LEGO en sport: de bouwsteentje als hulpmiddel voor ingenieurskunde, onderwijs en wedstrijd Op het eerste gezicht is LEGO vooral een kinderspeelgoed en sport een tak van hoge fysieke inspanning en professioneel meesterschap. Echter, een analyse van wetenschappelijke en praktische materialen toont aan dat de overlap tussen deze twee werelden veel dieper is dan men zou kunnen denken. LEGO fungeert niet alleen als object voor het verzamelen van sportwagens, maar ook als krachtig hulpmiddel voor ingenieursonderwijs, modelleren van sportmechanismen en zelfs het ontwikkelen van prothesen. Sporting ingenieurskunst: robots en wedstrijden Een van de meest opvallende manifestaties van de synthese van LEGO en sport zijn ingenieurswedstrijden met gebruik van robotica-construction sets. Bijvoorbeeld, aan de Universiteit van Toronto heeft er een jaarlijks Biomedisch Ingenieursconcurrent (BMEC) plaatsgevonden, waarbij studenten werden gevraagd een prototype van een elleboogprothese te maken die in tafelvoetbal kan spelen (scooter). De constructie moest uitsluitend worden samengesteld uit onderdelen van LEGO Mindstorms — programmeerbare robotica-sets. Het is opmerkelijk dat de winnende team, whose mechanische ontwerp de jury oorspronkelijk te eenvoudig vond, de meest functionele bleek te zijn in de echte speelomstandigheden. Dit voorbeeld toont duidelijk de cruciale principes van ingenieurskunde: de beste project op papier hoeft niet altijd de beste functionaliteit te vertalen. Op een vergelijkbare manier benadrukken onderzoeken in het gebied van ingenieursonderwijs voetbalrobots als een effectieve leeropdracht. De criteria voor het beoordelen van dergelijke projecten omvatten de complexiteit van het programmeren, de structuurlijke complexiteit van de robot, de diversiteit aan gebruikte sensoren en actuatoren, en de variabiliteit van de speeloperaties. In Japan worden gespecialiseerde lezingen over robotica gegeven met gebruik van LEGO MindStorms, waarvan de klimax een vriendschappelijke wedstrijd robotvoetbal is, waarbij deelnemers robots kunnen samenstellen door proberen en fouten te maken zonder diepe voorkennis van mechanica. Sportprogrammering en fysica vinden ook hun plek in scholen. Bijvoorbeeld, in de lagere school in North Bellmore (VS) gebruiken leerlingen LEGO SPIKE om robots te creëren en te programmeren voor "carnavalsgames" met een sportthema — bowling, hockey en minigolf. Werken met motoren, kleurdetectoren en gyrosensoren, programmeren kinderen bewegingen in een visuele omgeving Blockly. Een soortgelijke programma in Illinois combineert voetbaltraining op het veld met het samenstellen van robots uit LEGO, die een schot met het voet naar de bal imiteren. Leerlingen experimenteren met verschillende hoeken en snelheden, gebruikmakend van sensordata om resultaten te meten, wat hen helpt om in de praktijk te begrijpen hoe snelheid, nauwkeurigheid en ruimtelijk inzicht verbonden zijn met fysieke principes. Technisch meesterlijk: LEGO als reflectie van de geest van Formule 1 ingenieurskunde De meest "sportieve" sectie van het LEGO-productassortiment is zonder twijfel de serie Technic, gewijd aan Formule 1. Deze sets zijn moeilijk te noemen als speelgoed in de traditionele zin: de fabrikant markeert ze met een leeftijdsrating van 18+, en de mate van gedetailleerdheid en ingenieurskwaliteit is indrukwekkend. Moderne LEGO Technic F1-sets, die gezamenlijk worden uitgebracht met teams zoals Oracle Red Bull Racing, Ferrari, Mercedes-AMG en McLaren, imiteren niet alleen uiterlijk, maar ook functioneel, de echte raceauto's. In de modellen zijn