레고 마인드스톰

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1. 개요

레고 마인드스톰은 레고 에듀케이션의 제품군으로, 프로그래밍 가능한 로봇 공학 키트이다. 1990년대 중반 MIT 미디어 랩과의 협력을 통해 개발되었으며, 1998년 로봇 발명 시스템(RIS)을 시작으로 RCX, NXT, EV3, 로봇 인벤터 등의 제품이 출시되었다. 마인드스톰은 다양한 프로그래밍 언어를 지원하며, 교육용으로 판매되어 로봇 경진대회 플랫폼으로 활용된다. 특히 퍼스트 레고 리그 (FLL)에서 널리 사용되며, 대한민국에서도 교육 및 경진대회에 활용되고 있다.

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레고 마인드스톰
레고 마인드스톰
NXT 플랫폼 기반 로봇
주제	로봇 공학
라이선스 제공	레고 그룹
출시일	1998년 9월 1일
단종일	2022년 12월 31일
세트 수	91
웹사이트	레고 마인드스톰

2. 역사적 배경

레고 마인드스톰은 1980년대 초부터 MIT 미디어 랩과 레고의 협력을 통해 개발되기 시작했다. MIT 미디어 랩은 레고와 프로그래밍을 결합하는 실험을 진행했고, 레고는 이 기술을 레고 닥타 라인을 통해 교육용 제품으로 상용화했다.

1980년대에는 pbrick(프로그래밍 가능한 브릭)을 대량 생산하려 했으나, 당시에는 학교와 가정에 컴퓨터 보급률이 낮고 부품 가격이 비싸 실현하기 어려웠다.^[5] 1990년대 초, 기술 발전과 시장 변화에 따라 전자 완구 개발 시도가 이어졌지만, MIT의 프로그래밍 가능한 브릭 개발 전까지는 큰 성과가 없었다.^[4]

1990년대 중반, 개인용 컴퓨터 보급 확대와 부품 가격 하락으로 pbrick 대량 생산이 가능해졌다.^[5] 1994년부터 1996년 사이에 MIT는 이전 버전을 개선한 "레드 브릭" 버전의 pbrick을 개발했다. 1996년, 레고 에듀케이션의 홈 러닝 부서에서 '로보틱스 인벤션 시스템' 개발이 시작되었고, 교육적 구성주의 개념을 담아 제품명을 "마인드스톰"으로 정했다.^[6]

마인드스톰 팀은 레고 그룹 내에서 이례적인 운영 절차를 통해 제품을 개발했다.^[4] 기존 레고 세트와 달리, 마인드스톰은 단계별 설명서나 주요 모델을 제공하지 않고, 스토리텔링 중심의 놀이도 아니었다.^[3] 이러한 차이를 극복하기 위해 Mindstorms.com, 마인드스톰 디스커버리 센터, FIRST 레고 리그 등 사용자 간 소통 기회를 마련했다.^[6]

최초의 마인드스톰은 RCX가 중심이었으며, 현재는 NXT가 주를 이룬다. 파생 모델도 존재한다. 처음에는 "로봇 발명 시스템(RIS)"으로 판매되었고, MIT 미디어 랩과의 협력을 통해 교육용 교재로도 활용되었다. 최초의 비주얼 프로그래밍 환경은 콜로라도 대학교에서 개발한 LEGOsheets였다.^[40]

교육용 제품은 'Lego Mindstorms for Schools'로 불렸으며, 터프츠 대학교에서 개발하고 내셔널 인스트루먼츠의 LabVIEW를 엔진으로 사용하는 GUI 기반 프로그래밍 소프트웨어인 ROBOLAB이 함께 제공되었다. 교육용 외에도 NXT 소프트웨어가 포함된 일반 장난감용 NXT도 있다.

레고 마인드스톰은 컴퓨터 제어 전자 기계 부품의 임베디드 시스템 모델 구축에 사용될 수 있으며, 엘리베이터 컨트롤러부터 산업용 로봇까지 다양한 실제 임베디드 시스템을 모델링할 수 있다.

최초의 마인드스톰 RIS는 1998년에 출시되었으며, DC 모터, 터치 센서 2개, 광 센서 1개가 포함되었다. 2006년 레고는 NXT를, 2009년에는 NXT 2.0, 2013년에는 EV3를 출시했다.

언어 지식이 없어도 다양한 로봇을 만들 수 있으며, 기업 연수 등에도 활용된다.^[41]^[42]

2. 1. 마인드스톰 브랜드 개발

레고 마인드스톰 제품군은 1995년 직원 토르모드 아스킬센(Tormod Askildsen)이 설립한 레고 에듀케이션(Lego Education)의 부서인 "홈 에듀케이션"의 첫 번째 프로젝트였다. 아스킬센은 아이들에게 직접 전달되는 향상된 교육 경험을 만들고자 했다. 홈 에듀케이션은 기술을 포함하는 학습이 아이들에게 흥미롭다는 결론을 내린 시장 조사를 바탕으로 제품에 기술을 통합하기로 결정했다.^[3] 레고 마인드스톰은 1996년 4월에 개발을 시작했다.^[4]

