Computer aus dem Spielzeugladen

Geschrieben am 19.02.2019 von

Im frühen 20. Jahrhundert verbreiteten sich Baukästen zum Konstruieren. Mit ihren Teilen schraubten Kinder – meist waren es Jungen – technische Modelle zusammen. In den 1930er-Jahren benutzten englische Forscher das Spielzeug zum Bau mechanischer Analogrechner. Zur gleichen Zeit entstanden damit auch Roboter. Ab 1966 wurde in München das Elektronik-System Lectron mit den typischen Würfeln produziert.

Erfunden hat ihn Gustav Lilienthal, der Bruder des Flugpioniers Otto Lilienthal. Er kam 1888 auf den Modellbaukasten mit beliebig einsetzbaren Stäben. Lilienthal nahm solche aus Holz; sie trugen Reihen von Löchern, durch die man metallene Stifte steckte. Die Technik eignete sich für kleine Häuser, Möbel und allerlei Spielgeräte. Diese waren aber ziemlich unbeweglich. Vor der Jahrhundertwende verschwand der Kasten aus dem Handel.

Mehr Erfolg hatten andere Systeme, die nach 1900 erschienen. 1902 bot Frank Hornby seine Metallbaukästen an; 1908 gründete er in Liverpool die Firma Meccano und exportierte ins britische Weltreich. Ab 1903 stellte der Wiener Ingenieur Johann Korbuly Matador-Kästen her. Sie enthielten Holzteile, doch schon Achsen, Rollen und Zahnräder. 1904 brachte Franz Walther in Berlin „Walther’s Ingenieur Bauspiel“ aus Blech heraus. Daraus entwickelte sich der Stabil-Baukasten, mit dem sich später der junge Konrad Zuse beschäftigte.

Wunder der Technik: der spätere Computerpionier Maurice Wilkes (rechts) 1937 am Meccano-Analogrechner der Universität Cambridge.

In den 1920er-Jahren bauten Udo Knorr in München und Vannevar Bush in Boston die ersten Analogrechner mit Rückkopplung. Sie lösten Differentialgleichungen mit mechanischen Mitteln. 1931 nahm Bush seinen großen Differentialanalysator in Betrieb. Er umfasste sechs Recheneinheiten oder Integratoren mit einer Scheibe und einem darauf laufenden Reibrad. Die Bedienung des Geräts war kompliziert, aber es ließ sich für viele mathematische Fragen programmieren. Weitere Analysatoren entstanden in England und in Norwegen.

Es war der englische Physiker Douglas Hartree, dem die Ähnlichkeit zwischen der Bush-Maschine und Meccano-Modellen auffiel. 1934 schuf er in der Universität Manchester eine Rechenanlage mit drei Integratoren. Einige Teile kamen aus der Werkstatt der Uni, doch die meisten stammten aus Baukästen. Das Meccano Magazine brachte im Juni 1934 einen längeren Artikel – bitte mit den Pfeilen links oben umblättern. Hartrees Anlage arbeitete mit einem Fehler von zwei Prozent oder weniger.

Eine Teil des Baukasten-Rechners von Douglas Hartree: Man erkennt die Scheibe mit dem Reibrädchen. (Foto Science Museum Group CC BY 4.0)

1935 stellte auch die Universität Cambridge einen Meccano-Computer auf. Er hatte vier Rechenscheiben und rechnete mit einer Abweichung von nur 0,15 Prozent. 1937 erhielt er einen fünften Integrator. 1948 gelangte die Maschine nach Neuseeland; heute steht sie im Technikmuseum der Landeshauptstadt Auckland. Insgesamt wurden wohl fünfzehn größere Baukastenrechner konstruiert, dazu kommt eine unbekannte Zahl in Schulen und bei Bastlern. Hier sehen wir die Anlage des amerikanischen Meccano-Fans Tim Robinson.

In den 1930er-Jahren liefen nicht nur nur Differentialanalysatoren, sondern auch Roboter auf zwei Beinen – im Blog haben wir sie geschildert. Das Meccano-Magazin zeigte 1931, wie ein Mechanical Man gebaut wird. Das war ein Jahr, nachdem ein Roboter Berlin besuchte. Eine Roboter-Invasion erlebten in den Fünfzigern die Vereinigten Staaten. Die Maschinenmenschen entsprangen den Erector-Kästen der Firma Gilbert aus dem US-Bundesstaat Connecticut. 1966 endete die Produktion; der Name Erector gehört mittlerweile dem Konkurrenten Meccano.

