THE ANALOG THING (THAT): Unterschied zwischen den Versionen
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=== Warum Analogrechnen? === | === Warum Analogrechnen? === | ||
Digitale Computer lösen Differentialgleichungen durch Diskretisierung: Sie zerlegen das Problem in kleine Schritte, iterieren und hoffen auf Genauigkeit. THAT geht einen anderen Weg: Physikalische Bauelemente (z. | Digitale Computer lösen Differentialgleichungen durch Diskretisierung: Sie zerlegen das Problem in kleine Schritte, iterieren und hoffen auf Genauigkeit. THAT geht einen anderen Weg: Physikalische Bauelemente (z. B. Kondensatoren in Integratoren) ''sind'' bereits die mathematischen Operationen. Das hat Vorteile: | ||
* '''Keine Diskretisierungsfehler''': Kein Kompromiss zwischen Genauigkeit und Rechenzeit. | * '''Keine Diskretisierungsfehler''': Kein Kompromiss zwischen Genauigkeit und Rechenzeit. | ||
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* '''2 Komparatoren''' (Vergleich zweier Spannungen → digitales Signal) | * '''2 Komparatoren''' (Vergleich zweier Spannungen → digitales Signal) | ||
* '''8 Koeffizienten-Potentiometer''' (Einstellung von Faktoren 0…1; im '''COEFF-Modus''' zeigt das Panel-Meter den genauen Wert des ausgewählten Potis an) | * '''8 Koeffizienten-Potentiometer''' (Einstellung von Faktoren 0…1; im '''COEFF-Modus''' zeigt das Panel-Meter den genauen Wert des ausgewählten Potis an) | ||
Die Bausteine sind über ein '''Patchfeld mit 2-mm-Buchsen''' zugänglich. Mit den enthaltenen Patchkabeln lassen sich Schaltungen frei verbinden – das „Programmieren“ des Analogrechners. | Die Bausteine sind über ein '''Patchfeld mit 2-mm-Buchsen''' zugänglich. Mit den enthaltenen Patchkabeln lassen sich Schaltungen frei verbinden – das „Programmieren“ des Analogrechners. | ||
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:* Gewicht: ca. 630 g | :* Gewicht: ca. 630 g | ||
:* '''Interner Arbeitsbereich: ±10 V''', typische Nutzsignale an den Chinch-Ausgängen '''X/Y/Z/U: ±1 V''' | :* '''Interner Arbeitsbereich: ±10 V''', typische Nutzsignale an den Chinch-Ausgängen '''X/Y/Z/U: ±1 V''' | ||
:* Genauigkeit: Rechenwerte werden intern als „Machine Units“ im Bereich ±1 dargestellt; in der Praxis sind, wegen Bauteiltoleranzen, mit Abweichungen im Bereich weniger Promille bis niedriger Prozent zu rechnen | |||
:* Stromversorgung: '''USB Type-C (5 V/1 A)''' | :* Stromversorgung: '''USB Type-C (5 V/1 A)''' | ||
'' | ''Genaue Angaben findet man in der [https://that-docs.readthedocs.io/en/latest/ offizielle Dokumentation] von anabrid.'' | ||
=== Anbindung an digitale Systeme === | === Anbindung an digitale Systeme === | ||
THAT lässt sich über einen '''Hybridport''' mit Digitalrechnern | THAT lässt sich über einen '''Hybridport''' mit Digitalrechnern verbinden, etwa mit einem Raspberry Pi über GPIO, mit einem Arduino oder mit einem PC über eine Messkarte. So entstehen '''Hybrid-Systeme''': | ||
:* Der Analogrechner übernimmt die kontinuierliche Simulation. | :* Der Analogrechner übernimmt die kontinuierliche Simulation. | ||
:* Der Digitalrechner steuert Parameter, speichert Messwerte oder visualisiert Ergebnisse. | :* Der Digitalrechner steuert Parameter, speichert Messwerte oder visualisiert Ergebnisse. | ||
Mehrere THAT-Geräte können über '''MASTER-/MINION-Ports''' vernetzt werden, um komplexere Systeme aufzubauen. | Mehrere THAT-Geräte können außerdem über '''MASTER-/MINION-Ports''' vernetzt werden, um komplexere Systeme aufzubauen. | ||
