Искусственный интеллект в робототехнике: как школьники делают машины умнее

Сегодня нейросети пишут статьи, программный код, управляют автомобилями и светофорами — и даже нарисовали нам иллюстрации к этой статье. Нейронки изучают даже школьники, вместо стругания скворечников и шитья фартуков. R:ED Robotics Education и руководитель отдела разработки проекта «Роботрек» Артем Поляков рассказывают, как школьники осваивают создание нейросетей, причем здесь роботы — и как симбиоз двух направлений меняет мир.

<p><i>Иллюстрации в этой статье сгенерированы нейросетью Midjourney.</i></p>

В сказочной повести 1939 года «Волшебник Изумрудного города» соломенное пугало Страшила мечтало о мозгах. У современных детей вместо этого персонажа — роботы из конструкторов, которым тоже не хватает сознания. Или хотя бы его цифрового аналога.

Применение искусственного интеллекта (ИИ) — одно из направлений робототехники. В конце 2022 года важность робототехники признали на государственном уровне: президент Владимир Путин поручил правительству разработать федеральный проект по развитию этого направления. Сегодня в России робототехнику изучают в младших классах школы. А ведь еще каких-то 10 – 15 лет назад школьники на уроках Технологии собирали табуретки.

Как российские школьники создают «умных» роботов и зачем им этот навык? Мы попросили рассказать об этом Артема Полякова, руководителя отдела разработки проекта «Роботрек» — создатели робототехники и инновационных образовательных программ для детей и школьников в России и СНГ.

<i>Так нейросеть представляет себе школу будущего.</i>

Мне повезло: я работаю по специальности, и мне это нравится. Я окончил университет ИТМО по направлению «Мехатроника и робототехника» и с 2018 года создаю и преподаю робототехнику для детей.

Мой главный мотиватор — интерес к развитию технологий. А развиваются они стремительно. Когда я заканчивал школу 10 лет назад, на информатике мы программировали на Basic и Pascal. На уроке технологии мы и вовсе собирали табуретки. Сейчас подростки «кодят» на Python и изучают робототехнику, 3D-моделирование и даже принципы электротехники уже в школе.

<i>Артем на мастер-классе с учениками.</i>

Искусственный интеллект за последние годы тотально проник в нашу жизнь. Например, с его помощью работают системы распознавания лиц на видео, чат-боты клиентской поддержки, алгоритмы оценки рисков бизнеса.

При этом понятие искусственный интеллект не совсем отражает реальность: никакого интеллекта в нашем понимании у машин нет. Речь идет о созданных программистами алгоритмах, решающих сложные задачи, которые еще недавно были под силу лишь человеческому мозгу.

<i>Робот снимает дорогу на видеокамеру — так это видит искусственный интеллект.</i>

Робототехнику и искусственный интеллект можно объединить. Робот научится распознавать пространство, если установить видеокамеру с модулем искусственного интеллекта. В промышленном масштабе интеграция двух направлений позволяет создавать, например, роботов-администраторов отелей, сборщиков товаров или курьеров.

Миф: ИИ заменит людей и лишит их работы. Развитие технологий лишь избавит нас от рутины, сделает работу интересной и творческой. Например, автономному комбайну не нужен комбайнер, но нужен инженер, который обучит систему, будет поддерживать ее в рабочем состоянии и обновлять. Да, комбайнеру придется переучиться, но и зарабатывать он будет больше.

<i>Робот в роли учителя робототехники. Иллюстрация: Midjourney.</i>

Еще пару лет назад искусственный интеллект в школах не изучали, ведь для этого нужно было уметь программировать на языке Python, а его преподавали лишь в университетах. Однако «умные» технологии все активнее входят в нашу реальность, и дети стремятся их изучать. Поэтому мы в «Роботреке» разработали методику, которая упрощает школьникам изучение алгоритмов ИИ.

Дети начинают изучать нейронные сети с 7 лет. На этом этапе мы просто объясняем, что они похожи на человеческий мозг — отсюда и название. Только нейросети обрабатывают больше информации, выдавая результат за секунды. Также мы рассказываем детям о том, как эту технологию используют в повседневной жизни.