이 세트의 콘셉트는 MIT 미디어 랩과의 파트너십을 통해 만들어진 기술을 기반으로 했다. MIT 미디어 랩은 1980년대 초부터 레고와 프로그래밍을 결합하는 실험을 해왔으며, 레고는 이 기술의 일부를 레고 닥타(Lego Dacta) 라인에서 교실용 제품으로 상용화한 적이 있었다. 프로그래밍 가능한 브릭(pbrick^[12])은 이러한 초기 콘셉트를 개선한 것으로, 컴퓨터에 연결해야만 작동했기 때문에 제한적인 범위를 가지고 있었다.^[5]

1990년대 중반에 이르러 개인용 컴퓨터가 가정에서 비교적 흔해졌고, pbrick 생산에 필요한 부품 가격이 하락하면서 대량 생산이 가능해졌다.^[5] 로보틱스 인벤션 시스템(Robotics Invention System)으로 알려지게 될 제품의 개발은 1996년에 레고 에듀케이션(레고 닥타)의 새로 설립된 홈 러닝 부서의 주력 제품으로 시작되었다. 제품 라인 이름인 "마인드스톰"은 제품의 사용자 경험을 표현하기 위한 것으로, 래퍼트의 책 마인드스톰(Mindstorms)의 이름을 따서 명명되었으며, 사용자 경험이 그의 책에서 설명된 교육적 구성주의 개념과 유사했기 때문이다.^[6]

이 프로젝트는 초기에 낮은 인지도를 유지하면서 마인드스톰 팀이 당시 레고 그룹에서는 이례적인 운영 절차를 사용하여 제품을 개발할 수 있는 자유를 주었다.^[4] 전통적인 레고 세트와 달리, 마인드스톰 로보틱스 인벤션 시스템은 단계별 설명서를 제공하지 않았다.^[3] 또한 이 키트에는 주요 모델이 없었으며, 놀이는 스토리텔링에 의해 주도되지 않았다. 이러한 새로운 놀이 경험과 기존 레고 경험 사이의 격차를 해소하기 위해, 마인드스톰 팀은 Mindstorms.com, 마인드스톰 디스커버리 센터, 그리고 FIRST 레고 리그와 같이 사용자들이 서로 소통할 수 있는 많은 기회를 만들었다.^[6]

2. 2. RCX 브릭 개발

MIT 미디어 랩의 "레드 브릭"은 레고 마인드스톰 RCX의 프로토타입 역할을 했다.

레고 마인드스톰 팀은 학교에서 3세대 로고 브릭("레드 브릭")을 테스트하면서 MIT 연구원들이 발견한 통찰력을 대량 생산되는 프로그래밍 가능한 브릭 개발의 기초로 사용했다.^[7] 실험용 프로그래밍 가능 브릭은 견고성이나 비용 효율적인 제조를 위해 설계되지 않았기 때문에, 물리적인 프로그래밍 가능 브릭은 처음부터 다시 설계되었다.^[5] 제품의 프로그래밍 언어는 MIT 미디어 랩 구성원들의 도움을 받아 개발되었다. 레고는 이전에 프로그래밍 가능 브릭 실험에 사용되었던 LOGOBlocks 언어에서 영감을 얻어, 프로그래밍에 익숙하지 않은 아이들도 쉽게 사용할 수 있도록 마인드스톰에 시각 프로그래밍 언어를 사용하기로 결정했다.^[5]

마인드스톰의 기반 기술은 "모든 아이들"을 대상으로 했지만, 레고 마인드스톰의 목표 인구 통계는 예상보다 높은 판매량을 기록하여 긍정적인 언론 보도를 얻기 위해 의도적으로 좁게 설정되었다. 이 제품을 10세에서 14세 사이의 남자아이들을 대상으로 하기로 결정했는데, 이는 부분적으로 레고의 주요 목표 인구 통계였고, 부분적으로 이 인구 통계가 컴퓨터 장난감에 가장 매력을 느낄 것이라는 시장 조사(MIT 미디어 랩의 연구 결과에 의해 입증되지 않음)에 근거했다. 이러한 목표 인구 통계의 선택은 RCX 브릭의 색상(건설 장비를 닮도록 노란색과 검은색으로 제작됨)과 마인드스톰 키트의 샘플 용도(예: 자율 로봇 제작)에 직접적인 영향을 미쳤다.^[5]

레고 마인드스톰의 제1세대는 RCX(''Robotic Command eXplorers''의 약자)라는 이름의 블록을 포함하는 세트이다. RCX에는 CPU가 내장되어 있으며, 르네사스 일렉트로닉스사의 16MHz 8비트 CPU인 H8/300 마이크로컨트롤러가 채용되었다. 32K의 RAM에 펌웨어와 사용자의 프로그램을 저장한다.

RCX는 외부 통신용 IR 포트를 가지고 있으며, 마이크로소프트 윈도우 또는 Mac 컴퓨터에서 전용 적외선 인터페이스를 통해 내장된 램에 후술할 대응 언어로 작성된 프로그램을 5개까지 다운로드하여 등록할 수 있다. 프로그램을 시작하면, 그 내용에 따라 내외부 자극에 기초하여 연결된 모터 등을 컨트롤한다. 이것으로 RCX를 탑재한 제작물을 단독으로 자립 동작시킬 수 있다. 복수의 RCX끼리 서로 IR 포트를 통해 번호가 있는 메시지를 송수신할 수 있으며, 이것을 이용하여 협조 동작이나 경쟁을 시키는 것도 가능하다.

