In den letzten Wochen sind immer wieder Diskussionen entbrannt, ob der EV3 aus dem Jahr 2013 jetzt besser oder schlechter als der LEGO SPIKE Prime Hub ist, der auch im neuen LEGO 51515 Mindstorms Set enthalten sein wird und den es erst seit diesem Jahr gibt. Ich denke, dass bei dieser Diskussion häufig einige Perspektiven vernachlässigt werden. Deshalb werde ich im Folgenden anhand mehrerer Aspekte die Unterschiede zwischen beiden Produkten diskutieren. Offiziell läuft der Hub aus SPIKE Prime übrigens unter dem Namen „Großer Technic Hub“.
Die Maße und Bedienelemente der Hubs
Schon beim ersten Blick offenbaren sich Unterschiede zwischen den beiden Computern. Im Gegensatz zu dem älteren Modell, das mit 11 cm x 7,2 cm x 5 cm eine stolze Größe hat, ist das neuere Produkt mit „nur“ 8,6 cm x 5,5 cm x 3,3 cm eindeutig kleiner. Er hat ungefähr das gleiche Volumen wie der normale Technic Hub, den man aus den Control+ Modellen kennt.
Während der EV3 mit einem überwiegend hellgrauen und weißen Farbschema aufwartet, ist der SPIKE Hub an der oberen Seite weiß und weiter unten gelb. Laut einem Interview soll die gelbe Farbe an den LEGO Mindstorms RCX erinnern. Das Modell aus 2013 hat gegenüber dem neuesten Hub, der mit einer 5×5 Matrix aus gelben, dimmbaren LEDs aufwiegt, einen schwarz-weißen Bildschirm mit 178×128 Pixeln. Bei dem EV3 ist die Darstellung relativ klein und die Lesbarkeit hängt von den Lichtverhältnissen ab, da es keine Hintergrundbeleuchtung gibt. Nichtsdestotrotz gibt es viele Projekte, für die ein Bildschirm von Vorteil ist. Die Textausgabe auf dem großen Technic Hub erfolgt über Lauftext.
Die Bedienung beider Hubs erfolgt durch mehrere unter den Bildschirmen gelegene Tasten. Der EV3 bietet 6 und der SPIKE Hub 3 sowie eine „Bluetooth-Taste“. Da sich nur zwei der Tasten bei Letzterem frei programmieren lassen, empfinde ich das als eindeutig zu wenig. Bei beiden Systemen sind die Haupttasten von einer mehrfarbigen LED umgeben. Das ältere System hat sogar zwei separate mehrfarbige LEDs. Zur separaten Ansteuerung wird ein angepasstes Betriebssystem benötigt.
Für die Tonwiedergabe bieten beide Wettbewerber einen einzelnen Lautsprecher. Während die Software für den EV3 es ermöglicht, Tondateien für das Gerät umzuwandeln und danach darauf zu laden, spielt die SPIKE Prime Software Audiodateien über die Lautsprecher des Gerätes, mit dem programmiert wird, ab. Mit dem Hub lassen sich nur einzelne Pieptöne abspielen. Das stimmt allerdings nicht so ganz. Unter Zuhilfenahme eines Converters aus der Community und einer undokumentierten Bibliothek ist es möglich auch ganze Audiodateien mit dem Hub wiederzugeben – nur nicht mit der einfacheren Scratch-Programmiersprache. Auf die Programmiersprachen werde ich später umfassender eingehen.
Die Anschlussmöglichkeiten der Hubs
Um Sensoren und Motoren mit dem EV3 zu verbinden, verfügt er an der Oberseite über vier dedizierte Motoranschlüsse und an der Unterseite über vier dedizierte Sensoranschlüsse. Man kann folglich nur Sensoren an Sensoranschlüsse und nur Motoren an Motoranschlüsse anschließen. Der Herausforderer verfügt nur über sechs Anschlüsse, also zwei weniger, bei denen es egal ist, ob ein Motor oder ein Sensor angeschlossen wird. Hier befinden sich je drei an der linken und an der rechten Seite.