=== Benötigte Zusatzhardware === | === Benötigte Zusatzhardware === | ||
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* Ein '''USB-C-Netzteil''' (5 V/1 A) | * Ein '''USB-C-Netzteil''' (5 V/1 A) | ||
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* Keine Überspannung über ±10 V an die Eingänge anlegen – das kann Bauteile beschädigen. | |||
* Beim Anschluss von Oszilloskop oder Messkarte auf einheitliche Masseführung achten. Unterschiedliche Massepotenziale zwischen Geräten führen sonst zu Brummschleifen oder verfälschten Messwerten. | |||
* Für die Verbindung zu Standard-Messgeräten werden häufig BNC- oder Cinch-Adapterkabel benötigt, da THAT selbst Cinch-Buchsen nutzt. | |||
* Ein batteriebetriebenes Oszilloskop oder ein USB-Scope am Notebook vermeidet Erdschleifen zuverlässiger als ein netzbetriebenes Gerät mit eigener Schutzerde. | |||
=== Einsatzbereiche === | === Einsatzbereiche === | ||
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THAT eignet sich besonders für: | THAT eignet sich besonders für: | ||
* '''Informatik''': Alternative Rechenparadigmen, Hybrid-Computing | * '''Informatik''': Alternative Rechenparadigmen, Hybrid-Computing | ||
* '''Mathematik/Physik''': Anschauliche Lösung von '''Differentialgleichungen''' (z. | * '''Mathematik/Physik''': Anschauliche Lösung von '''Differentialgleichungen''' (z. B. harmonischer Oszillator, Lorenz-Attraktor, Van-der-Pol-Oszillator) oder '''Regelkreisen''' | ||
* '''Bildung''': Vermittlung analoger Rechenprinzipien – die physische Verdrahtung ''ist'' die Gleichung | * '''Bildung''': Vermittlung analoger Rechenprinzipien – die physische Verdrahtung ''ist'' die Gleichung | ||
* '''Forschung/Neuromorphic Engineering''': Nachbildung von Neuronenmodellen (z. | * '''Forschung/Neuromorphic Engineering''': Nachbildung von Neuronenmodellen (z. B. Perceptron, Leaky-Integrate-and-Fire) | ||
=== Grenzen === | === Grenzen === | ||
THAT ist '''kein Präzisionswerkzeug für Engineering''', sondern ein '''pädagogisches Experimentiergerät''': | THAT ist '''kein Präzisionswerkzeug für Engineering''', sondern ein '''pädagogisches Experimentiergerät''': | ||
* Er rechnet mit realen Spannungen – inklusive '''Rauschen, Bauteiltoleranzen | * Er rechnet mit realen Spannungen – inklusive '''Rauschen, Bauteiltoleranzen und Temperaturdrift'''. | ||
* Für '''hochpräzise Berechnungen''' oder komplexe Algorithmen sind digitale Systeme überlegen. | * Für '''hochpräzise Berechnungen''' oder komplexe Algorithmen sind digitale Systeme überlegen. | ||
* Sein Wert liegt im '''Verständnis dynamischer Systeme''' und der '''unmittelbaren, visuellen Rückkopplung'''. | * Sein Wert liegt im '''Verständnis dynamischer Systeme''' und der '''unmittelbaren, visuellen Rückkopplung'''. | ||
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=== Open Hardware === | === Open Hardware === | ||
THAT ist ein '''Open-Hardware-Projekt'''. Alle Unterlagen (Schaltpläne, Gerber-Dateien, Stücklisten) sind auf | THAT ist ein '''Open-Hardware-Projekt'''. Alle Unterlagen (Schaltpläne, Gerber-Dateien, Stücklisten) sind auf [https://github.com/anabrid/the-analog-thing GitHub] frei verfügbar. Das ermöglicht: | ||
* '''Verständnis''': Nachvollziehen, wie die Schaltung funktioniert. | * '''Verständnis''': Nachvollziehen, wie die Schaltung funktioniert. | ||
