Kann LEGO SPIKE Prime den Mindstorms EV3 ersetzen? Ein Vergleich

Im Oktober erscheint das neue LEGO 51515 Mindstorms Set. Ist das "alte" EV3 damit Geschichte?

LEGO Mindstorms EV3 vs. Spike Prime
LEGO Mindstorms EV3 vs. Spike Prime (Fotos: Technicmaster0)

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.

  1. Wow, super informativer Bericht, auch wenn ich im unteren Drittel (gefühlt) nur die hälfte verstanden habe. Wollte mich schon lange mit dem Thema (aktiv) beschäftigen, nun warte ich mal lieber noch ein wenig.

    1. Es ist schwierig die Eigenarten von Programmiersprachen bzw deren Layout in einem Text zu beschreiben und ich bin da sowieso gerne „betriebsblind“. Im Zweifelsfall sieht man viele Unterschiede schon in den Bildern 🙂

  2. Ein sehr guter Artikel.

    Einige Anmerkungen noch.

    Das LCD des EV3 kann zwar mehr Informationen darstellen, aber letztlich ist die 5×5 Matrix von Spike auch von weiten klar erkennbar.

    Anschlüsse 6/8. Hier muss man eventuell noch erwähnen, das Temperatur, Kompass und Gyrosensor – da integriert – nicht extern angeschlossen werden müssen, was ein wenig das weniger an Anschlüssen ausgleicht. Auch kann man am Spike theoretisch 6 Motoren anschließen, was beim EV3 nicht ginge. Das ist zwar beides aus dem Text herauslesbar, sollte aber hervorgehoben werden, weil dieser Umstand nicht jedem sofort klar ist.

    Hub verbinden könnte gehen, ich kann es aber leider nicht testen, da ich nur einen habe. Man kann Events definieren, auf die ein Hub reagiert. Theoretisch müsste also ein Hub ein Event auslösen und der andere reagiert drauf. Ob das praktikabel und performant ist, sei dahingestellt.

    1. Du meinst die Nachrichten? Das konnte ich auch nicht ausprobieren aber für mich wirkt das nach etwas, das nur auf dem Hub selbst läuft (wobei man anscheinend damit dann doch parallele Stränge ausführen kann… hupsie :D). Sonst müsste das „sende nachricht an alle und warte“ ja von anderen Hubs eine Rückmeldung bekommen wann etwas fertig ausgeführt wurde und ich denke nicht, dass so etwas implementiert ist. In der Dokumentation/ Hilfe steht auch nichts dazu, dass andere Hubs damit zu tun haben. Ich denke die Bezeichnung Sende Nachricht wurde gewählt, um das Kindern besser erklären zu können und nicht weil tatsächlich eine Nachricht gesendet wird.
      Dass die Lesbarkeit des EV3 Displays eingeschränkt ist habe ich geschrieben aber das hätte ich besser herausstellen können, ja. Vielen Dank für das Feedback 🙂

    2. Auf dem EV3-Display könnte man die Schrift vergrößern. Wenn’s aus der Ferne nicht so gut lesbar ist, liegt das eher am recht geringen Kontrast.
      Den Temperatursensor im Hub finde ich vergleichsweise sinnlos. Das einzige was man damit messen kann, ist die Umgebungstemperatur. Für Experimente, z.B. die Temperatur einer Flüssigkeit erfassen, taugt das gar nicht.

      1. Das mit dem Temperatursensor würde ich auch nicht so genau nehmen. Es enthalten eigentlich alle Prozessoren usw. entsprechende Sensoren – bestimmt auch der EV3. Die Frage ist dann eher wie genau die sind und wie sehr die Temperatur durch die Temperatur der CPU etc beeinflusst wird.
        Einen Kompasssensor enthält SPIKE soweit ich weiß auch nicht. Der würde sich ja immer nach Norden ausrichten? Spike enthält soweit ich weiß nur Gyrosensoren und Accelerometer. Beide werden zur Positionsbestimmung genutzt.