RCX 상단에는 3개의 센서용 입력 포트와 3개의 모터용 출력 포트(모터 외에 전구를 켜는 것도 가능)가 있으며, 중앙에 배터리 잔량이나 입력/출력 포트의 동작 상황, 프로그램의 동작 상황 등의 정보를 표시하는 액정 디스플레이를 가지고 있다. 일반 사용자용 세트에는 대응 센서로 접촉 센서와 광 센서가 동봉되어 있으며, 제품으로는 회전 센서, 온도 센서도 존재한다. 또한 출력 포트에서는 램프 등의 전식 부품의 제어도 가능하다.

RCX의 적외선 인터페이스는 스파이봇, 스카우트, 레고 트레인, NXT(서드 파티 적외선 링크 센서 사용)와도 통신이 가능했다. RCX 1.0 IR 수신기의 반송파 주파수는 38.5 kHz였지만, RCX 2.0 IR에서는 반송파 주파수가 76 kHz였다. 두 버전 모두 어느 주파수에서도 송신할 수 있다.^[43] 신호는 RCX에 내장된 타이머 중 하나로 생성된다. RCX는 시리얼 포트나 USB IR 타워를 통해 컴퓨터와 통신할 수 있다. 타워는 Windows 98, Me와 XP (32비트)에 대응한다. 하이퍼 스레딩/멀티 코어 CPU를 위한 패치가 있다. Windows Vista (32비트)에 대한 공식 지원은 없지만 기능한다는 보고가 있다. USB 타워는 64비트 OS에서는 사용할 수 없지만, 32비트 OS는 가상 환경에서 사용할 수 있다. 시리얼 타워는 일반적으로 64비트 Windows 7에서 서드 파티 USB-시리얼 어댑터를 통해 사용할 수 있다.

모든 버전의 RCX에는 고유 번호가 인쇄되어 있으며, 기술 지원을 받거나 지금은 폐지된 마인드스톰 웹사이트에서 ID 번호로 계정을 만들 때 필요했다. 처음 제조된 RCX는 "000001"이며 마인드스톰 10주년 이벤트에서 전시되었다.^[44]

전원은 일반적인 AA 건전지 6개이지만, RCX 버전 1.0에는 AC 어댑터용 전원 잭이 탑재되어 있어, 가정용 콘센트에서의 전원 공급도 가능하며, 장시간 사용이 가능했다. 제품 자체에는 AC 어댑터는 포함되어 있지 않지만, 전압만 맞으면 타 제품의 AC 어댑터를 극성이나 교류/직류에 관계없이 이용 가능하며, 슈퍼 패미컴용 제품 등이 유용할 수 있다. 버전 1.5 이후에는 전원 잭이 제거되었다. 전원 잭을 탑재한 RCX는 건전지 사용 시와 달리 지속적인 동작을 가능하게 하므로, 고정 로봇 암과 같은 로봇 공학 프로젝트나 레고 모델 트레인에 사용하기 좋았다. 레고 모델 트레인에서는 RCX에 전차 모델의 동작을 자동화하는 디지털 제어 시스템(DCC) 소프트웨어를 프로그래밍할 필요가 있다.

3. 주요 제품군

레고 마인드스톰은 1998년 처음 출시된 RCX와 현재의 NXT, EV3, 그리고 2020년에 출시된 로봇 인벤터가 주를 이루며, 이 외에도 파생 모델이 있다. 처음에는 "로봇 발명 시스템(RIS)"으로 판매되었으며, MIT 미디어 랩과 레고의 파트너십을 통해 교육용 교재로도 판매 및 사용되었다.

로봇 발명 시스템 (RIS) (1998): 1세대 마인드스톰. 프로그래밍 가능한 RCX 마이크로컨트롤러, 모터, 센서 등을 포함한다. 1999년 RIS 1.5, 2001년 RIS 2.0으로 업그레이드되었다.
레고 마인드스톰 NXT (2006): 2세대 마인드스톰. 3개의 서보 모터, 4개의 센서(초음파, 소리, 접촉, 빛), NXT 인텔리전트 브릭 등을 포함한다. NXT-G 그래픽 프로그래밍 환경을 제공한다.
레고 마인드스톰 NXT 2.0 (2009): NXT의 개선판. 부품 수 증가, 새로운 색상 센서 포함, 부동 소수점 연산 사용.
레고 마인드스톰 EV3 (2013): 3세대 마인드스톰. NXT를 더욱 발전시킨 플랫폼으로, 스마트 기기 제어, microSD 카드 슬롯, Auto-ID 기능 등이 추가되었다.
레고 에듀케이션 스파이크 프라임 (2019): 교육용 제품군으로, 다양한 센서와 모터, 컨트롤러 브릭, 레고 테크닉 부품을 포함한다.
레고 마인드스톰 로봇 인벤터 (2020): 스파이크 프라임의 부품을 일부 활용하고, 902개 이상의 레고 테크닉 부품을 포함한다. 2022년에 단종되었으며, 2024년까지 앱 지원이 예정되어 있다.

각 제품군의 상세한 내용은 하위 섹션을 참고할 수 있다.

