Misschien is eerst een waarschuwing op zijn plaats: we werken hier niet direct met dure headsets zoals de Occulus of de HTC. We zweven ook niet rond door de ruimte in een full-immersive experience. We proberen wel virtuele modellen te gebruiken die een meerwaarde kunnen bieden voor de beleving van het onderwijs.
probleemstelling
In het technisch onderwijs is het onhaalbaar om steeds mee te zijn met de "state of the art" toestellen die in de industrie gebruikt worden. Zo'n toestel kost al snel enkele tien- tot honderdduizenden Euro's en is na enkele jaren verouderd. Het is ook niet aangewezen om een argeloze student direct aan de slag te laten gaan met zo'n duur toestel. De kosten qua herstelling alleen al kunnen zeer snel oplopen als het toestel op onooordeelkundige wijze gebruikt wordt.
Het kan daarom interessant zijn om van een toestel een virtueel model te maken waarbij enkel de HMI (human machine interface) in de realiteit uitgevoerd wordt, terwijl de rest van de machine virtueel gemaakt wordt. De student kan op die manier de basiservaring opdoen die nodig is vooraleer met een echte machine aan het werk te gaan.
Het eerste voorbeeld dat zo werd uitgewerkt is een virtuele transportband. Deze toepassing is niet zozeer bedoeld om de student met een transportband te leren werken, maar is eerder bedoeld om een oefening tijdens het labo microcontrollers aantrekkelijker te maken. In plaats van enkele led's te laten aansturen (waarvoor meestal weinig animo is) kan de student een virtuele hopper aansturen die pakjes laat vallen op een virtuele transportband waarvan de snelheid ook door de student kan geregeld worden. Op de transportband zijn virtuele sensoren gemonteerd die bijvoorbeeld de kleur van het pakje kunnen registreren wanneer het de sensor passeert. Wat dit systeem voor de student aantrekkelijk maakt is onder andere het feit dat er vanalles kan verkeerd gaan.
Wanneer de band stilstaat kunnen de pakjes zich aan het begin van de band ophopen totdat er een heuse berg pakjes ligt. Als de band te snel gaat kunnen deze pakjes van de band gecatapulteerd worden. Dit zorgt voor een aantal uitdagingen voor de student waar zijn stuurprogramma zal mee moeten rekening houden.
De besturing van de transportband gebeurt door middel van een fysieke interface. Deze interface kan manueel bediend worden via een knop (pakje laten vallen) en een potentiometer (snelheidsregeling van de transportband), maar kan ook verbonden worden met bijvoorbeeld een Arduino die dan dusdanig moet geprogrammeerd worden dat de goede werking verzekerd wordt.
Op de interface vinden we ook nog vier leds met bijhorende signaalaansluiting terug. Zodra op de transportband een pakje langs de sensor passeert zal de led die overeenkomt met de kleur van het pakje oplichten zolang het pakje voor de sensor blijft. Op deze manier zijn opgaven mogelijk waarbij bijvoorbeeld per kleur moet worden bijgehouden hoeveel pakjes er al langs de sensor gepasseerd zijn.
De virtuele transportband en de fysieke interface praten met elkaar via een MQTT server. MQTT is een industrieel protocol waarmee machines informatie kunnen uitwisselen met elkaar. Wanneer men op de fysieke interface de knop indrukt wordt via WiFi een bericht gestuurd naar de MQTT server (dit is een Raspberry Pi, verbonden met een router). Deze stuurt op zijn beurt een bericht naar de virtuele transportband. De transportband ontvangt dit bericht en laat als gevolg een pakje vallen vanuit de hopper op de transportband. Wanneer het pakje de sensor passeert wordt de kleur gedetecteerd en wordt een bericht verstuurd naar de MQTT server, die dit op zijn beurt dan weer doorstuurt naar de fysieke interface. Daar licht de led op die overeenkomt met het gedetecteerde kleur.
Door de MQTT als tussenstation voor alle communicatie te gebruiken is het mogelijk om alle soorten apparaten te gebruiken. We kunnen bijvoorbeeld het vallen van de pakjes laten gebeuren op commando van een programma dat op een docenten PC draait, terwijl de regeling van de snelheid en het tellen van de pakjes door de student dient te gebeuren. De MQTT server kan alle berichten tussen interface en transportband ook naar een monitoring programma op de docentenPC sturen zodat deze kan controleren of er wel juist geteld wordt. De mogelijkheden worden enkel begrensd door de fantasie.