Lego Mindstorms (a veces estilizado como LEGO MINDSTORMS ) es una línea descontinuada de kits educativos para construir robots programables basados en ladrillos Lego . Se introdujo el 1 de septiembre de 1998 y se suspendió el 31 de diciembre de 2022.
Los kits Mindstorms permiten a los usuarios crear creaciones que interactúan con el mundo físico. Todos los kits de Mindstorms constan de una selección de elementos Lego, un "ladrillo inteligente" (conocido internamente como ladrillo programable o "pbrick"), que sirve como "cerebro" para una máquina Mindstorms. Cada juego también incluye un par de accesorios para el ladrillo inteligente (como motores y sensores) y software de programación. A diferencia de los sets de Lego convencionales, los kits de Mindstorms no tienen un modelo principal para construir. Se incluyen compilaciones de muestra con cada versión de Mindstorms, pero el kit es abierto con la intención de que el usuario cree y programe sus propios diseños.
Además del uso doméstico, los productos Mindstorms se utilizan popularmente en escuelas y en competiciones de robótica como la FIRST Lego League . Lego Education vende versiones de los kits Mindstorms diseñadas específicamente para su uso en entornos educativos.
Los niños son el público objetivo de Lego Mindstorms, pero un número significativo de aficionados a Mindstorms son adultos. Los aficionados adultos han desarrollado una gran cantidad de lenguajes de programación y sistemas operativos alternativos para el ladrillo inteligente que permiten funciones más complejas.
Si bien originalmente se conceptualizó y lanzó como una herramienta para apoyar el constructivismo educativo , Mindstorms se ha convertido en el primer kit de robótica doméstica disponible para una amplia audiencia. Ha desarrollado una comunidad de piratas informáticos y aficionados adultos, así como de estudiantes y entusiastas generales de Lego tras el lanzamiento del producto en 1998. En octubre de 2022, The Lego Group anunció que descontinuaría la línea Lego Mindstorms mientras continuaría respaldando SPIKE, basado en Scratch . controlador. [2]
El Robotics Invention System (RIS) fue el producto estrella de la primera generación de la línea Lego Mindstorms. Se trata de una comercialización de tecnología producida por el MIT Media Lab en colaboración con el grupo LEGO. El RIS incluía el microcontrolador programable Robotic Command eXplorer (RCX), así como motores y sensores de 9 V compatibles con Lego y una selección de piezas de Lego. El RIS original se lanzó en el otoño de 1998. Fue reemplazado por una segunda versión, RIS 1.5, en el verano de 1999; y una tercera versión, RIS 2.0, en 2001.
La línea de productos Lego Mindstorms fue el primer proyecto de "Home Education", una división de Lego Education establecida por el empleado Tormod Askildsen en 1995. Askildsen, que anteriormente había pasado diez años trabajando para Lego Education, se había sentido frustrado al trabajar con profesionales de la enseñanza y quería para crear una experiencia educativa mejorada que se entregara directamente a los niños. Home Education decidió incorporar tecnología a sus productos basándose en una investigación de mercado que concluyó que los niños encontraban interesante el aprendizaje que involucraba tecnología. [3] Lego Mindstorms comenzó a desarrollarse en abril de 1996. [4] : 1061 El concepto del set se basó en tecnología creada en colaboración con el MIT Media Lab. El MIT Media Lab había estado experimentando con la combinación de Lego y la programación desde principios de la década de 1980, y Lego había comercializado previamente parte de esta tecnología como productos para el aula en la línea Lego Dacta . El ladrillo programable (o pbrick [5] ) fue un refinamiento de estos primeros conceptos, que tenían un alcance limitado porque tenían que estar conectados a una computadora para funcionar. [6] : 24