3. 1. 레고 마인드스톰과 로봇 발명 시스템 (1998)

'''레고 마인드스톰 로봇 발명 시스템'''(Robotics Invention System, RIS)은 1세대 레고 마인드스톰 라인의 주력 제품이었다. MIT 미디어 랩에서 제작된 기술이 상용화된 것으로, 프로그래밍 가능한 RCX 마이크로컨트롤러와 9V 레고 호환 모터 및 센서, 다양한 레고 부품을 특징으로 했다. 1998년 가을에 첫 번째 버전이 출시되었고, 이후 1999년 여름에 RIS 1.5, 2001년에 RIS 2.0으로 업그레이드되었다.^[11]^[12]^[13]

레고 마인드스톰 로봇 발명 시스템은 출시 6개월 전부터 홍보가 시작되었으며,^[6] 시카고 과학 산업 박물관의 마인드스톰 디스커버리 센터에서 처음 공개되었다.^[8] 이 제품은 MIT 프로그래밍 가능 브릭 기술을 기반으로 한 또 다른 레고 제품인 사이버마스터와 동시에 출시되었다.^[4]

1998년 9월에 출시된 RIS의 소매 가격은 199달러였다.^[9] 높은 가격 때문에 장난감 가게 대신 베스트바이나 컴프유에스에이와 같은 전자제품 매장에서 판매되었다.^[6] 초기 생산 물량은 3개월 만에 매진되었다.^[11]^[5]

3. 1. 1. RCX

RCX(''Robotic Command eXplorers''의 약자)는 CPU가 내장된 블록이다. 르네사스 일렉트로닉스(Renesas Electronics)사의 16MHz 8비트 CPU인 H8/300 마이크로컨트롤러가 채용되었으며, 32K의 RAM에 펌웨어와 사용자의 프로그램을 저장한다.

외부 통신용 IR 포트를 가지고 있으며, 마이크로소프트 윈도우(Microsoft Windows) 또는 Mac의 컴퓨터에서 전용 적외선 인터페이스를 통해 내장된 램에 프로그램을 5개까지 다운로드하여 등록할 수 있다. 프로그램을 시작하면, 그 내용에 따라 내외부 자극에 기초하여 연결된 모터 등을 컨트롤한다. 이것으로 RCX를 탑재한 제작물을 단독으로 자립 동작시킬 수 있다.

또한, 복수의 RCX끼리 서로 IR 포트를 통해 번호가 있는 메시지를 송수신할 수 있으며, 이것을 이용하여 협조 동작이나 경쟁을 시키는 것도 가능하다.

상단에는 3개의 센서용 입력 포트와 3개의 모터용 출력 포트(모터 외에 전구를 켜는 것도 가능)가 있으며, 중앙에 배터리 잔량이나 입력/출력 포트의 동작 상황, 프로그램의 동작 상황 등의 정보를 표시하는 액정 디스플레이를 가지고 있다.^[15]

일반 사용자용 세트에는 대응 센서로 접촉 센서와 광 센서가 동봉되어 있으며, 제품으로는 회전 센서, 온도 센서도 존재한다. 또한 출력 포트에서는 램프 등의 전식 부품의 제어도 가능하다.

RCX의 적외선 인터페이스는 스파이보틱스, 스카우트, 레고 기차, NXT(서드 파티 적외선 링크 센서 사용)와도 통신이 가능했다. RCX 1.0 IR 수신기의 반송파의 주파수는 38.5 kHz였지만, RCX 2.0 IR에서는 반송파의 주파수는 76 kHz였다. 두 버전 모두 어느 주파수에서도 송신할 수 있다.^[43] RCX는 시리얼 포트나 USB IR 타워를 사용하여 컴퓨터와 통신한다.

모든 버전의 RCX에는 고유 번호가 인쇄되어 있으며 기술 지원을 받을 때나 지금은 폐지된 마인드스톰 웹사이트에서 ID 번호로 계정이 필요했다. 처음 제조된 RCX는 "000001"이며 마인드스톰 10주년 이벤트에서 전시되었다.^[44]

전원은 일반적인 AA 건전지 6개이지만, RCX 버전 1.0에는 그 외에 AC 어댑터용 전원 잭이 탑재되어 있어, 가정용 콘센트에서의 전원 공급도 가능하며, 그것으로 장시간의 사용이 가능했다. 버전 1.5 이후에는 전원 잭이 제거되었다. 전원 잭을 탑재한 RCX는 건전지 사용 시와 달리 지속적인 동작을 가능하게 하므로, 고정 로봇 암과 같은 로봇 공학 프로젝트나 레고 모델 트레인에의 사용에 인기가 있다.

3. 1. 2. 로보틱스 디스커버리 세트와 드로이드, 다크 사이드 개발 키트

로보틱스 디스커버리 세트는 로보틱스 인벤션 세트보다 더 저렴하고 단순한 패키지였다. RCX를 기반으로 하는 대신, 자체 프로그래밍 가능한 브릭인 스카우트가 있었다. 스카우트의 더 단순한 버전은 스타워즈 테마 마인드스톰 세트 2개에 포함될 것이다.

레고는 또한 2개의 센서 포트, 2개의 모터 포트 (그리고 광섬유 케이블을 사용하여 마이크로 스카우트와 연결된 경우 하나 추가) 및 내장된 광 센서를 갖춘 파란색 컴퓨터인 '스카우트'를 출시했지만 PC 인터페이스는 없다. 로보틱스 디스커버리 세트와 함께 제공된다. 스카우트는 내장된 프로그램 조합 컬렉션에서 프로그래밍할 수 있다. 스카우트를 프로그래밍하려면 사용자가 스카우트에서 "전원 모드"를 활성화해야 한다. 스카우트는 하나의 프로그램을 저장할 수 있다.

