Einfachere KI mit den zwei „Gehirnen“ von Arduino in einer Umgebung

Ob Sie nun ein Bastler oder ein Rapid-Prototyping-Profi sind, Sie wissen bereits, wie praktisch Hardware der Maker-Klasse sein kann. Anspruchsvolle Projekte in den Bereichen künstliche Intelligenz (KI), Robotik, Internet der Dinge (IoT) und computerbasierte Bildverarbeitung können diese Hardware jedoch überfordern.

Eine gängige Lösung besteht darin, Makerboards mit professioneller Ausrüstung zu kombinieren. Dies führt jedoch zu einer erheblichen Designkomplexität: komplizierte Kommunikation zwischen den Boards, eine Menge zusätzlicher Verdrahtung und eine Vielzahl von Problemen bei der Fehlersuche. Allein das Erlernen von zwei separaten Tool-Suiten kann mühsam sein. Ich habe viele lange Nächte damit verbracht, frustriert an einer mir unbekannten integrierten Entwicklungsumgebung (IDE) zu arbeiten. Aus diesem Grund war ich vom cleveren Design des UNO Q von Arduino fasziniert.

Der UNO Q vereint eine leistungsstarke Mikroprozessoreinheit (MPU) und eine Echtzeit-Mikrocontrollereinheit (MCU) auf einem einzigen Board, unterstützt durch eine neue einheitliche Entwicklungsumgebung namens Arduino App Lab.

Diese Dual-Prozessor-Architektur ermöglicht Anwendungen, für die sonst mehrere Boards erforderlich wären. Roboter mit autonomer Navigation, intelligente Haushaltsgeräte mit datenschutzfreundlicher Gesichtserkennung und intelligente Landwirtschaftssysteme, die sich automatisch an die Umgebung anpassen, sind nur einige Beispiele.

Ein Arduino-Board mit zwei Prozessoren und zwei Betriebssystemen für anspruchsvolle Anwendungen

Das erste Produkt der UNO-Q-Reihe ist der ABX00162 (Abbildung 1). Das herausragende Merkmal dieses Boards ist der QRB-2210 von Qualcomm, eine Quad-Core-Arm-Cortex-A53-MPU, die mit 2,0 Gigahertz (GHz) läuft, gekoppelt mit einer Adreno-Grafikeinheit (GPU) und zwei Bildsignalprozessoren. Der Chip wird von 2 Gigabyte (Gbyte) RAM und 16 Gbyte eMMC-Speicher unterstützt und ist damit die erste Arduino-Hardware, auf der Debian Linux der Desktop-Klasse läuft. In der Praxis bedeutet das, dass Sie KI-Modelle und Python-Anwendungen direkt auf dem Board hosten können, anstatt auf einem separaten Computer.

Abbildung 1: Der Arduino UNO Q ABX00162 verbindet eine leistungsstarke MPU mit einer Echtzeit-MCU. (Bildquelle: Arduino)

Dies alles ist gepaart mit einer klassischen Arduino-Erfahrung, die sich auf die MCU STM32U585 von STMicroelectronics stützt, die auf einem Arm-Cortex-M33 basiert, der mit bis zu 160 Megahertz (MHz) arbeitet. Auf der MCU läuft Arduino Core unter Zephyr OS und steuert verschiedene Peripheriekomponenten, darunter die eingebaute 8×13-LED-Matrix.

Trotz all der neuen Funktionen bleibt der UNO Q mit dem breiteren Arduino-Ökosystem kompatibel. Klassische UNO-Steckerleisten nehmen vorhandene Shields auf, während ein Qwiic-Anschluss Plug&Play-Zugang zu Modulino-Modulen für Sensoren und andere Peripheriegeräte bietet. Auf der Unterseite befinden sich außerdem Highspeed-Steckleisten (JMEDIA und JMISC) für den Anschluss moderner Peripheriegeräte wie MIPI-Kameras und Displays.