Lego había estado interesado en producir ladrillos en masa desde su creación en la década de 1980, pero en ese momento se consideró inviable debido a la falta de computadoras en las escuelas y hogares y al relativo gasto de los componentes eléctricos. [6] : 25 A principios de la década de 1990, la tecnología comenzó a convertirse más en la vida de un niño y, en consecuencia, el mercado de juguetes comenzó a desplazarse más hacia los juguetes computarizados. [7] : 37 Muchos de los intentos de Lego de producir juguetes electrónicos habían languidecido en el momento en que Lego comenzó a desarrollar el ladrillo programable del MIT para convertirlo en un producto de consumo. [4] : 1061 El MIT continuó desarrollando el concepto pbrick, creando una versión "Red Brick" entre 1994 y 1996 que mejoraba la versión anterior. A mediados de la década de 1990, las computadoras personales eran relativamente comunes en los hogares y los componentes necesarios para producir el ladrillo bajaron de precio, lo que hizo factible la producción en masa. [6] : 25 El desarrollo de lo que más tarde se conocería como el Sistema de Invención Robótica comenzó en 1996 como el producto estrella de la recién creada división de aprendizaje en el hogar de Lego Education (Lego Dacta). El nombre de la línea de productos "Mindstorms" tenía como objetivo expresar la experiencia del usuario del producto; lleva el nombre del libro Mindstorms de Papert , ya que la experiencia del usuario era similar a los conceptos de constructivismo educativo descritos en su libro. [8]
El perfil inicialmente bajo del proyecto permitió al equipo de Mindstorms la libertad de desarrollar el producto utilizando procedimientos operativos entonces poco ortodoxos para el Grupo Lego. [4] : 1062 A diferencia de los juegos tradicionales de Lego, el sistema de invención robótica Mindstorms no venía con instrucciones paso a paso. [3] El kit tampoco tenía un modelo principal, ni la obra estaba impulsada por la narración. [ cita necesaria ] Para cerrar la brecha entre esta nueva experiencia de juego y las de Lego preexistentes, el equipo de Mindstorms creó muchas oportunidades para que las personas interesadas en el producto interactuaran entre sí, como la creación de Mindstorms.com, Mindstorms. Discovery Centers y FIRST Lego League . [8] La creación de estas experiencias se realizó a través de asociaciones con una cantidad relativamente grande de grupos externos con los que el equipo de Mindstorms interactuaba como socios iguales, algo que era poco común para el grupo Lego en ese momento. [4] : 1063 Para aliviar las tensiones entre Mindstorms y productos más convencionales, el equipo del proyecto recibió autonomía del proceso de desarrollo de productos de Lego y en su lugar informó directamente a la alta dirección de la empresa. [4] : 1064
El equipo de Lego Mindstorms utilizó los conocimientos que los investigadores del MIT descubrieron al probar el Logo Brick de tercera generación ("Ladrillo Rojo") en las escuelas como base para el desarrollo del ladrillo programable producido en masa. [9] : 5 El ladrillo físico programable fue rediseñado desde cero, ya que los ladrillos programables experimentales no fueron diseñados para ser robustos o para una fabricación rentable. [6] : 19, 26 El lenguaje de programación del producto se desarrolló con la ayuda de miembros del laboratorio de medios del MIT. Lego decidió utilizar un lenguaje de programación visual para Mindstorms, inspirado en el lenguaje LOGOBlocks utilizado anteriormente en experimentos con ladrillos programables, para que el producto fuera accesible para niños que pudieran no estar familiarizados con la programación. [6] : 29 Si bien la tecnología en la que se basó Mindstorms estaba dirigida a "todos los niños", el grupo demográfico objetivo elegido para Lego Mindstorms fue intencionalmente limitado, con el fin de obtener una prensa positiva al superar las expectativas. Se tomó la decisión de dirigir el producto a niños de 10 a 14 años, en parte porque era el principal grupo demográfico objetivo de Lego y en parte basándose en una investigación de mercado (no respaldada por los hallazgos del MIT Media Lab) que concluyó que este grupo demográfico Se sentiría más atraído por los juguetes computarizados. Esta elección del grupo demográfico objetivo influyó directamente en el color del ladrillo RCX (que se hizo de color amarillo y negro para parecerse a un equipo de construcción) y los usos de muestra del kit Mindstorms (como la fabricación de robots autónomos). [6] : 28