* '''Reparatur''': Defekte Bauteile selbst austauschen. | * '''Reparatur''': Defekte Bauteile selbst austauschen. | ||
* '''Modifikation''': Platinen anpassen oder erweitern. | * '''Modifikation''': Platinen anpassen oder erweitern. | ||
''Realistische Einschätzung:'' Der Selbstbau eines THAT lohnt sich '''nicht zum Kostensparen''' – die Beschaffung der Präzisionsbauteile (z. | ''Realistische Einschätzung:'' Der Selbstbau eines THAT lohnt sich '''nicht zum Kostensparen''' – die Beschaffung der Präzisionsbauteile (z. B. Analogmultiplizierer AD633) ist aufwendig und teuer. Für die meisten Maker ist das fertige Gerät die bessere Wahl. | ||
=== Alternativen und Eigenbau === | === Alternativen und Eigenbau === | ||
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* '''[https://github.com/grappendorf/analogcomputer grappendorf Analog Computer]''': Modularer Aufbau mit einzelnen Platinen – technisch sehr nah an THAT, aber mit höherem Fertigungsaufwand. | * '''[https://github.com/grappendorf/analogcomputer grappendorf Analog Computer]''': Modularer Aufbau mit einzelnen Platinen – technisch sehr nah an THAT, aber mit höherem Fertigungsaufwand. | ||
* '''[https://github.com/fablab-wue/LABC LABC (Low-cost Analog Breadboard Computer)]''': Steckbrett-basiertes Projekt des FabLab Würzburg – ideal für den niedrigschwelligen Einstieg | * '''[https://github.com/fablab-wue/LABC LABC (Low-cost Analog Breadboard Computer)]''': Steckbrett-basiertes Projekt des FabLab Würzburg – ideal für den niedrigschwelligen Einstieg. | ||
* '''Eigenbau nach Dr. Vogel (2009)''': Schaltplan für einen kleinen Analogcomputer, diente als Basis für aktuelle Projekte (vgl. [https://www.heise.de/select/make/2026/2/2533514290086893478 Make 2/2026: Analogrechner im Eigenbau]). | * '''Eigenbau nach Dr. Vogel (2009)''': Schaltplan für einen kleinen Analogcomputer, diente als Basis für aktuelle Projekte (vgl. [https://www.heise.de/select/make/2026/2/2533514290086893478 Make 2/2026: Analogrechner im Eigenbau]). | ||
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THAT kostet '''499 € inkl. MwSt.''' (Stand September 2026, aktueller Preis im [https://shop.anabrid.com/ anabrid Shop]). | THAT kostet '''499 € inkl. MwSt.''' (Stand September 2026, aktueller Preis im [https://shop.anabrid.com/ anabrid Shop]). | ||
Für '''Schulen, Hochschulen und Lehrkräfte''' gibt es einen '''Bildungstarif von 450 €'''. | Für '''Schulen, Hochschulen und Lehrkräfte''' gibt es einen '''Bildungstarif von 450 €'''. | ||
Bisher wurden '''über 1.400 Geräte''' verkauft. | Bisher wurden '''über 1.400 Geräte''' verkauft (Stand September 2026). | ||
=== Weiterführende Informationen === | === Weiterführende Informationen === | ||
Aktuelle Version vom 17. September 2026, 20:48 Uhr
| Foto | |
|---|---|
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| Basisdaten | |
| Status | funktionstüchtig |
| Schöpfer | anabrid |
THE ANALOG THING (THAT)
THE ANALOG THING (THAT) ist ein Open Hardware-Analogrechner der Berliner Firma anabrid GmbH. Statt mit Bits zu rechnen, nutzt er kontinuierliche Spannungen als Rechengrößen – eine Variable im mathematischen Modell entspricht direkt einer Spannung am Gerät. Das macht dynamische Systeme wie Schwingkreise oder Regelstrecken sofort sichtbar und interaktiv: Ein Drehen am Potentiometer verändert das System in Echtzeit, ohne Neustart oder Warten auf eine Simulation.
