselpatenten genannt, die der LEGO MINDSTORMS-Serie und den Folgeprodukten zugrunde liegen. Durch die von LEGO ausgerichteten MINDSTORMS-Lernevents und Wettbewerbe sowie durch Fokusgruppen für die Forschung und Entwicklung bleibt er mit seiner jungen Zielgruppe in Kontakt.

Erik Hansen machte seine erste Erfindung schon als kleiner Junge. Es war ein Keksausstecher - den seine Mutter übrigens heute noch in Gebrauch hat - auf der Grundlage eines ausrangierten Ölfilters eines Ferguson-Traktors aus dem Jahr 1952. Hansen kam 1985 zu LEGO und arbeitete an einer Reihe von Produkten mit, die den Weg für LEGO MINDSTORMS ebneten.

Heute arbeitet Hansen im "Creative Play Lab" von LEGO mit führenden Universitäten und Unternehmen - großen wie kleinen - zusammen, um Lernspielzeuge für Kinder zu entwickeln. Von Haus aus Elektroingenieur mit einem Zertifikat in Business Innovation, ist er noch immer ein passionierter Bastler und Tüftler. Für sein Bauernhaus hat er ein nachhaltiges Heizungssystem gebaut, das von einem LEGO-MINDSTORMS-Roboter gesteuert wird.

Wussten Sie das?

Der programmierbare Roboterbaukasten von LEGO, der zunächst in enger Zusammenarbeit mit dem Media Lab am MIT entwickelt wurde, ist längst nicht das einzige Spielzeug, dessen Ursprünge in der wissenschaftlichen Forschung zu suchen sind.

So verdankt die Wasserpistole "Super Soaker" ihren Hochdruckwasserstrahl einem Mechanismus, den der amerikanische Erfinder Lonnie G. Johnson für eine umweltfreundliche Wärmepumpe entwickelt (und zum Patent angemeldet) hatte. Ein weiterer Blockbuster, der im Franchisesystem vertrieben wird, ist die Knete "Play-Doh". Das "Rezept" für diese Modelliermasse für Kinder wurde in den 1950er-Jahren von dem Chemiker Joseph McVicker als Reinigungspaste für Tapeten entwickelt.

Der berühmte Zauberwürfel wurde 1974 von Ernő Rubik entworfen und zum Patent angemeldet, um Schülern mit seiner Hilfe die Grundlagen der 3D-Geometrie näher zu bringen. Über 400 Millionen Mal wurde Rubics Zauberwürfel im Laufe der Jahre verkauft. Der ungarische Erfinder setzte seinen wissenschaftlichen Sachverstand auch schon als Mitglied der Jury bei einem früheren Europäischen Erfinderpreis ein.

Auch das als "fischertechnik" bekannte Baukastensystem für Kinder von Artur Fischer, dem Erfinder des Fischer-Dübels - ein kleiner Wanddübel aus Kunststoff - ist in diesem Zusammenhang zu nennen. Als Gewinner in der Kategorie "Lebenswerk" beim Europäischen Erfinderpreis 2014 sprach Fischer die berühmten Worte: "Lasst die Kinder spielen - das Kind in uns muss bleiben, wenn wir erfinderisch sein möchten."

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