La promoción del sistema de invención robótica Lego Mindstorms comenzó 6 meses antes del lanzamiento previsto del producto. [8] El producto se lanzó por primera vez con la apertura del Mindstorms Discovery Center en el Museo de Ciencia e Industria , donde los niños podían interactuar con el sistema de invención robótica Mindstorms para completar tareas establecidas, familiarizándolos con el producto. [10] El producto Mindstorms se lanzó al mismo tiempo que Lego Cybermaster, otro producto de Lego derivado de la tecnología de ladrillos programables del MIT que estaba más en línea con las filosofías de producto tradicionales del grupo Lego. [4] : 1067
El sistema de invención robótica (RIS) Lego Mindstorms se lanzó en septiembre de 1998 [11] a un precio minorista de 199 dólares. En lugar de venderse en jugueterías, el producto se vendió en tiendas de electrónica como BestBuy y CompUSA , debido al costo relativamente alto del conjunto. [8] Toda la producción (de entre 60 y 100 mil unidades [12] ) se agotó en 3 meses. [7] : 181 [6] : 30
La segunda edición de RIS, Robotics Invention System 1.5, se publicó en el verano de 1999. [7] : 187 [5]
En 2001 se lanzó una tercera edición, RIS 2.0. [13]
A pesar de estar dirigido a niños, el Sistema de Invención Robótica rápidamente encontró una audiencia entre adultos y hackers de todas las edades; Las encuestas de la empresa Lego realizadas unos meses después del lanzamiento determinaron que el setenta por ciento de los aficionados a Lego Mindstorms eran adultos. Poco después del lanzamiento del producto, los aficionados adultos comenzaron a compartir en Internet versiones de ingeniería inversa del microcódigo y firmware del bloque RCX, lo que llevó al desarrollo de lenguajes de programación alternativos para el RCX, como "Not Quite C" (NQC) y sistemas operativos alternativos. para el ladrillo como lejOS. El Grupo Lego consideró brevemente enviar cartas de cese y desistimiento a sitios web que comparten el código propietario del RCX. [7] : 183 Sin embargo, el equipo de Mindstorms argumentó con éxito que la adopción del producto por parte de la comunidad de hackers demostró que valía la pena desarrollarlo. Para fomentar esta floreciente comunidad, se estableció un foro oficial en el sitio web de Lego y se agregó una cláusula de "derecho a piratear" al acuerdo de licencia de usuario final del software Lego Mindstorms. Más tarde se publicaría un kit de desarrollo de software oficial para RCX en el sitio web de Mindstorms. Aficionados adultos lanzaron una cantidad significativa de productos centrados en RIS, incluidos libros instructivos y sensores y hardware no oficiales. Una convención para aficionados a Lego Mindstorms, llamada Mindfest, comenzó en 1999. [7] : 181–184
A pesar de las fuertes ventas, la alta dirección descuidó al equipo de desarrollo de Mindstorms. Como medida de reducción de costos, la oficina de Mindstorms se cerró en 2001 y los miembros del equipo fueron despedidos o asignados a otros proyectos. [5] Lego Group continuó produciendo Robotics Invention System 2.0 después del cierre de la oficina de Mindstorms, vendiendo alrededor de 40.000 unidades por año sin publicidad [7] : 189 hasta que el conjunto se suspendió en 2006. [14]
El RCX se basa en el microcontrolador Renesas H8/300 de 8 bits , que incluye 32 KB de ROM para funciones de E/S de bajo nivel, junto con 32 KB de RAM para almacenar firmware y programas de usuario de alto nivel. El RCX se programa cargando un programa utilizando una interfaz de infrarrojos dedicada . Después de que el usuario carga un programa, el RCX puede ejecutarlo por sí solo sin necesidad de acceso a una computadora. Los programas pueden utilizar tres puertos de entrada de sensores y tres puertos de salida de 9 V, además de la interfaz IR, lo que permite que varios bloques RCX se comuniquen. Una pantalla LCD incorporada puede mostrar el nivel de la batería, el estado de los puertos de entrada/salida, qué programa está seleccionado o ejecutándose y otra información. [15]
Los ladrillos RCX de la versión 1.0 cuentan con un conector adaptador de corriente además de baterías. En la versión 2.0 (así como en las versiones 1.0 posteriores incluidas en RIS 1.5), se eliminó el conector del adaptador de corriente. Los ladrillos RCX equipados con adaptadores de corriente eran populares para proyectos de robótica estacionaria (como brazos robóticos) o para controlar trenes modelo Lego . En este último contexto, el RCX podría programarse con un software de control de comando digital (DCC) para operar múltiples trenes cableados.