Warum Analogrechnen?
Digitale Computer lösen Differentialgleichungen durch Diskretisierung: Sie zerlegen das Problem in kleine Schritte, iterieren und hoffen auf Genauigkeit. THAT geht einen anderen Weg: Physikalische Bauelemente (z. B. Kondensatoren in Integratoren) sind bereits die mathematischen Operationen. Das hat Vorteile:
- Keine Diskretisierungsfehler: Kein Kompromiss zwischen Genauigkeit und Rechenzeit.
- Echte Echtzeit: Änderungen sind sofort sichtbar – ideal für Experimente.
- Fehler werden sichtbar: Rauschen, Toleranzen oder Drift zeigen sich direkt am Oszilloskop.
Gleichzeitig gibt es Grenzen: THAT ist kein Präzisionswerkzeug, sondern ein pädagogisches Experimentiergerät – sein Wert liegt im Verständnis, nicht in exakten Zahlen.
Aufbau und Komponenten
THAT nutzt Operationsverstärker-Schaltungen für grundlegende Rechenoperationen:
- 5 Integratoren (zeitliche Integration, umschaltbare Zeitkonstanten)
- 4 Summierer (Addition mehrerer Spannungen, invertierend)
- 4 Inverter (Vorzeichenumkehr)
- 2 Multiplikatoren (Produkt zweier Spannungen für Nichtlinearitäten)
- 2 Komparatoren (Vergleich zweier Spannungen → digitales Signal)
- 8 Koeffizienten-Potentiometer (Einstellung von Faktoren 0…1; im COEFF-Modus zeigt das Panel-Meter den genauen Wert des ausgewählten Potis an)
Die Bausteine sind über ein Patchfeld mit 2-mm-Buchsen zugänglich. Mit den enthaltenen Patchkabeln lassen sich Schaltungen frei verbinden – das „Programmieren“ des Analogrechners.
Betriebsmodi
- IC (Initial Condition): Setzen der Anfangswerte
- OP (Operate): Aktives Rechnen
- HALT: Anhalten, Momentanwerte bleiben messbar
- REP (Repetitive): Zyklische Wiederholung für stehende Oszilloskopbilder. Kontinuierliches Wechseln zwischen IC und OP – die Berechnung wird zyklisch wiederholt. Die Anzeige zeigt die relative Betriebszeit an: 1.000 = 10 Sekunden bis zum Reset. Die LEDs blinken im Takt.
- REPF (Repetitive Fast): 100× schnellerer Reset – 1.000 = 100 ms Betriebszeit. Die LEDs blinken im Takt.
Technische Daten (Richtwerte)
- Abmessungen: ca. 24,1 × 20,3 × 3,7 cm
- Gewicht: ca. 630 g
- Interner Arbeitsbereich: ±10 V, typische Nutzsignale an den Chinch-Ausgängen X/Y/Z/U: ±1 V
- Genauigkeit: Rechenwerte werden intern als „Machine Units“ im Bereich ±1 dargestellt; in der Praxis sind, wegen Bauteiltoleranzen, mit Abweichungen im Bereich weniger Promille bis niedriger Prozent zu rechnen
- Stromversorgung: USB Type-C (5 V/1 A)
Genaue Angaben findet man in der offizielle Dokumentation von anabrid.
Anbindung an digitale Systeme
THAT lässt sich über einen Hybridport mit Digitalrechnern verbinden, etwa mit einem Raspberry Pi über GPIO, mit einem Arduino oder mit einem PC über eine Messkarte. So entstehen Hybrid-Systeme:
- Der Analogrechner übernimmt die kontinuierliche Simulation.
- Der Digitalrechner steuert Parameter, speichert Messwerte oder visualisiert Ergebnisse.
Mehrere THAT-Geräte können außerdem über MASTER-/MINION-Ports vernetzt werden, um komplexere Systeme aufzubauen.