Beide Hubs haben an der Oberseite einen USB-Anschluss zur Verbindung mit einem Computer. Außerdem verfügen beide über BTC (Bluetooth Classic), um sich mit Computern zu verbinden. Dazu hat der Computer aus dem LEGO SPIKE Prime Set integriertes BLE (Bluetooth Low Energy), mit dem er sich mit bis zu vier anderen BLE Geräten verbinden kann. In der Software für den SPIKE Prime gibt es keinen Hinweis darauf, wie man diese Option nutzen kann.
Inzwischen gibt es immerhin eine Bibliothek aus der Community, mit der man Powered Up Hardware verbinden können soll. Etwas bedenklich finde ich, dass sich der LEGO SPIKE Prime Hub, sobald er eingeschaltet wurde und eine Kopplung vorliegt, erneut mit einem Computer verbindet, ohne dass sich dies am Hub unterbinden lässt – zumindest ist mir keine Option dafür bekannt. Gerade im Klassenumfeld, für das das Set gedacht ist, wird es Kinder geben, die sich mehr oder weniger unabsichtlich mit dem „falschen“ LEGO Stein verbinden. Eine Option Bluetooth zu deaktivieren wäre begrüßenswert.
Es ist aktuell nicht möglich, zwei LEGO SPIKE Prime Hubs miteinander zu verbinden und das Lesen der technischen Spezifikationen macht mir nicht viel Hoffnung. Bei dem EV3 gibt es zwei offizielle Methoden um eine Verbindung zu anderen EV3s herzustellen: man kann per Bluetooth Nachrichten austauschen oder über USB auf die Sensorwerte von bis zu vier anderen EV3 Computern zugreifen sowie deren Motoren steuern. Dazu werden sie „hintereinander“ geschaltet.
Hierfür hat der EV3 an der linken Seite einen zweiten USB-Anschluss, der dem eines normalen Computers gleicht. Dadurch kann man normale USB-Geräte verbinden. Die offizielle Software unterstützt bestimmte WLAN-Dongles, um Programme auf den Stein zu laden. Ich denke, dass die meisten Mindstorms Besitzer die Optionen, die dieser Anschluss ermöglicht, nie genutzt haben. Das liegt auch an fehlenden Möglichkeiten mit der offiziellen Software, die Netzwerkverbindung über das Hochladen von Programmen hinaus zu nutzen.
Es gibt allerdings Enthusiasten, die zum Beispiel das Portal des Videospiels LEGO Dimensions mit dem EV3 verbinden. Durch Software aus der Community ist es außerdem möglich, den EV3 über einen entsprechenden Dongle mit Powered Up Hardware zu verbinden. Dem neueren, großen Technic Hub fehlt ein solcher USB Anschluss leider. Was dem großen Technic Hub auch fehlt, ist etwas wie der MicroSD-Kartenslot des EV3s. Neben der Erweiterung des Speicherplatzes ist es dadurch möglich andere Betriebssysteme, die auf der SD Karte gespeichert sind, auszuführen.
Die Hardware und Software der Hubs
Kommen wir zu den harten Fakten darüber, was in den Hubs an Hardware verbaut ist. Während der EV3 einen ARM9 Prozessor mit 300MHz hat, bietet das neuere Modell einen M4 mit nur noch 100MHz. Ähnlich sieht es beim RAM (64MB gegen 320KB) aus. Besser ist der LEGO SPIKE Prime Hub laut den technischen Spezifikationen, was den Speicher für Projekte angeht. Hier werden 32MB geboten. Der Speicher-Browser für den EV3 zeigt lediglich 5MB freien Speicher an, die jedoch durch eine MicroSD Karte mit bis zu 32GB erweitert werden können.
Obwohl ein direkter Vergleich immer etwas problematisch ist, lässt sich eine Tendenz, nach der der EV3 die leistungsstärkere Hardware hat, ablesen. Wie effizient man die nutzen kann, hängt allerdings auch von dem Betriebssystem ab. Nachdem der EV3 eine abgespeckte Version von Linux genutzt hat, setzt der SPIKE Hub auf Micropython. Dadurch wurde unter anderem die Startzeit von etwas über 30 Sekunden auf ungefähr fünf Sekunden reduziert.