스카우트는 32KB의 ROM과 1KB의 RAM을 가진 도시바 마이크로컨트롤러를 기반으로 하며, 약 400바이트가 사용자 프로그램을 위해 사용 가능하다. RAM 용량이 극히 제한되어 있으므로 많은 미리 정의된 서브루틴이 ROM에 제공되었다. 스카우트는 수동 외부 센서만 지원하며, 이는 터치, 온도 및 기타 전원이 공급되지 않는 센서만 사용할 수 있음을 의미한다. 스카우트에서 사용되는 아날로그-디지털 변환기는 RCX의 10비트 변환기와 달리 8비트의 해상도만 가지고 있다.^[23]

레고는 RCX 코드와 같은 소프트웨어를 사용하여 컴퓨터에서 스카우트를 프로그래밍할 수 있는 부스터 세트를 만들 계획이 있었으나, 이 프로젝트의 복잡성으로 인해 중단되었다.

RCX는 "IR 메시지 보내기" 프로그램 블록을 사용하여 스카우트 브릭을 제어할 수 있다. RCX가 모든 제어를 수행하므로 PC로 프로그래밍할 수 있으며, 스카우트는 명령을 받는다. 이 과정에서 스카우트 브릭의 모든 옵션은 "off"로 설정되어야 한다.

마이크로 스카우트는 레고 로봇 공학의 입문용으로 추가되었다. 이 제품은 단일 내장 광 센서와 단일 내장 모터를 갖춘 매우 제한적인 Pbrick이다. 7개의 내장 프로그램을 가지고 있으며, VLL을 사용하여 스카우트, 스파이보틱스 또는 RCX 유닛으로 제어할 수 있다. 스카우트와 마찬가지로 마이크로 스카우트 역시 도시바(Toshiba)의 마이크로 컨트롤러를 기반으로 한다.

이 유닛은 드로이드 개발 키트(R2-D2)와 이후 다크 사이드 개발 키트(AT-AT 임페리얼 워커)의 일부로 판매되었다.

3. 2. 레고 마인드스톰 NXT (2006)

레고 마인드스톰 NXT는 2006년 8월 레고에서 출시한 프로그래밍 가능한 로봇 공학 키트로, 1세대 레고 마인드스톰 키트를 대체했다.^[24]

NXT 키트는 577개의 부품으로 구성되어 있으며, 3개의 서보 모터, 초음파, 소리, 접촉, 빛 센서 4개, 7개의 연결 케이블, USB 인터페이스 케이블, NXT 인텔리전트 브릭을 포함한다. NXT 인텔리전트 브릭은 마인드스톰의 "뇌" 역할을 하며, 48MHz 32비트 ARM7 마이크로프로세서와 4MHz 8비트 Atmel AVR 마이크로프로세서를 탑재했다. 4개의 입력 포트, 3개의 출력 포트, 64×100 픽셀 LCD 디스플레이, USB 2.0 포트, Bluetooth 무선 연결 기능을 갖추고 있다. NXT-G 그래픽 프로그래밍 환경을 통해 로봇을 프로그래밍하고 다운로드할 수 있으며, Alpha-Rex(휴머노이드), Tri-Bot(자동차), Robo-Arm T-56(로봇 팔), Spike(전갈) 등 4가지 로봇에 대한 설명서가 포함되어 있다.^[24]

NXT 인텔리전트 브릭은 256KiB 플래시 메모리와 64KiB RAM(ARM7 프로세서), 4KiB 플래시 메모리와 512바이트 RAM(Atmel AVR 프로세서)을 갖추고 있다. 디지털 연결 방식을 사용하며, 멀티팩을 추가하여 센서 및 모터 포트를 확장할 수 있다. RJ12 커넥터와 유사한 I/O 소켓을 사용하며, 8kHz D/A 라우드 스피커가 내장되어 있다. AA 건전지 6개(알칼리 전지 권장) 또는 충전식 배터리로 작동한다.

회전 센서가 내장된 스테핑 모터는 기존 마인드스톰 모터보다 고성능이지만, 전용 잭 연결 방식으로 인해 기존 센서 및 모터와의 동시 연결은 불가능하다.

레고 마인드스톰 NXT는 소매용과 교육용 두 가지 버전으로 출시되었다. 교육용 세트는 충전식 배터리와 충전기를 포함하지만, 프로그래밍 소프트웨어는 별도 구매해야 한다. (개인용, 교실용, 사이트용 라이선스 구분)

NXT는 다음의 개발자 키트를 지원한다.

Software Developer Kit (SDK): 호스트 USB 드라이버 정보, 실행 파일 형식, 바이트 코드 레퍼런스 포함
Hardware Developer Kit (HDK): NXT 블록 및 센서 개요 문서 포함
Bluetooth Developer Kit (BDK): Bluetooth 통신 프로토콜 문서 포함

2006년 5월 1일, 레고는 NXT 인텔리전트 브릭 펌웨어를 오픈 소스로 출시할 것이라고 발표했지만, 12월 초까지 공개되지 않았다. 펌웨어 소스는 레고 웹사이트에서 Hardware Developer's Kit, Software Developer's Kit, Bluetooth Developer's Kit와 함께 찾을 수 있다.