aanwezig: - Een werkende onderstel met push-rod en pull-rod-elementen, vergelijkbaar met de echte bolides. - Een V6-motor met beweegbare cilinders en een imitatie van het MGU-H-systeem (Motor Generator Unit - Heat), aangedreven door de versnellingsbak. - Een instelbaar achterantiwiel (DRS). - Een tweeversnellingsbak. Opmerkelijk is ook de ontwikkelingsfilosofie: bij het maken van de McLaren MCL36 bleven de ingenieurs van LEGO in contact met de constructeurs van het Formule 1-team, het ontwerp van de set bijwerken in overeenstemming met de echte wijzigingen die werden aangebracht in de bolide tijdens het seizoen 2022. Dit is een ongeziene samenwerking, gezien de geheimhouding van technologieën in het wereldkampioenschap. Zelfs budgettaire sets uit de serie Speed Champions (met een kostprijs van ongeveer 27 dollar) zijn indrukwekkend nauwkeurig: de ontwerpers reconstrueren de unieke aerodynamische elementen van elke team — van de constructie van de zijpantons en "undercuts" tot de vorm van de voorvleugels en de DRS-activeraars, die verschillend zijn bij Mercedes, Red Bull en Ferrari. Buiten de wielen: biomechaniek en onderwijs Maar het meest verbazingwekkende is het gebruik van LEGO voor het maken van constructies die niet de wiel, maar de biomechanische of zoömorfe sport imiteren. Een van de meest opvallende voorbeelden is een zespotige loper, voorgesteld op de platform LEGO Ideas. Zijn maker heeft een complexe ingenieursopgave opgelost door een mechanisme te ontwerpen dat de loopgang van een levend wezen met "organische vloeiendheid" imiteert. In plaats van elke voet individueel te programmeren (zoals Boston Dynamics doet), heeft de uitvinder een puur mechanisch oplossing gebruikt: een systeem van overbrengingen met variabele snelheid, dat de voet automatisch vertraagt bij de ondersteuning en versnelt bij het verplaatsen, evenals een verticale stabilisator en dempende poten. Dit maakt het mogelijk voor de machine om over oneffen oppervlakken te navigeren, net als een levend organisme. Vanuit het perspectief van educatieve psychologie heeft de combinatie van LEGO en sport een bewezen effectiviteit. Een onderzoek dat cognitieve oefeningen (met gebruik van computeropdrachten en het samenstellen van LEGO Mindstorms) vergeleek met sporttrainingen (voetbal), toonde aan dat beide vormen van activiteit leiden tot verbetering van analogisch denken bij kinderen van 10-12 jaar. Echter, trainingen met LEGO leverden significante veranderingen op in het uitvoeren van taken gerelateerd aan het voltooien van 4-componentensystemen en relaties, wat de resultaten van de sportgroep overtrof in bepaalde cognitieve domeinen. Dit wijst erop dat LEGO niet alleen een vermaak kan zijn, maar ook een volledig hulpmiddel kan zijn voor het ontwikkelen van abstrakt en systeemdenken op sportmateriaal. Conclusie Op deze manier kruisen sport en LEGO zich minstens in drie dimensies: - Sport als taak: Het samenstellen en programmeren van robots voor voetbal, hockey of golf serves as an ideal learning environment for engineers and programmers. - Sport als object: Sets van LEGO Technic en Speed Champions reconstrueren met ongelooflijke nauwkeurigheid de ingenieursoplossingen van de echte Formule 1-raceauto's, dienend als een visueel leermiddel voor mechanica en aerodynamica. - Sport als metafoor: Het ontwikkelen van prothesen voor de scooter of het maken van bionische lopers toont hoe een speelplatform kan worden gebruikt om serieuze taken in biomechanie en robotica op te lossen.
© elib.be

Permanent link to this publication:

https://elib.be/m/articles/view/Lego-en-sport