Modular

Forscher des Center for Bits and Atoms des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben in Zusammenarbeit mit Hack Club ein Toolset entwickelt, das den Aufbau physischer Computersysteme aus Einzweckbausteinen erleichtern soll: Modular-Things .

„Wir präsentieren eine Sammlung von Werkzeugen zum Aufbau modularer physischer Plug-and-Play-Computersysteme, die wir Modular-Things nennen“, erklärt das Team seine Arbeit. „Unsere Tools bestehen aus einer Reihe eingebetteter Einzweckgeräte, einem Link-Layer-unabhängigen Nachrichtenübermittlungssystem für die Kommunikation zwischen Geräten und einer webbasierten Programmierumgebung. Die Geräte werden dynamisch erkannt und in Softwareobjekte virtualisiert, die im Web programmiert werden können.“ IDE.

Die Idee ist einfach und ähnelt stark der UNIX-Philosophie, kleine Einzweck-Tools zu verketten, um komplexe Ziele zu erreichen. Allerdings handelt es sich bei den Modular-Things nicht um Software, sondern um Hardware – Plug-and-Play-Einzweckgeräte, die von Schrittmotoren und LEDs bis hin zu Tasten, Beschleunigungsmessern und Berührungssensoren reichen.

Das Framework hinter diesen Plug-and-Play-Modulen ist in zwei Schichten aufgeteilt. Die erste ist eine Arduino-Bibliothek, die Module erkennt und die Weitergabe von Nachrichten zwischen ihnen verwaltet. Die zweite ist eine webbasierte Entwicklungsumgebung, die es dem Benutzer ermöglicht, die Module in JavaScript zu programmieren – aber im Browser des Benutzers und nicht auf den Modular-Things selbst ausgeführt wird. „Anstatt eine Hochsprache in die Hardware einzubetten“, erklärt das Team, „heben wir Hardwaremodule in eine Hochsprache.“

Um das Projekt zu testen, organisierte das Team einen fünftägigen Workshop mit 60 Studenten, die in Teams daran arbeiteten, Maschinen aus Modular-Things-Komponenten zu bauen – darunter eine Sandkunst-Zeichenmaschine, einen Pfannkuchenplotter, einen Stiftplotter und – ungewöhnlich, aber beeindruckend – eine Toilettenpapier-Wurfmaschine, die Computer-Vision-Bibliotheken nutzte, um Gesichter zu erkennen und automatisch auf sie zu zielen.

„Einige Schüler empfanden die Verwendung von Modular-Things als intuitiv und beschlossen, es für ihre Abschlussprojekte im Unterricht wiederzuverwenden“, sagen die Forscher. „Wir haben beobachtet, dass Benutzer die Arbeit anderer problemlos reproduzieren konnten, indem sie Code kopierten, die erforderlichen Module einfügten und Geräte umbenannten, um sie an das Benennungsschema ihrer Beispielausschnitte anzupassen. Benutzer taten dies, um Bewegungssysteme schnell neu zu erstellen, was sonst schwierig gewesen wäre.“ auf Firmware-Ebene neu erstellen.“

Allerdings weist das Framework in seiner aktuellen Form einige Einschränkungen auf. Die Forscher geben zu, dass die Abhängigkeit von USB für die Kommunikation zwischen der Hardware und der Kommunikationsumgebung und die Notwendigkeit, dass jedes Modul über einen eigenen Mikrocontroller verfügen muss, die Kosten in die Höhe treibt, während mit Modular-Things erstellte Hardware ohne einen Desktop- oder Laptop-Computer, auf dem das ausgeführt wird, nutzlos ist Entwicklungssoftware – Probleme, an deren Lösung das Team bereits arbeitet.

Die Arbeit des Teams wurde in den Extended Abstracts der 2023 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI EA '23) unter Open-Access-Bedingungen veröffentlicht.