'''NXT 주요 사양'''

항목	사양
주 마이크로프로세서	32비트 ARM7 @48MHz, 256KB 플래시 메모리, 64KB 램
보조 마이크로컨트롤러	8비트 Atmel AVR @4MHz, 4KB 플래시 메모리, 512 Bytes RAM
디스플레이	64×100 픽셀 액정 도트 매트릭스 디스플레이
프로그래밍 환경	윈도우 또는 매킨토시 컴퓨터, National Instruments사 개발의 LabVIEW 기반 소프트웨어
통신	USB 2.0 포트, Bluetooth 무선 연결
입력 포트	4개 (6선 케이블 디지털 플랫폼, IEC 61158 Fieldbus Type 4/EN 50 170 ([http://www.p-net.dk/ P-NET]) 호환 확장 포트 포함)
출력 포트	3개 (6선 케이블 디지털 플랫폼)
기타	서드파티 외부 장치 사용 가능 (디지털 와이어 인터페이스)

3. 2. 1. 개발

레고 마인드스톰 NXT의 개발은 2004년에 시작되었다. 당시 레고 그룹은 재정 위기를 겪고 있었는데, 이 위기 극복 노력의 일환으로 2006년에 출시될 제품군은 수익성이 보장되는 비교적 적은 수의 제품을 특징으로 할 예정이었다. 레고 마인드스톰은 강력한 팬층을 보유하고 있었고 광고 없이도 키트 판매가 계속 잘 이루어졌기 때문에, 마인드스톰 로보틱스 인벤션 시스템의 부활은 이러한 제품 중 하나로 선택되었다.^[11]

팬들은 마인드스톰 NXT의 개발과 홍보에 광범위하게 참여했다. 개발팀은 레고 마인드스톰 팬 커뮤니티의 전문가로 간주되는 4명의 취미 애호가들과 협력했다. 이 팬들은 통칭 마인드스톰 사용자 패널(MUP)로 알려졌다. MUP는 NXT 키트의 하드웨어와 디자인에 대한 광범위한 피드백을 제공했으며, NXT 키트의 초기 프로토타입을 배송받고 비공개 인터넷 포럼에서 마인드스톰 팀 구성원들과 소통했다. MUP의 요청에 직접적으로 기반한 NXT의 기능에는 32비트 프로세서 사용, 더 강력한 모터, 그리고 블루투스 호환성이 포함된다.^[11]

3. 2. 2. 출시

레고 마인드스톰 로봇 발명 시스템(RIS)은 1998년 9월에 출시되었으며^[9] 소매 가격은 199USD였다. 세트의 상대적으로 높은 가격 때문에 이 제품은 장난감 가게 대신 베스트바이(BestBuy) 및 컴프유에스에이(CompUSA)와 같은 전자제품 매장에서 판매되었다.^[6] 전체 생산 물량(60,000~100,000개^[10])은 3개월 만에 매진되었다.^[11]^[5]

RIS의 두 번째 버전인 로봇 발명 시스템 1.5는 1999년 여름에 출시되었으며,^[11]^[12] 세 번째 버전인 RIS 2.0은 2001년에 출시되었다.^[13]

레고 마인드스톰 NXT(제품 번호 8527)는 2006년 8월 1일에 출시되었다.^[12] 마인드스톰 NXT는 초대의 마인드스톰을 대체했다.^[45] 첫 해에 3000만달러 상당의 키트가 판매되었다.^[11]

3. 3. 레고 마인드스톰 NXT 2.0 (2009)

2009년 6월 29일에 레고 마인드스톰 NXT 2.0이 발표되었고, 8월 1일에 출시되었다.^[46] NXT 2.0은 부품 수가 619개로 늘어났으며, 2개의 터치 센서와 1개의 초음파 센서, 그리고 신형 색상 센서를 포함했다. NXT 2.0은 부동 소수점 연산을 사용하지만, 초기 모델에서는 정수 연산을 사용했다.^[47] 키트의 가격은 약 280USD이었다.

2010년 11월에는 소프트웨어가 NXT 2.1로 버전 업되었다.

3. 4. 레고 마인드스톰 EV3 (2013)

EV3는 3세대 마인드스톰 제품으로, NXT의 후속 개발 제품이다.^[26]^[27] 2013년 9월 1일에 출시되었다. EV3는 스마트 기기로 제어할 수 있으며, microSD 카드에서 대체 운영 체제를 부팅하여 Debian 기반 운영 체제인 [http://www.ev3dev.org/ ev3dev]를 실행할 수 있다.

레고 마인드스톰 EV3에는 세 가지 버전이 있다.

'''LEGO MINDSTORMS EV3 31313'''

601개의 부품으로 구성되어 있으며, 3개의 서보 모터 (대형 2개, 중형 1개), 3개의 센서 (터치 센서, 적외선 센서, 컬러 센서), EV3 프로그래밍 가능 브릭, 리모컨 (적외선 비컨, 홈/소매 모드에서만 제공)을 포함한다.

'''LEGO MINDSTORMS Education EV3 Core Set 45544'''

541개의 부품으로 구성되어 있으며, 3개의 서보 모터 (대형 2개, 중형 1개), 4개의 센서 (터치 센서 2개, 초음파 센서, 컬러 센서, 자이로 센서), EV3 프로그래밍 가능 브릭을 포함한다.