<i>Дорожная система будущего в представлении искусственного интеллекта.</i>

Многие не задумываются о том, что фильтры и маски в фото-приложениях — это примеры работы нейросетей. Как и оплата по лицу в московском метро. А еще на нейросетях основана работа беспилотного транспорта и умных светофоров. ИИ распознает объекты на дороге и принимает решения (например, об остановке автомобиля или о смене сигнала с зеленого на красный).

Младшие школьники имеют дело с готовыми нейросетями, которые мы заранее обучили. Дети собирают робота, программируют его и подключают нейросеть. А затем смотрят, как все работает, и думают, что можно улучшить.

Уже начиная с 10-12 лет ребята учатся создавать собственные нейросети. Чтобы им было проще, мы создали блочную среду, основанную на Python. В блочной среде дети создают нейронную сеть из карточек (блоков) , в которые они вписывают параметры, и компьютер преобразует эти карточки в полноценный код на Python Так школьник почти самостоятельно создает нейронную сеть.

<i>Может показаться, что это фотография. Но эту картинку тоже сгенерировала нейросеть. Обратите внимание на руки — детали искусственный интеллект пока еще не умеет передавать точно.</i>

Подростки даже сами обучают нейронные сети. Например, если речь о распознавании сигналов светофора, они «показывают» алгоритму с десяток изображений светофоров с разными сигналами. По этим данным нейросеть учится, а затем выдает результат. Например, определяет, что светофор неисправен. Такую программу можно установить на робота.

Я считаю, что школьник способен изучать языки программирования уже в 12 лет. Уметь писать код очень важно: это помогает понять, как работают технологии.

<i>Учителя по искусственному интеллекту в фантазии нейросети выглядят как герои рассказов А. Беляева.</i>

Самое сложное в преподавании искусственного интеллекта — это найти людей, которые хорошо знают предмет и готовы работать в школе. Увы, зарплата педагога сильно проигрывает зарплате программиста.

Поэтому «Роботрек» обучает технологиям ИИ школьных педагогов, предоставляя все необходимые материалы. С помощью небольших и понятных методичек, учителя робототехники быстро осваивают ИИ — и эффективно погружают в тему школьников. Также мы даем список дополнительной литературы, чтобы преподаватели могли лучше понимать нестандартные задачи и готовить ребят к соревнованиям.

Участник соревнований по робототехнике. Тоже сгенерирован нейросетью — даже не верится, что это не настоящий ребенок.

Лучший тренажер навыков — это участие в хакатонах и соревнованиях по робототехнике. Дети испытывают свои способности в условиях ограниченного времени — отличная возможность применить полученные знания. На хакатонах команды несколько дней решают конкретную задачу. Участие может стать для ребят репетицией будущей работы в компании — некоторые команды создают целые бизнес-проекты.

Детские соревнования по робототехнике и искусственному интеллекту:
До 20 февраля открыта регистрация на международный фестиваль R:ED Fest — состязания по проектированию роботов, программированию и 3D-моделированию.
«Нейрофест» — фестиваль о работе мозга и нейротехнологиях.
«ДЕТалька» — соревнования по цифровым технологиям, образовательной робототехнике и нейротехнологиям.
Подборка актуальных робототехнических соревнований — в Telegram-канале R:ED Robotics Education. Следите за обновлениями!

<i>Как будет выглядеть работа детей, которые изучают искусственный интеллект? Воображает нейросеть.</i>

Data Scientist и Big Data. Это работа с большими массивами данных. Например, создание рекомендательных алгоритмов для интернет-магазинов.

Видеоаналитика. Искусственный интеллект находит объекты в видеопотоке, например, распознает номера машин — технология широко используется в уличном видеонаблюдении и помогает фиксировать нарушения правил дорожного движения.

Геймдизайн. Имитация разума неигрового героя (NPC) . С помощью искусственного интеллекта можно «создать» реакции персонажа на действия игрока.

На самом деле сфера применения может быть любой — тут все ограничивается фантазией. Все эти направления, скорее всего, останутся востребованными в ближайшие десятилетия. При этом основные принципы работы ИИ везде одинаковы — отличаются только задачи и алгоритм действий. Изучая ИИ в школе, ребенок сможет выбрать направление по душе и продолжить учебу в университете. Главное — как можно раньше начать изучение основ.