Auch an der Nutzeroberfläche wurde viel getan. Auf dem Mindstorms EV3 landet man nach dem Start in dem Tab „zuletzt genutzte Programme“. Daneben gibt es noch „alle Programme“, „Tools“ und „Einstellungen“. Außerdem werden am oberen Bildschirmrand Informationen über den EV3 angezeigt (Name, Verbindungen etc). Der große Technic Hub zeigt nach dem Start ein „Herz“-Programm an, in dem man Sensoren und Motoren testen kann. Außerdem kann man mit der linken und der rechten Auswahltaste eins von bis zu 20 eigenen Programmen starten.
Ein Testprogramm für Sensoren und Motoren hat der EV3 unter „Tools“. Dazu kommen noch viele weitere Optionen: Man kann zum Beispiel die Lautstärke der Geräusche bei einer Eingabe einstellen, Bluetooth deaktivieren, Programme löschen und sogar eigene kleinere Programme direkt auf dem Computer erstellen. Diese Optionen fehlen beim SPIKE Prime Hub komplett.
Ich denke, dass es einen guten Grund gibt, weshalb der LEGO SPIKE Prime Hub ein deutlich vereinfachtes Menü hat. Das „Tabsystem“ des EV3s ist anfangs ziemlich verwirrend und nicht gerade intuitiv und hat vermutlich viele Kunden am Anfang verwirrt. Allerdings ist das neue Modell wegen der Anzahl der Tasten und Pixel sehr eingeschränkt und einige Optionen, zum Beispiel eine Möglichkeit, die Tastengeräusche zu deaktivieren, hätten meiner Meinung nach nicht entfernt werden dürfen.
Die Energieversorgung der Hubs
Bevor wir uns anschauen, was für Sensoren und Motoren in dem jeweiligen Anschlusssystem zur Verfügung stehen, soll es noch einmal kurz um die Energieversorgung gehen. Die meisten Besitzer eines EV3s dürften diesen über sechs AA-Batterien betreiben. Alternativ dazu gibt es für ungefähr 100 Euro UVP einen Akku mit 7.4V bei 2050 bzw. 2200mAh, der über ein externes Netzteil aufgeladen wird. Zum Laden werden laut LEGO ca. drei bis vier Stunden benötigt. Es ist möglich, den Akku sowohl in dem Hub, als auch außerhalb zu laden. Der EV3 kann während des Ladens benutzt werden.
Bei Verwendung eines Akkus stehen ungefähr 1x5x11 Technic-Löcher an der Rückseite des EV3s heraus und müssen bei den Modellen aus der Home-Edition bedacht werden. Bei der Schul-Version aus der Education-Reihe ist der Akku im Set enthalten.
Auf die Option Batterien zu verwenden wurde beim großen Technic Hub ganz verzichtet. In der Rückseite befindet sich Platz für einen speziellen Akku. Dieser liefert 7.3V bei 2100mAh. Geladen werden kann er aktuell nur wenn er in den Hub eingelegt ist über den USB Anschluss des Hubs. Hier sollte man zum Laden bei einem normalen Anschluss (SDP) ungefähr 4,5 bis 5 Stunden und bei einem dedizierten Ladeanschluss (DVP oder CDP) ungefähr 2 Stunden Zeit einplanen.
Bei offiziellen Vertriebspartnern von LEGO Education liegt der Preis für den Akku ohne Rabatte etwas unter 100 Euro. Da er zum Betrieb des Sets benötigt wird ist bei LEGO SPIKE Prime ein Akku beigelegt. Es ist leider kaum möglich die Akkulaufzeit direkt zu vergleichen, da sie von vielen Parametern abhängt.
Die Motoren
Sowohl für LEGO SPIKE Prime als auch für den EV3 gibt es einen großen Motor und einen mittleren Motor. Der mittlere EV3 Motor ist laut der Vergleichsseite von Philo etwas effizienter als der mittlere Motor aus dem SPIKE Prime Set, dafür ist es bei den großen Motoren genau umgekehrt. Eine Neuerung bei den neuen Motoren fällt einem ins Auge, wenn man sie sich genau anschaut. Es gibt bei den sich drehenden Scheiben an einer Stelle eine Markierung. Diese ist dazu da, die „absolute 0-Position“ festzulegen. Sie hilft bei Modellen, in denen ein Motor immer wieder eine Position anfahren soll, zum Beispiel bei einer normalen Autolenkung.