'''LEGO MINDSTORMS Education EV3 확장 세트 45560'''

853개의 레고 테크닉 부품을 포함한다.

마인드스톰 EV3는 NXT를 더욱 발전시킨 3세대 마인드스톰 플랫폼으로, Evolution(진화)에서 이름을 따왔다.^[48]^[49] 2013년 9월 20일에 발매되었다. MINDSTORMS EV3 세트에는 모터, 센서, EV3 프로그래밍 가능한 블록, 550개 이상의 레고 테크닉 부품과 리모컨이 포함되어 있다. 자이로 센서를 탑재하여 세그웨이와 같은 거꾸로 매달린 진자식 로봇을 조립할 수 있게 되었다.

EV3는 스마트 기기로 제어할 수 있으며, 다음과 같은 기능들이 추가되었다.

'''온 블록 프로그래밍과 온 블록 데이터 로깅:''' 인텔리전트 블록 EV3만으로 프로그래밍과 데이터 로깅을 할 수 있다. 작성한 프로그램과 획득한 데이터는 나중에 컴퓨터로 가져올 수 있으며, 로깅한 데이터는 마이크로 SD 카드에 저장할 수 있어 야외 활동 시에도 편리하다.
'''Auto-ID 기능:''' 센서와 모터를 연결했을 때 인텔리전트 블록 EV3 및 교육용 EV3 소프트웨어가 어떤 포트에 무엇이 연결되었는지를 자동으로 감지하여, 연결 오류 등을 신속하게 발견할 수 있다.
'''USB를 이용한 데이지 체인 연결:''' USB 포트를 이용하여 최대 4대까지의 인텔리전트 블록 EV3를 연결할 수 있다. 데이지 체인으로 연결했을 때, 교육용 EV3 소프트웨어에서는 16개의 모터를 연결한 1대의 인텔리전트 블록 EV3처럼 취급할 수 있어 더욱 복잡한 기구를 작동시킬 수 있다.
'''블루투스 통신과 Wi-Fi 통신:''' 블루투스 통신으로는 최대 7대까지의 인텔리전트 블록 EV3와 통신이 가능하며, USB 포트에 Wi-Fi 동글을 연결하면 Wi-Fi 통신도 가능하다. iPhone 및 Android 탑재 단말과의 연동도 지원할 예정이다.

스펙

OS: 리눅스
CPU: ARM 9
메모리: 64MB
저장 공간: 플래시 메모리(16MB), SD 카드

교육판 EV3 기본 세트에 포함된 것들
부품명	개수
인텔리전트 블록 EV3	1
터치 센서	2
컬러 센서	1
초음파 센서	1
자이로 센서	1
L 모터	2
M 모터	1
충전식 DC 배터리	1
USB 케이블	1
케이블 (50cm)	1
케이블 (35cm)	2
기타, 기어, 샤프트, 빔, 암 등	541

3. 5. 레고 에듀케이션 스파이크 프라임 (2019)

스파이크 프라임(Spike Prime)은 2019년 4월에 발표되었다.^[28] 기본 세트에는 3개의 모터(대형 1개, 중형 2개)와 거리, 힘, 색상 센서가 포함되어 있으며,^[29] STM32F413 마이크로컨트롤러 기반의 컨트롤러 브릭, 그리고 520개 이상의 레고 테크닉 부품이 포함된다.^[30]^[31] 이 모터와 센서의 대부분은, 허브를 포함하여, 당시 출시 예정이었던 로봇 발명가 세트의 전기 부품으로 사용될 예정이다. 레고 마인드스톰 제품 라인에 속하지는 않는다.

3. 6. 레고 마인드스톰 로봇 인벤터 (2020)

레고 마인드스톰 로봇 인벤터는 2020년 6월에 발표되었고, 그해 가을에 출시되었다. 2022년 10월에 테마 단종이 발표되기 전, 마지막으로 상업적으로 판매된 마인드스톰 세트였다.^[40] 이 세트는 스파이크 프라임의 중간 모터 4개, 스파이크 프라임의 센서 2개(거리 센서 및 색상/조명 센서), 6축 자이로스코프, 가속도계, 컨트롤러 및 전화 제어 기능을 갖춘 스파이크 프라임 허브를 포함하고 있다. 또한 902개 이상의 레고 테크닉 부품을 가지고 있다. 이 세트는 2022년에 단종되었으며, 레고는 2024년까지 앱 지원을 약속했다.

4. 프로그래밍 언어

레고 마인드스톰 로봇은 다양한 프로그래밍 언어를 사용하여 제어할 수 있다. 초기 모델인 RCX는 어린이용으로 개발되었지만, 성인 사용자들 사이에서도 인기를 얻었다. 이로 인해 사용자들이 직접 RCX 브릭의 마이크로코드와 펌웨어를 분석하여, "낫 콰이트 C"(Not Quite C, NQC)나 lejOS와 같은 대체 프로그래밍 언어와 운영 체제를 개발하게 되었다.^[11] 레고는 이러한 사용자 커뮤니티를 지원하기 위해 공식 포럼을 개설하고, 소프트웨어 라이선스에 "해킹 권리" 조항을 추가했다.^[11]

RCX, NXT, EV3 등 다양한 마인드스톰 모델에 사용 가능한 프로그래밍 언어는 다음과 같다.