        1. Mit einem Kompasssensor kann man absolut die Abweichung in Grad von Nord ermitteln. Sehr hilfereich, um eine Ausgangsposition wiederzufinden (vergleichbar mit den neuen Motoren, die auch absolute ihre Abweichung von der 0-Stellung zurückgeben können).
          Ein Spike-Hub, den man einschaltet, weiß ja erstmal nicht wie er ausgerichtet ist oder wo er sich befindet (wobei für die Position ein Kompass auch nicht ausreichend ist).

    1. Es gibt viele Anwendungszwecke. Die Idee hinter SPIKE ist primär, dass es im Unterricht eingesetzt wird. Es kann dabei unterstützen Informatik und einige physikalische Grundlagen praktisch beizubringen. Man kann mit dem EV3 Datalogging z.B. in physikalischen Versuchen Messwertreihen aufnehmen und dann kann man sich (im Rahmen der Möglichkeit) eigene Roboter bauen. Sei es zu Unterhaltungszwecken, vielleicht um große Modelle zu motorisieren, GBCs, Automatisierung, als Hilfe im Alltag („Aufräumroboter“) usw. Es gibt auch auf Ausstellungen viele Exponate, die mit EV3s angetrieben werden.

  3. Ich schätze für Lego Education mit der Zielgruppe der ~10-16 Jährigen Schüler ist Spike Prime besser geeignet. Es ist übersichtlicher, einladender und im Funktionsumfang mehr als ausreichend. Der EV3 erinnert mit seinem Display an die stereotype Informatik AG „wir legen mal die Diskette ein…“ 😀 Ich glaube das möchte kein Schüler sehen.

    Die langjährigen Nutzer des EV3 haben natürlich ein (kompatibles) Upgrade erwartet und sind enttäuscht. Allerdings ist die Welt ja in den letzten 7 oder 8 Jahren nicht stehen geblieben und es gibt mittlerweile sehr viele ausgereifte Bastler-Computer/Plattformen, die durchaus auch eine Schnittstelle in die Lego-Welt bieten können.
    Ist natürlich trotzdem blöd, man steht aber nicht mit leeren Händen da.

    1. Ich denke, dass beide Systeme funktionieren würden – vor Allem, wenn sie Ersatz für „normalen“ Unterricht sind. Die Farbwahl liegt denke ich daran, dass das ganze (geschlechts-)neutraler gestaltet sein soll. Der EV3 war mit dem schwarz-weiß-roten Farbschema schon relativ „aggressiv“.

      1. Ich glaube, hier hat sich die oben schon einmal erwähnte Betriebsblindheit niedergeschlagen.
        Als jetzt endlich ehemaliger Schüler kann ich dir versichern, dass nur die wenigsten Spaß an den Mindstorms hatten und für den Rest hat es sich nach Arbeit angefühlt. Die saßen dann noch weniger interessiert bei bei der Sache, als im Unterricht, weil sie dort meist etwas verstehen (Oder im Heft rummalen können).

        1. Hmm. Könnte auch davon abhängen wie und für wie lange das umgesetzt ist. Meine Erfahrung zeigt etwas anderes. Wobei das in meinem Fall sehr frei gestaltet ist – vermutlich Freier als im „normalen“ Unterricht. Aber das ist natürlich auch immer von Klasse usw. abhängig.

  4. Sind wir doch einfach mal ehrlich, LEGO SPIKE Prime ist im Gegensatz zum EV3 eine kastrierte Box, die weniger für mehr Geld bietet.
    Die verbaute Technik ist nicht im Ansatz so leistungsfähig, da hilft es auch nicht, ein Python basiertes Betriebssystem schneller hochfahren zu können oder den EV3 schlecht reden zu wollen, weil er so viel im Display anzeigt. Könnte ja an der höheren Flexibilität liegen…
    Die vom EV3 unterstützten Standards in Programmierung und auch der Schnittstellen sind eingeschränkt…
    Für mich heißt LEGO SPIKE Prime einfach nur schlechtere Teile und weniger Möglichkeiten. Prime ist leider nur der höhere Preis.