Auf zu neuen Taten – ein Lego-Roboter im HNF. (Foto: Jan Braun, HNF)

Roboter aus dem Baukasten gibt es auch in Deutschland. Bei fischertechnik warten die Produkte der ROBOTICS-Linie, von Meccano kommen die Meccanoids, und bei Lego stürmen die Mindstorms. Sie sind vornehmlich aus Kunststoff. Die Traditionsfirma Märklin brachte 1987 einen Metallbaukasten für einen Roboterarm heraus; er verkaufte sich nur schlecht. Bausätze für metallene Roboter liefert aber noch die tschechische Firma Merkur; geschulte Bastler greifen auch zum Actobotics-System des US-Herstellers RobotZone.

Die wohl erste Baukasten-Rechenmaschine stellte die Meccano-Zeitschrift 1954 vor. Über Addiermaschinen berichtete sie in den Jahren 1958 und 1970. Der Bochumer Mathematiker Thomas Püttmann fand sein Gerät mit fischertechnik. Es basiert auf zwei Rechenmaschinen des Russen Pafnuti Tschebyscheff (1821-1894). Püttmann setzte 2015 ein Video ins Netz, und wie es sich gehört, publizierte er sein Modell – bitte zu PDF-Seite 25 gehen. Zuvor baute er einen kleinen Analogrechner zum Lösen von linearen Gleichungssystemen.

Thomas Püttmann mit einigen seiner Erzeugnisse. Rechts steht die Rechenmaschine für die vier Grundrechenarten.

Die schönsten Rechenmaschinen schuf sicher Tim Robinson. Er orientierte sich an Vorlagen des Computerpioniers Charles Babbage; das Resultat waren zwei Differenzmaschinen und ein Fragment der „Analytical Engine“. Näheres steht auf Tim Robinson Homepage. Was mit Meccano klappt, läuft auch mit Lego, das bewies die Differenzmaschine von Apple-Ingenieur Andrew Carol. Ihm verdanken wir außerdem eine Lego-Version des Mechanismus von Antikythera und einen schreibenden und zeichnenden Automaten.

Die analytische Maschine war der Entwurf eines programmgesteuerten Digitalrechners. Hundert Jahre nach Babbages Idee erfand Alan Turing die nach ihm benannte Maschine. Sie war ein abstrakter Computer, deren Einfachheit zum Basteln einlud. Turing-Maschinen aus Lego entstanden in Dänemark, Frankreich, den Niederlanden und, siehe Eingangsbild, im HNF. Andere Baumeister entwickelten mit dem amerikanischen k’nex-System Addierer für die Dualzahlen. An den Konstruktionen hätte Gottfried Wilhelm Leibniz seine Freude gehabt.

Eine Schaltung aus dem Elektronikbaukasten Lectron.

2019 feiern wir den 100. Geburtstag des Bauhaus, deshalb schließen wir mit den weißen Würfeln von Lectron. Das System wurde ab 1966 in München gefertigt; es führte in die Elektronik ein wie auch in die Grundlagen der Digitaltechnik. Die Vermarktung übernahm eine Zeitlang die designbewusste Firma Braun. Seit 2001 kommt Lectron aus Frankfurt und ist noch immer erhältlich. Hier geht es zu einer englischsprachigen Infoseite.  Bei Thomas Püttmann bedanken wir uns herzlich für das Foto mit seinen Maschinen.

Noch ein Hinweis: Am kommenden Freitag, den 22. Februar 2019, findet im HNF um 15.30 Uhr der nächste Schnupperkurs Robotik statt. Die nötigen Legosteine liegen schon bereit. Das Eingangsbild zeigt die Lego-Turingmaschine (Foto: Jan Braun, HNF).

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Ein Kommentar auf “Computer aus dem Spielzeugladen”

  1. An der ENS Lyon wurde eine Turing-Maschine aus LEGO gebaut, die keinen elektronischen Computer zur Steuerung benutzt. Ein Video davon findet sich in der Videothek des CNRS: https://videotheque.cnrs.fr
    Man findet es mit dem Suchbegriff „Turing machine“.

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