Der LEGO Mindstorms EV3 ist außerdem mit dem NXT Motor kompatibel. Grundsätzlich kann man auch Power Functions Motoren und Motoren aus dem 9V-System mit einem offiziellen Adapterkabel nutzen. Die offizielle Software unterstützt diese jedoch nicht. Ähnlich verhält es sich mit dem Hub aus dem SPIKE Set und den restlichen Motoren aus dem Powered Up System. Die Anschlüsse sind alle kompatibel, aber sie lassen sich nicht mit der einfachen Scratch-Programmiersprache nutzen.
Damit kommen wir noch zu einem Manko des Systems, das LEGO SPIKE Prime nutzt. Dadurch, dass die Kabel fest mit den Motoren verbunden sind und es keine Verlängerung gibt, hat man manchmal zu viel oder zu wenig Kabel. Bei dem EV3 sind die Kabel einzeln mit Längen von 25 cm, 35 cm und 50 cm enthalten und können dem Modell entsprechend ausgewählt werden. Eine Schwachstelle hier ist allerdings die Einrastfunktion, die bei unbedachtem Herausziehen abreißen kann.
Die Sensoren
Ganz grob gibt es zumindest unter dem Punkt der mitgelieferten Sensoren keinen großen Unterschied. Es gibt einen Berührungssensor, der jetzt auch die Druckkraft messen kann, einen Farbsensor und einen Ultraschallsensor zur Entfernungsmessung. Die normale EV3 Version hatte im Gegensatz zu dem Ultraschall einen Infrarotsensor, der auch Entfernungen messen konnte. Mit dem Infrarotsensor kann man eine mitgelieferte Fernbedienung und die Power Functions Infrarot Fernbedienung verwenden. Die Möglichkeit eine „einfache“ Fernbedienung zu verwenden ist leider entfallen oder zumindest deutlich komplizierter geworden. Neben dem Ultraschallsensor hatte die Schulversion des EV3s einen externen Gyrosensor, der bei SPIKE verbessert und in den Hub integriert wurde.
Ein wichtiger Aspekt vom Mindstorms EV3 ist, dass man die Sensoren des Vorgängermodells NXT verwenden kann. Dort gab es zwar größtenteils Sensoren, die den gleichen Zweck erfüllten (Farbsensor, Ultraschallsensor, Berührungssensor), aber auch einige, die das Powered Up System derzeit nicht bietet: einen Temperatursensor, ein Spannungs- und Strommessgerät und einen Geräuschsensor, der die Lautstärke messen kann. Es gibt außerdem eingeschränkte Unterstützung für einige Sensoren aus dem 9V-System, wenn man inoffizielle Software nutzt.
Im Gegenzug kann man mit dem LEGO SPIKE Prime Hub alle Sensoren aus dem Powered Up System nutzen, also auch den Farb- und Abstandssensor aus dem LEGO Boost Set und die Sensoren aus dem WeDo 2.0 Set. Diese erfüllen allerdings größtenteils ähnliche Zwecke. Erwähnenswert sind der externe Gyrosensor aus dem WeDo 2.0 Set und die Möglichkeit des Sensors aus dem Boost Set, die Power Functions Infrarotempfänger fernzusteuern. Um diese zu verwenden, muss man eine undokumentierte Bibliothek nutzen. Die einfache Scratch-Programmiersprache wird nicht unterstützt.
Sensoren von Drittanbietern
Ein weiterer und vielleicht noch wichtigerer Aspekt sind die Sensoren von Drittanbietern. Schon zu NXT-Zeiten gab es Sensoren der Firma HiTechnic, deren Produkte sogar im LEGO Online-Shop verkauft wurden und Sensoren der Firma Mindsensors, die immer noch regelmäßig neue Produkte für NXT und EV3 herausbringt. Aktuell zeigt nur Mindsensors Interesse an dem Powered Up System. Man muss also abwarten, wie sich der Markt entwickelt. Ein Problem ist sicherlich, dass es nicht möglich oder nicht dokumentiert ist, wie man für die meisten Programmierumgebungen im Powered Up System eigene Sensoren hinzufügen kann.
Für einige Enthusiasten ist es bestimmt reizvoll, eigene Sensoren für das System zu entwickeln. Falls du nicht dazu zählst, könnte der folgende Absatz etwas technisch werden. Du kannst ihn in dem Fall überspringen.