    1. wie willst du das mit der Leistung einschätzen? Woher weißt du, wieviel der Ressourcen für das Betriebssystem reserviert und gebraucht werden? Bei gleicher Hardware aber schlankerem und effizienterem Betriebssystem (Stichwort Startzeit) kann die Leistung doch deutlich höher sein…

  5. Ist die Frage, wie viele der Ressourcen jeweils das Betriebssystem frisst und wieviel der Leistung für Programme verbleiben. Wenn der EV3 30 Sekunden zum Starten braucht, wird vermutlich das Linux auch während des Betriebes jede Menge unnützer Prozesse und Thread laufen haben…

  6. Erwähnenswert wäre evtl. noch, das es für EV3/NXT Adapter gab, mit denen man Sensoren von Drittherstellern (Vernier z.B.) anschließen konnte. Auch das fehlt aktuell für das neue System.

      1. Also Steckplatz würde ich die paar PINs jetzt nicht nennen 😉
        Und generell finde ich die Lösung, einen 35-€-Sensor aufschrauben zu müssen (der dann nebenbei auch nicht benutzt werden kann), irgendwie nicht lego-like.
        Mal sehen ob der Drittanbietermarkt, das zukünftig richtet. Das System ist ja noch recht jung.

      1. Die Adapter gab es schon für den NXT, weswegen sie beim Start des EV3, der ja die gleichen Anschlüsse nutzt, schon zur Verfügung standen.
        Wie lange das beim NXT gedauert hat, weiß ich nicht. In einer anderen Antwort hatte ich ja auf das noch recht junge Alter von Spike hingewiesen, aber quasi nichts nach über einem Jahr finde ich erstmal keine ermutigende Tendenz.

  7. Seit 2019 ist das Spike Prime System zu dem Lego Wettbewerb der World Robot Olympiad (WRO) zugelassen.

    Ich betreue seit einigen Jahren Teams, die an der WRO teilnehmen und diskutiere mit ihnen die Vor- und Nachteile der beiden in Frage kommenden Systeme (EV3 und Spike Prime), die die Grundlage für die Roboter- und Programm-Entwickung bilden.

    Das EV3 System hat sich in den vergangenen Jahren bewährt und zu einigen nationalen und internationalen Wettbewerbserfolgen geführt. Hält man das Spike Prime System daneben, so fallen einem zunächst klare Vorteile ins Auge:

    Der HUB ist kleiner und hat eine kubische Form. Auch die Sensoren, insbesondere der im Wettbewerb unverzichtbare Farbsenor, ist deutlich kleiner als der EV3 Sensor bzw. der deutlich teurere aber auch zuverlässigere HiTechnic Sensor. Das verschafft der Konzeption des Roboters mehr Spielraum, da der Roboter so dimensioniert werden muss, dass er vollständig in einen Würfel mit einer Kantenlänge von 25cm passt. Die Motoren des EV3 haben zwar ein höheres Drehmoment bei gleichzeitig höherer Drehzahl. Gerade beim Anfahren muss aber immer, egal bei welchem Raddurchmesser, die Leistung reduziert werden, damit die Räder nicht durchdrehen, was zu einer reduzierten Positionsgenauigkeit führen würde. Die geringere Leistung der neuen Motoren sehe ich daher nicht als Nachteil. Ob die absolute Positionsangabe der neuen Motoren im Wettbewerb einen Vorteil darstellt, bezweifle ich, da die absolute Position in keinem der Roboter, soweit ich das beurteilen kann, sinnvoll hätte genutzt werden können. Die Kabel der Sensoren und Motoren sind flexibler als die des EV3 und daher einfacher zu verlegen, aber sie sind mit 25cm zu kurz. Und damit kommen wir zu den Problemen des neuen Systems.