La interfaz IR del RCX puede comunicarse con Spybots , Scout Bricks, Lego Trains y NXT (utilizando un sensor de enlace infrarrojo de terceros). La frecuencia portadora del receptor RCX 1.0 IR es de 38,5 kHz, mientras que la frecuencia portadora del RCX 2.0 IR es 76 kHz. Ambas versiones pueden transmitir en cualquier frecuencia. El RCX se comunica con una computadora mediante una torre IR serie o USB . Como el RCX está descontinuado, la compatibilidad con la interfaz está limitada en sistemas operativos más recientes que Windows XP.
Todas las versiones de RCX tienen un número único impreso, que podría registrarse en el ahora desaparecido sitio web Lego Mindstorms RCX. Esto fue necesario para obtener soporte técnico. El primer RCX producido está marcado como "000001" y estuvo en exhibición en el evento del décimo aniversario de Mindstorms. [dieciséis]
El Lego RCX estuvo disponible en nuevos sets desde 1998 (Lego Set 9719: Robotics Invention System 1.0) hasta 2003 (Lego Set 9786: Robo Technology Set, con cable USB). El RCX 1.0 original funcionaba con productos de fuente de alimentación Lego existentes del tema Lego Train, Producto Lego 70931: Regulador de velocidad de tren eléctrico Adaptador de corriente de 9 V para 120 V 60 Hz - Versión de EE. UU. (Años: 1991 a 2004), Producto Lego 70938: Velocidad de tren eléctrico Regulador Adaptador de Corriente 9V para 230v 50 Hz - Versión Europea (Años: 1991 a 1996). Ambos productos convirtieron la alimentación de pared a 12 VCA, a través de un conector de alimentación coaxial (también llamado "conector de barril") , 5,5 mm en el exterior y 2,1 mm en el interior. A veces se vendían solos y a veces estaban disponibles como parte de otros conjuntos, como Lego Set 4563: Load N' Haul Railroad (año: 1991) y Lego Set 10132: Motorized Hogwarts Express (año: 2004). [17] [18] [19] [20] [21] [22]
El Robotics Discovery Set era un paquete más asequible y sencillo que el Robotics Invention Set. En lugar de basarse en el RCX, tenía su propio bloque programable llamado Scout. Una versión aún más simple del Scout aparecería en dos conjuntos de Mindstorms con temática de Star Wars.
Lego también lanzó una computadora azul llamada Scout , que tiene 2 puertos para sensores, 2 puertos para motores (más uno adicional si se conecta con un Micro Scout mediante un cable de fibra óptica ) y un sensor de luz incorporado, pero sin interfaz de PC. Viene con el set de descubrimiento de robótica. El Scout se puede programar a partir de una colección de combinaciones de programas integradas. Para programar el Scout, el usuario debe habilitar el "modo de energía" en él. El Scout puede almacenar un programa.
El Scout se basa en un microcontrolador Toshiba con 32 KB de ROM y 1 KB de RAM, de los que hay unos 400 bytes disponibles para los programas de usuario. Debido a la cantidad extremadamente limitada de RAM, se proporcionaron muchas subrutinas predefinidas en la ROM. El Scout solo admite sensores externos pasivos, lo que significa que solo se pueden usar sensores táctiles, de temperatura y otros sensores sin alimentación. Los convertidores analógico-digital utilizados en el Scout sólo tienen una resolución de 8 bits, a diferencia de los convertidores de 10 bits del RCX. [23]
Lego tenía un plan para crear un conjunto de refuerzo que permitiera programar el Scout desde una computadora con software como el código RCX. Sin embargo, debido a la complejidad de este proyecto, fue abandonado.
El RCX puede controlar el bloque Scout utilizando el bloque de programa "Enviar mensaje IR". El RCX realiza todo el control y, por lo tanto, puede programarse con la PC, mientras que el Scout acepta comandos. El bloque Scout debe tener todas sus opciones configuradas en "desactivadas" durante este proceso.
El Micro Scout se añadió como nivel de entrada a la robótica Lego. Es un Pbrick muy limitado con un único sensor de luz incorporado y un único motor incorporado. Tiene siete programas integrados y puede ser controlado por una unidad Scout, Spybotics o RCX usando VLL. Al igual que el Scout, el Micro Scout también se basa en un microcontrolador de Toshiba .
