So kann man Rubiks Zauberwürfel knacken
Zum Tag der offenen Tür am 28. Mai 2016 präsentiert die Fakultät für Mathematik, wie mit einem Zauberwürfel-Roboter Schüler nahezu spielerisch für ein Mathematikstudium begeistert werden können
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Mathematik ganz praktisch: Mit LEGO Mindstorm bauten Schüler des Johannes-Kepler-Gymnasiums diesen Zauberwürfel-Roboter. Foto: Ilka Riedel
Zur Förderung von Schülern im außerunterrichtlichen Bereich besteht eine enge Kooperation zwischen dem mathematisch-naturwissenschaftlich orientierten Johannes-Kepler-Gymnasium in Chemnitz und der Technischen Universität schon seit geraumer Zeit. Welche Früchte ein zweiwöchiges Praktikum von sechs Zehntklässlern in diesem Frühjahr getragen hat, können neugierige Besucher am 28. Mai 2016 zum Tag der offenen Tür der TU Chemnitz am Stand der Fakultät für Mathematik erleben.
Die Schüler Annegret Seibt, Samuel Borodi, Nils Erik Hädrich, Peer Lenk, Jan Schweigert und Georg Standke haben einen funktionsfähigen Roboter entstehen lassen, der Rubiks Würfel entzaubern kann. Unter der Leitung von Ilka Riedel wurde das Projekt im LEGO-Labor der Fakultät Mathematik verwirklicht. Die wissenschaftliche Mitarbeiterin der Professur für Numerische Mathematik (Partielle Differentialgleichungen) betreute die sechs Zehntklässler beim Aufbau und der Programmierung des aus LEGO Mindstorms bestehenden Roboters. „Der Roboter ist nun in der Lage, einen unsortierten Würfel richtig zu ordnen. Über einen Sensor wird zunächst die Konfiguration der Steine erfasst und anschließend in die richtige Reihenfolge gebracht“, erklärt Riedel. Neben einem Farbsensor gehören auch zwei Motoren zu den Hauptbestandteilen. Dadurch ist nicht nur das Kippen des Würfels möglich, auch die vertikale Achse und die untere Scheibe des Zauberwürfels können um 90° gedreht werden. „Wir wollen den Besuchern außerdem zeigen, dass sich auch verschiedene vorprogrammierte Muster auf dem Würfel realisieren lassen“, ergänzt die Mathematikerin.
Noch ist der LEGO-Roboter allerdings nicht ausgereift. Vor allem die Algorithmen zum Sortieren des Würfels haben Verbesserungspotenzial. Deshalb schließt Riedel nicht aus, dass „die Fähigkeiten des Roboter in weiteren Schülerpraktika oder während künftiger Computerpraktika mit Studierenden ausgebaut werden“. Schon jetzt lassen sich jedoch gruppentheoretische Probleme der Mathematik wie Elementeordnungen spielerisch illustrieren.
Interessierte Besucher können am Tag der offenen Tür gern ihren eigenen Zauberwürfel (Maße: 5,7 cm x 5,7 cm x 5,7 cm) mitbringen und am Stand der Fakultät für Mathematik vom Roboter sortieren lassen.
Das komplette Programm des „Tages der offenen Tür“ (10 bis 14 Uhr) findet sich hier: https://www.tu-chemnitz.de/uk/veranstaltungen/events/tdot/index.php
Weitere Informationen erteilt Ilka Riedel, Telefon 0371 531-32624, E-Mail ilka.riedel@mathematik.tu-chemnitz.de
(Autor: Lars Meese)
Mario Steinebach
19.05.2016