    Wie Eingangs bereits erwähnt darf der Roboter eine maximale Kantenlänge von 25cm haben. Könnte man die Sensoren/Motoren auf direktem Weg mit dem Hub verbinden, würde die Länge von 25cm völlig ausreichen. Dies ist in der Regel aber nicht möglich. Tatsächlich reichen in den seltensten Fällen 25cm, was, wie im Text bereits erwähnt, beim EV3 System die kürzeste der drei Kabellängen darstellt. In den vergangenen Jahren war das mit 35cm Länge am häufigsten verwendete Kabel, das mit 25cm Länge zweithäufigste, und selbst auf das Kabel mit einer Länge von 50cm musste mehrmals zurückgegriffen werden. Dabei waren die Teams bestrebt, immer die kürzest möglichen Kabel zu verwenden.

    Der neue Hub hat kein Display. Man kann zwar die 25 LEDs dazu nutzen, einen Lauftext oder über ein Muster Status-Codes anzuzeigen, zum Ablesen von Sensorwerten oder Variablen Inhalten wie beim EV3 ist die Anzeige aber ungeeignet. Im Wettbewerb ist dies ein klarer Nachteil. Die Nutzung von Bluetooth und WiFi ist aus gutem Grund nicht gestattet. Um Status Informationen aus dem selbst geschriebenen Programm zu erhalten, während der Roboter den Parcours abfährt, müsste das USB Kabel angeschlossen werden, was aber unpraktikabel ist. Alternativ kann man Daten in ein Log File schreiben und liest dieses später am PC aus, was wiederum sehr viel Zeit kostet, die in der Vorbereitung ohnehin knapp ist.

    Der gravierendste Nachteil des Spike Prime Hub ist allerdings die Anzahl der Ports: nur sechs statt acht wie beim EV3. Man benötigt alleine zwei Motoren für den Antrieb und zwei Farbsensoren für den unerlässlichen Linienfolger. Somit bleiben noch zwei Ports übrig. Mindestens einer davon wird i.d.R. für einen weiteren Farbsensor benötigt, um verschiedene Objekte auf dem Spielfeld erkennen und unterscheiden zu können. Mindestens ein weiterer Port wird für einen Motor benötigt, der die auf dem Spielfeld platzierten Objekte bewegen/transportieren hilft. Letztlich spielt die Zeit eine Rolle, in der die Aufgabe gelöst wird. Dies hat zur Folge, dass immer die maximal verfügbare Anzahl an Motoren und Sensoren zum Einsatz kommt. Mit anderen Worten: mit je vier Motoren und Sensoren ist mit großer Wahrscheinlichkeit die Aufgabe schneller zu lösen als mit nur drei Motoren/Sensoren.

    Und diese Einschränkungen werden dazu führen, dass sich das Spike Prime System in den Wettbewerben nicht durchsetzen wird. Ich kann mich nicht daran erinnern, im vergangenen Jahr im Deutschlandfinale einen Spike Prime basierten Roboter in einem der Regular Wettbewerbe (Elementary, Junior, Senior) gesehen zu haben. Definitiv aber waren die TOP 10 Roboter in allen drei Kategorien EV3 System basiert.

    In der Schule wird sich das Spike Prime System nur dann etablieren, wenn Wettbewerbe keine Rolle spielen. Findet sich ein Pädagoge, der für sein Fach brennt, wird er Schüler motivieren, an Wettbewerben teilzunehmen und sie dabei im Rahmen seiner Möglichkeiten unterstützen. Das bedeutet aber zwangsläufig die Entscheidung für das EV3 System. Und dann stellt sich die Frage, welche Schule es sich leisten kann, in zwei Systeme zu investieren, wenn eins der beiden alle Aufgaben abdecken kann, nämlich das EV3 System.

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