Der LEGO Mindstorms EV3 bietet eine Hardwaredokumentation, die einige Rahmendaten für eigene Sensoren und Motoren festlegt. Bei dem Ultraschallsensor vom LEGO SPIKE Prime Set kann man den vorderen Teil abschrauben, um an Pins zu kommen, an die man eigene Hardware anschließen kann – das wurde extra gemacht. Die Idee ist, dass man, ähnlich der Shields für Arduino-Boards, „Backpacks“ auf die Pins setzen kann. Es fehlt allerdings jedwede offizielle Dokumentation darüber, was für Voraussetzungen für die Hardware gelten und was für Voraussetzungen für die Software gelten. Falls du es trotzdem versuchen möchtest, kann ich dir dieses Repository empfehlen.
Außerdem stellt sich mir die Frage, weshalb der teuerste Sensor dafür verwendet wurde, der obendrein für viele Modelle genutzt wird. Es bietet sich in sehr wenigen Fällen an ihn zu ersetzen. Soll man sich den teuersten Sensor kaufen, um an die einzelnen Leiter in dem Kabel zu kommen? Eine teure, aber im Verhältnis günstigere Methode ist es, sich die Powered Up LEDs zu kaufen und das Kabel durchzuschneiden. Da es für den EV3 einzelne Kabelbündel gibt und ein zusätzliches Kabel direkt in der Box enthalten ist, würde ich ihn zu diesem Zeitpunkt deutlich besser für die Verwendung eigener Hardware einschätzen.
Die Programmierung
Als der EV3 erschienen ist, gab es nur die EV3 Home Edition und die EV3 Education Software; beide für Windows und MacOS. Sie basiert, wie schon die offizielle Programmiersprache für den NXT, auf LabVIEW. Es gibt am unteren Fensterrand eine Leiste von mit Bildern versehenen Blöcken, die man hinter einem Startpunkt aneinanderreihen kann. Dazu gibt es die Möglichkeit, parallele Stränge zu öffnen und mit sogenannten Datenleitungen Werte von einem Block zum Nächsten weiterzuleiten.
Die LEGO SPIKE Prime Software, die für Windows, MacOS, Android und iOS verfügbar ist, unterstützte anfangs nur die Scratch-Programmiersprache. Hier werden Textfelder aus einer Leiste auf der linken Seite von oben nach unten an einen Startpunkt gehängt. Allerdings gibt es bei Scratch einige Einschränkungen: es ist nicht möglich Code parallel auszuführen und der mathematische Operator für Exponentialrechnung fehlt.
EV3 Lab: Beta-Version für MacOS
Die Mindstorms EV3 Home Edition hat darüber hinaus einen erweiterten Mathematikblock, in den man Gleichungen in Textform eingeben kann. Dadurch sind komplexe Berechnungen einfacher nachzuvollziehen. Auch die Möglichkeit, Programmierblöcke für 3rd Party Hersteller hinzuzufügen, fehlt, soweit ich informiert bin in der Scratch Umgebung. Eine Software, die der SPIKE Prime-Software ähnlich ist, wird übrigens derzeit unter dem Namen EV3 Lab für den EV3 entwickelt und ist für MacOS bereits in einer BETA Version verfügbar. Ich konnte sie bisher nicht testen.
Beide Programme, die LEGO SPIKE Prime Software und die EV3 Software, die es zur Veröffentlichung des EV3s gab, haben Fenster um Systeminformationen wie den Ladezustand, die angeschlossenen Sensoren und deren Messwerte sowie die Programme anzuzeigen. Leider fehlt bei SPIKE Prime die Messwertverarbeitung, die der EV3 unter dem Namen Datalogging bietet. Dies ist besonders unverständlich, weil sich LEGO SPIKE Prime explizit an schulische Einrichtungen richtet. In diesem Rahmen ist es auch nicht verständlich, weshalb die Dokumentation für die Programmierblöcke bei LEGO SPIKE Prime in den Einstellungen versteckt wurde.