Einheitliche Entwicklung mit dem Arduino App Lab

Die Hardware ist nur ein Teil dessen, was den UNO Q so interessant macht. Das Arduino App Lab (Abbildung 2), eine Entwicklungsumgebung, die die Dual-Prozessor-Architektur als ein einziges, zusammenhängendes Ziel behandelt, vervollständigt das Angebot.

Abbildung 2: Das Arduino App Lab enthält eine Vielzahl von praktischen Anwendungsbeispielen. (Bildquelle: Arduino)

Mit dem App Lab können Sie ein Projekt mit einem einzigen Klick auf beiden Prozessoren bereitstellen. Diese als „Apps“ bezeichneten Projekte nutzen die klassischen Arduino-Sketches auf der Echtzeitseite. Die Linux-Seite bietet eine Reihe nützlicher Funktionen, darunter Python-Code, „Bricks“ (vorgefertigte KI-Modelle) und Webdienste.

Der Clou dabei ist die Arduino Bridge, ein RPC-Framework (Remote Procedure Call), das die beiden Seiten miteinander verbindet. Anstatt eine benutzerdefinierte Kommunikationseinrichtung zu benötigen, ermöglicht die Bridge der Linux-Seite und der Echtzeit-Seite, die Funktionen der jeweils anderen Seite aufzurufen.

Erste Schritte: Beispiel für die Klimaüberwachung

Der Einsatz all dieser Technik ist einfach zu bewerkstelligen. Mit dem leistungsstarken Qualcomm-Prozessor kann der UNO Q als eigene Entwicklungsumgebung dienen. Alles, was Sie brauchen, ist ein USB-C-Dongle mit Power Delivery (PD) sowie eine Tastatur, eine Maus und ein Display. Sie können auch einen PC als Entwicklungsumgebung verwenden, wenn Sie dies wünschen.

Sobald die Hardware eingerichtet ist, können Sie mit den im App Lab enthaltenen Beispielen experimentieren. Das App Lab ist auf dem UNO Q vorinstalliert, sodass Sie sich sofort anmelden und die Beispiel-Apps ausführen können.

Ein typisches Beispiel ist die Demo zur Überwachung und Speicherung des Wohnklimas. Für diese Demo wird der ABX00103 (Abbildung 3) benötigt, ein kombinierter Temperatur-/Feuchtesensor.

Abbildung 3: Der ABX00103 liefert Plug&Play-Temperatur- und -Feuchtigkeitsmessungen. (Bildquelle: Arduino)

Und so funktioniert es:

1. Die MCU liest den Sensor über eine I2C-Schnittstelle aus, um eine konsistente Abfrage in Echtzeit zu gewährleisten.
2. Die Bridge sendet diese Daten an die Linux-MPU.
3. Ein Python-Skript auf der Linux-Seite empfängt die Daten, protokolliert sie, erstellt Diagramme und stellt ein Web-Dashboard bereit.

All dies wird durch ein einziges App-Lab-Projekt koordiniert. Eine vollständige Anleitung finden Sie in diesem Tutorial^.1

Fazit

Der UNO Q und das App Lab definieren die Möglichkeiten von Arduino völlig neu. Durch die Verschmelzung der Benutzerfreundlichkeit von Arduino mit der Leistungsfähigkeit einer vollwertigen Linux-Umgebung kann diese Plattform anspruchsvolle Anwendungsfälle vom Klassenzimmer bis hin zu KI, IoT, Robotik und computerbasierte Bildverarbeitung auf industrieller Ebene bewältigen. Wenn Sie sich nicht nächtelang mit einem Mischmasch an Hardware herumschlagen wollen, lohnt sich ein Blick darauf.

Referenzen:

1: Erste Schritte mit dem Arduino UNO Q: https://www.digikey.de/de/maker/tutorials/2025/getting-started-with-the-arduino-uno-q