La unidad se vendió como parte del Droid Developer Kit (con R2-D2 ) y más tarde como Dark Side Developer Kit (con un AT-AT Imperial Walker ).
Lego Mindstorms NXT fue un kit de robótica programable lanzado por Lego en agosto de 2006, que reemplazó al kit Lego Mindstorms de primera generación. [24] El kit consta de 577 piezas, que incluyen: 3 servomotores, 4 sensores ( ultrasonidos , de sonido, táctiles y de luz ), 7 cables de conexión, un cable de interfaz USB y el Ladrillo Inteligente NXT. Permite que el robot realice de forma autónoma diferentes operaciones. El kit también incluye NXT-G, un entorno de programación gráfica que permite la creación y descarga de programas al NXT. El software también tiene instrucciones para 4 robots: Alpha-Rex (un humanoide), Tri-Bot (un automóvil), Robo-Arm T-56 (un brazo robótico) y Spike (un escorpión).
El desarrollo de Lego Mindstorms NXT comenzó en 2004. En ese momento, el grupo Lego se encontraba en medio de una crisis financiera. Como parte del esfuerzo de recuperación, la línea de productos desarrollada para su lanzamiento en 2006 incluiría relativamente pocos productos con garantía de rentabilidad. Se eligió una reactivación del sistema de invención robótica Mindstorms a partir de estos productos, ya que Lego Mindstorms tenía un gran número de seguidores y los kits continuaron vendiéndose bien sin publicidad. [7] : 187–188
Los fanáticos participaron ampliamente en el desarrollo y promoción de Mindstorms NXT. El equipo de desarrollo colaboró con cuatro aficionados considerados expertos en la comunidad de fans de Lego Mindstorms. Estos fanáticos se conocían colectivamente como el Panel de usuarios de Mindstorms (MUP). Se les enviaron los primeros prototipos del kit Mindstorms y se comunicaron a los miembros del equipo de Mindstorms en un foro privado de Internet. MUP brindó amplios comentarios sobre el hardware y el diseño del kit NXT. Las características de NXT basadas directamente en las solicitudes de MUP incluyen el uso de un procesador de 32 bits, motores más potentes y compatibilidad con Bluetooth. [7] : 194
La promoción de Lego Mindstorms NXT se basó en gran medida en el boca a boca, porque la empresa estaba en medio de una crisis financiera y no tenía suficiente dinero para una gran campaña de marketing. [7] : 189 Mindstorms NXT se presentó en enero de 2006 en el Consumer Electronics Show de 2006. En la feria, Lego solicitó solicitudes para una fase de prueba beta, donde 100 usuarios, conocidos como Mindstoms Community Partners (MCP), recibirían kits de NXT a un precio con descuento meses antes del lanzamiento. La intención del programa MCP era generar soporte para el producto antes del lanzamiento y recibir comentarios sobre el kit casi final. [7] : 196–198 [5] Los fanáticos involucrados en el programa MCP proporcionaron una cantidad significativa de relaciones públicas para el conjunto en el momento del lanzamiento, como modelos alternativos, borradores de libros terminados y contenido web como publicaciones de blogs. [5] Medios de comunicación como Wired y CNN también proporcionaron publicidad gratuita para Mindstorms NXT informando sobre la inclusión de fans en su proceso de desarrollo. [7] : 199 El lanzamiento de Mindstorms NXT, medido en horas de aire, contenido web y páginas de revistas; generó más interés público del que toda la empresa había acumulado anteriormente en toda su vida. [5]
Lego Mindstorms NXT (Producto n.º 8527) se lanzó el 1 de agosto de 2006. [5] Se vendieron kits por valor de 30 millones de dólares durante el primer año. [7] : 199
Lego Mindstorms NXT 2.0 se lanzó el 5 de agosto de 2009. Contiene 619 piezas y cinco sensores; dos sensores táctiles y un sensor de sonido, luz y distancia ultrasónico. NXT 2.0 usa operaciones de punto flotante, mientras que las versiones anteriores usan operaciones de enteros. [25] El kit cuesta alrededor de 280 dólares estadounidenses.