Ein Novum ist die Möglichkeit, Programme auf den Hub zu streamen. Dadurch müssen sie nicht heruntergeladen werden, aber die Reaktionszeiten sind teilweise länger. Der EV3 unterstützt diese Funktion grundsätzlich auch. Sie wird allerdings nicht von der offiziellen Software genutzt. Nicht mit Scratch umsetzbar ist die Verbindung des Hubs mit anderen Geräten. Der EV3 kann entweder über USB direkt mit bis zu drei anderen EV3 Computern verbunden werden oder über ein Bluetooth Nachrichtenbox-System. Beides wird in der EV3 Programmiersoftware unterstützt. Die Möglichkeit, kleinere Präsentationen innerhalb der Software zu erstellen, wurde auch nicht für SPIKE übernommen.
Der Enthusiast muss sich nicht mit Scratch zufrieden geben. Inzwischen ist es möglich LEGO SPIKE Prime mit der offiziellen Software in Python zu programmieren. Hier wird die Hilfe gut ersichtlich am rechten Fensterrand angezeigt und es gibt an der unteren Fenstergrenze die Möglichkeit Texte vom Hub an den PC zu senden – zum Beispiel um Sensorwerte auszugeben und dadurch Fehler finden zu können. Mit Python ist es des Weiteren möglich andere Powered Up Sensoren anzusteuern, BLE zu nutzen und Tondateien abzuspielen. Die Befehle, die dafür benötigt werden, fehlen allerdings in der Dokumentation.
Der Mindstorms EV3 bietet auch offiziell Python – zumindest von der Education-Seite. Das kommt allerdings ursprünglich aus der Community und zur Nutzung wird eine MicroSD Karte benötigt. Da man nebenbei ein relativ umfassendes Linux Betriebssystem installiert, EV3DEV, lässt sich damit wirklich sehr viel machen. Die Projekte, die ich in dem Kapitel „Die Anschlussmöglichkeiten der Hubs“ vorgestellt habe, nutzen EV3DEV mit Python.
Weitere Möglichkeiten der Programmierung
Darüber hinaus gibt es für den EV3 viele weitere Möglichkeiten der Programmierung. Es gibt C4EV3, Basic, C# (MonoBrick Firmware), Java mit leJOS, weitere Programmiersprachen mit EV3DEV, OpenRoberta, Makecode und viele mehr, die mal mehr und mal weniger der Features vom EV3 unterstützen. Man muss aber fairerweise sagen, dass der große Technic Hub noch am Anfang steht. Es ist durchaus möglich, dass die Zukunft dafür ebenso vielfältige Programmiermöglichkeiten bringt.
Ein Hemmnis dürfte die derzeit fehlende Dokumentation oder der Quellcode der Firmware des Hubs sein. Hier bessert LEGO hoffentlich bald nach.
LEGO Spike Prime vs. EV3 Mindstorms: Fazit
Auf den ersten Blick wirkt LEGO SPIKE Prime für viele bestimmt nicht überzeugend und auch auf den zweiten Blick gibt es Anwendungszwecke, für die es sich nicht eignet. Bisher war jede große Mindstorms Generation immer ein technischer Fortschritt gegenüber der Vorherigen. Was man allerdings schnell vergisst, sind die damit einhergehenden Nachteile: längere Ladezeiten, viel Platzverbrauch im Modell, kompliziertere Menüs und „teure“ Funktionen, die nur ein Bruchteil der Kunden nutzen.
An diesen Punkten versucht LEGO SPIKE Prime gegenzusteuern und die Nutzung einfacher zu gestalten. Für sehr viele Nutzer werden die Optionen von LEGO SPIKE Prime ausreichen – manche werden vielleicht niemals alle entdecken. Meiner Meinung nach gibt es allerdings Punkte, an denen das Verhältnis von Einfachheit zu fehlenden Funktionen nicht mehr ganz passt.
Es bleibt abzuwarten, was die Zukunft bringt. Sowohl für LEGO SPIKE Prime als auch für den Mindstorms EV3. Bisher ist nur für die EV3 Home Edition bekannt, dass sie nicht weiter hergestellt wird. Zu der Schulversion aus der Education-Sparte gibt es keine derartigen Ankündigungen und die Tatsache, dass für den EV3 immer noch das EV3 Lab entwickelt wird, spricht eher gegen eine baldige Einstellung. Es ist zumindest möglich, dass LEGO SPIKE Prime und Education EV3 weiterhin parallel laufen werden.