이름	장치	프로그램 유형	언어 유형	참고	링크
액터-랩(Actor-Lab)		사용자 지정 플로우차트와 유사한 언어		Actor-Lab
Ada Interface to Mindstorms		Ada		Ada Interface to MindStorms
brickOS	RCX		C, C++		brickOS
GCC			C, C++, Objective-C, Fortran, Java, Ada, 기타
GNU Toolchain for h8300			C, C++, ASM		GNU Toolchain for h8300
Lego.NET			CIL로 컴파일할 수 있는 모든 항목, C#로 가장 잘 작동	컴파일러가 없으며 CIL을 기계어로 변환	Lego.NET
leJOS	RCX, NXT, EV3	브릭에서 실행, 원격 제어	Java	고급 프로그래머를 위한 Java 기반 시스템	leJOS
librcx			C/C++	GCC용 라이브러리	librcx
Logitech SDK			Visual Basic, Visual C++	Lego Cam을 사용하기 위해 MindStorms SDK의 spirit.ocx와 같은 RCX 제어 라이브러리와 결합 가능	Logitech SDK
NQC	RCX	브릭에서 실행	NQC, C와 유사한 언어	비공식 언어 중 가장 많이 사용	NQC
Mindstorms SDK			Visual Basic, Visual C++, MindScript, LASM	MS Office에는 매크로를 만들기 위해 VB의 축소 버전이 제공되므로 VB 기능을 사용하기 위해 VB가 필요하지 않음	Official MindStorms SDK
OnScreen			RCX에서 직접 프로그래밍할 수 있는 사용자 지정 언어		OnScreen
pbFORTH	RCX		Forth	중단됨	pbForth
PRO-BOT			Visual Basic/spirit.ocx 기반 언어의 일종	워크스테이션과 항상 접촉하는 로봇용으로 설계	PRO-BOT
QuiteC			C	GCC와 함께 사용하기 위한 라이브러리, Windows용 GCC와 함께 제공	QuiteC
RCX Code	RCX		RCX Code, 사용자 지정 플로우차트 기반 언어		RCX Code
ROBOLAB	RCX		LabVIEW 기반의 플로우차트 언어	MindStorms를 사용하는 학교에 제공되는 프로그래밍 환경이며, Lego Cam을 지원	ROBOLAB
SqLego			Squeak		SqLego
LegoLog			프롤로그	Prolog 코드를 실행하는 PC에서 보낸 명령을 해석하기 위해 NQC 프로그램을 사용	LegoLog
PBrickDev			PBrickDev, 플로우차트 기반 언어	datalog 및 서브루틴, 멀티스레딩과 같은 RIS 언어보다 더 많은 기능	PBrickDev

5. 교육 및 경진대회에서의 활용

마인드스톰 EV3 로봇이 여름 캠프의 일환으로 퍼스트 레고 리그(FLL) 코스를 탐색하는 데 사용된다.

마인드스톰 키트는 교육 도구로 판매 및 사용되며, 원래 레고와 MIT 미디어 연구소(MIT Media Laboratory)의 파트너십을 통해 시작되었다.^[35]^[36] 교육용 버전은 '마인드스톰 포 스쿨' 또는 '마인드스톰 에듀케이션'이라고 불리며, 후속 버전에는 터프츠 대학교(Tufts University)에서 개발된 ROBOLAB 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 기반 프로그래밍 소프트웨어가 포함되어 있으며, 내셔널 인스트루먼트(National Instruments)의 LabVIEW를 엔진으로 사용한다.^[37]

레고 마인드스톰은 언어 지식이 없어도 다양한 기능을 가진 로봇을 자유롭게 만들 수 있고, 고도화된 기능을 비교적 쉽게 구현할 수 있어 기업 연수 등에서도 많이 사용된다.^[41]^[42] 또한, 전문가부터 취미가, 모든 연령층으로 구성된 활발한 커뮤니티가 있으며 디자인 및 프로그래밍 기술 및 기타 관련 아이디어를 공유하고 있다.

5. 1. FIRST 레고 리그 (FLL)

레고 마인드스톰은 어린이 친화적인 인터페이스 덕분에, 어린이 중심의 여러 로봇 경진대회의 플랫폼으로 사용되고 있으며, 특히 퍼스트 레고 리그(FLL)가 가장 두드러진다. 세계 로봇 올림피아드 또는 로보컵 주니어에서도 사용된다.^[38]

퍼스트 레고 리그 챌린지(FIRST 레고 리그로 설립)는 레고 마인드스톰 제품을 사용하는 로봇 경진대회이다. 1998년 레고 마인드스톰 출시와 동시에 설립되어 오늘날까지 이어지고 있다. 이는 FIRST와 레고 그룹(The Lego Group)의 협력으로 FIRST 로보틱스 대회보다 낮은 연령대의 아이들을 참여시키기 위해 만들어졌다.^[3] FLL 팀은 9세에서 14세 사이의 어린이와 성인 코치로 구성된다.

5. 2. 대한민국에서의 활용

레고 마인드스톰의 대한민국 내 활용에 대한 내용은 원본 소스에서 찾을 수 없습니다. 따라서 해당 섹션은 작성할 수 없습니다.

참조

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