Lego Mindstorms EV3 es el producto Lego Mindstorms de tercera generación. EV3 es un desarrollo posterior del NXT. [26] [27] El sistema se lanzó el 1 de septiembre de 2013. El conjunto Lego Mindstorms EV3 incluye motores (2 servomotores grandes y 1 servomotor mediano), sensores (2 sensores táctiles, sensor ultrasónico, sensor de color, sensor de infrarrojos y el nuevo sensor giroscópico), el ladrillo programable EV3, más de 550 elementos Lego Technic y un control remoto (la baliza infrarroja, que solo está en modo Hogar/Venta minorista). El EV3 puede controlarse mediante dispositivos inteligentes. Puede iniciar un sistema operativo alternativo desde una tarjeta microSD, lo que permite ejecutar ev3dev, un sistema operativo basado en Debian .
Spike Prime se anunció en abril de 2019. [28] Si bien no forma parte de la línea de productos Mindstorms, el conjunto básico incluye tres motores (1 grande y 2 medianos) y sensores de distancia, fuerza y color [29] un bloque controlador basado en un Microcontrolador STM32F413 [30] y más de 520 elementos Lego Technic. [31] La mayoría de estos motores y sensores, incluido el centro, servirían como componentes eléctricos para el entonces próximo conjunto Robot Inventor.
Lego Mindstorms Robot Inventor se anunció en junio de 2020 [32] y se lanzó a finales de otoño. Es el último set de Mindstorms disponible comercialmente antes de la discontinuación del tema anunciada en octubre de 2022. Tiene cuatro motores medianos de Spike Prime, dos sensores (sensor de distancia y sensor de color/luz) también de Spike Prime, un hub Spike Prime con giroscopio de seis ejes, acelerómetro y soporte para controladores y control telefónico. También cuenta con más de 902 elementos Lego Technic. Este conjunto se suspendió en 2022 y Lego prometió soporte para aplicaciones hasta 2024. [33]
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Los kits de Mindstorms también se venden y utilizan como herramienta educativa, originalmente a través de una asociación entre Lego y el MIT Media Laboratory . [35] [36] La versión educativa de los productos se llama Mindstorms for Schools o Mindstorms Education , y las versiones posteriores vienen con el software de programación basado en GUI ROBOLAB, desarrollado en la Universidad de Tufts [37] utilizando LabVIEW de National Instruments como motor.
Debido a su facilidad de uso para los niños, Lego Mindstorms se ha utilizado como plataforma para varias competiciones de robótica orientadas a niños, sobre todo la FIRST Lego League (FLL), pero también la World Robot Olympiad o Robocup Junior [38].
FIRST Lego League Challenge (fundada como FIRST Lego League) es una competencia de robótica que utiliza productos Lego Mindstorms. [a] Fue fundada en 1998 al mismo tiempo que el lanzamiento de LEGO Mindstorms y continúa existiendo hasta el día de hoy. Es una colaboración entre FIRST y The Lego Group para involucrar a un grupo de edad más bajo que el FIRST Robotics Competition . [3] Los equipos FLL están formados por niños de entre 9 y 14 años y un entrenador adulto.
Durante los últimos 6 años, los profesores de la Universidad de Tufts han desarrollado dos paquetes de software diferentes entre los sistemas de adquisición de datos LabVIEW y Lego. Estos paquetes nos permiten enseñar ingeniería tanto con ladrillos Lego como con LabVIEW a estudiantes de 5 a 50 años. La versatilidad del hardware y el software permite una amplia variedad de posibilidades en lo que los estudiantes pueden construir y programar, desde robots y dispositivos de detección remota hasta esculturas cinéticas. A medida que los estudiantes diseñan y construyen sus proyectos, se sienten motivados a aprender las matemáticas y las ciencias necesarias para optimizar su proyecto. Tanto los estudiantes universitarios como los de jardín de infantes responden a este motivador. En el artículo, explicamos cómo diseñamos software para complementar estos proyectos al permitir la automatización y la animación. El software utiliza LabVIEW, ampliando sus capacidades a niños de jardín de infantes y ladrillos Lego. Finalmente, mostraremos cómo hemos utilizado la adquisición de datos de LabVIEW y Lego para enseñar ciencias en escuelas primarias, ingeniería de primer año, instrumentación y experimentación, y cómo estudiantes universitarios de último año y estudiantes de posgrado han utilizado tanto el hardware como el software para resolver diversos problemas de adquisición de datos.