Benötigte Zusatzhardware
Für den Einstieg reichen:
- Ein tragbares Mehrkanal-Oszilloskop (mind. 2 Kanäle, Bandbreite >100 kHz) zur Visualisierung
- Ein USB-C-Netzteil (5 V/1 A)
Sicherheitshinweise:
- Keine Überspannung über ±10 V an die Eingänge anlegen – das kann Bauteile beschädigen.
- Beim Anschluss von Oszilloskop oder Messkarte auf einheitliche Masseführung achten. Unterschiedliche Massepotenziale zwischen Geräten führen sonst zu Brummschleifen oder verfälschten Messwerten.
- Für die Verbindung zu Standard-Messgeräten werden häufig BNC- oder Cinch-Adapterkabel benötigt, da THAT selbst Cinch-Buchsen nutzt.
- Ein batteriebetriebenes Oszilloskop oder ein USB-Scope am Notebook vermeidet Erdschleifen zuverlässiger als ein netzbetriebenes Gerät mit eigener Schutzerde.
Einsatzbereiche
THAT eignet sich besonders für:
- Informatik: Alternative Rechenparadigmen, Hybrid-Computing
- Mathematik/Physik: Anschauliche Lösung von Differentialgleichungen (z. B. harmonischer Oszillator, Lorenz-Attraktor, Van-der-Pol-Oszillator) oder Regelkreisen
- Bildung: Vermittlung analoger Rechenprinzipien – die physische Verdrahtung ist die Gleichung
- Forschung/Neuromorphic Engineering: Nachbildung von Neuronenmodellen (z. B. Perceptron, Leaky-Integrate-and-Fire)
Grenzen
THAT ist kein Präzisionswerkzeug für Engineering, sondern ein pädagogisches Experimentiergerät:
- Er rechnet mit realen Spannungen – inklusive Rauschen, Bauteiltoleranzen und Temperaturdrift.
- Für hochpräzise Berechnungen oder komplexe Algorithmen sind digitale Systeme überlegen.
- Sein Wert liegt im Verständnis dynamischer Systeme und der unmittelbaren, visuellen Rückkopplung.
Open Hardware
THAT ist ein Open-Hardware-Projekt. Alle Unterlagen (Schaltpläne, Gerber-Dateien, Stücklisten) sind auf GitHub frei verfügbar. Das ermöglicht:
- Verständnis: Nachvollziehen, wie die Schaltung funktioniert.
- Reparatur: Defekte Bauteile selbst austauschen.
- Modifikation: Platinen anpassen oder erweitern.
Realistische Einschätzung: Der Selbstbau eines THAT lohnt sich nicht zum Kostensparen – die Beschaffung der Präzisionsbauteile (z. B. Analogmultiplizierer AD633) ist aufwendig und teuer. Für die meisten Maker ist das fertige Gerät die bessere Wahl.
Alternativen und Eigenbau
Für Maker, die einen Analogrechner selbst aufbauen möchten:
- grappendorf Analog Computer: Modularer Aufbau mit einzelnen Platinen – technisch sehr nah an THAT, aber mit höherem Fertigungsaufwand.
- LABC (Low-cost Analog Breadboard Computer): Steckbrett-basiertes Projekt des FabLab Würzburg – ideal für den niedrigschwelligen Einstieg.
- Eigenbau nach Dr. Vogel (2009): Schaltplan für einen kleinen Analogcomputer, diente als Basis für aktuelle Projekte (vgl. Make 2/2026: Analogrechner im Eigenbau).
Einschätzung: Eigenbau lohnt sich nur für Enthusiasten mit Erfahrung in Analogtechnik und Platinenfertigung.
Verfügbarkeit
THAT kostet 499 € inkl. MwSt. (Stand September 2026, aktueller Preis im anabrid Shop). Für Schulen, Hochschulen und Lehrkräfte gibt es einen Bildungstarif von 450 €. Bisher wurden über 1.400 Geräte verkauft (Stand September 2026).
