Výuka umělé inteligence pomocí robotů
Tipy na robotické pomůcky pro výuku strojového učení
Autor: Peter Zafka
Editorka: Eva Nečasová
Poslední aktualizace: 09/2024
V tomto článku se podíváme na zoubky (nebo spíše na kolečka) několika robotických pomůcek, které využívají modely strojového učení, a díky nim se může stát výuka informatiky v oblasti AI skutečně zážitkem, který spojuje přístup STEAM a reálné situace ze života.
Intelino Smart Train
Pokud znáte Ozoboty, bude vám koncept chytrých vláčků Intelino povědomý. Podobnost není čistě náhodná — zakladatel firmy Innokind, která vláčky vyvíjí, je bývalým CTO ve společnosti, která přišla na trh s Ozoboty.
Pomocí čeho se vláček dá programovat a ovládá
- Pomocí barevných dílků, které se vkládají přímo do kolejiště.
- Pomocí mobilní aplikace Intelino Play, která umožňuje vláček ovládat a programovat kombinace barevných dílků, plnit úkoly a výzvy. Existuje také aplikace Intelino Edu Central pro interaktivní výuku.
- Sada bloků pro ovládání vláčku ve Scratchi je dostupná na stránce scratch.intelino.com.
- Po instalaci příslušných knihoven se dá vláček programovat také v programovacím jazyce Python.
Vláček a strojové učení
V rozšíření pro Scratch máte dvě možnosti: můžete využít připravené modely, jako je například Face Sensing, který umožňuje ovládání vláčku pomocí mimiky, nebo si vytvořit vlastní model pomocí Teachable Machine od Google. Tato aplikace vám umožní natrénovat model, který se pak použije k ovládání vláčku. Tvůrci už pro vás připravili jeden vzorový model, který rozlišuje, zda je na kameře viditelná tvář. Proces trénování modelu v Teachable Machine je jednoduchý — pracovat můžete s obrázky, zvuky nebo rozpoznáváním pózy. Nakonec je potřeba model nahrát, získat odkaz a ten vložit do odpovídajícího bloku. A pak už můžete začít! Tým Intelino připravil pro děti také hezké aktivity s Hour of Code.
VinciBot
Robot od firmy Matatalab, který postupně nachází cestu do českých škol. Je možné, že jste někde potkali jeho mladšího bratříčka Tale-Bota, který skvěle konkuruje krokovým robotům typu BeeBot. VinciBot je vybaven celou řadou senzorů, včetně barevných senzorů, Cliff senzoru, infračerveného senzoru, zvukového senzoru, senzoru sledování čáry a ToF LiDAR, a podporuje projekty v oblasti internetu věcí (IoT).
Možnosti programování a ovládání
- Dálkové ovládání: Díky IR ovladači mohou robota snadno ovládat i děti mladší 8 let. Robot dokáže jezdit, přehrávat zvuky a hudbu, rozsvěcovat LED světla, tančit, kreslit a mnohem více.
- Scratch: Na stránce vinci.matatastudio.com je dostupná upravená verze Scratche, která umožňuje plně využít schopnosti VinciBota. Obsahuje bloky pro pohyb, ovládání LED světel, tlačítek na těle robota, programování maticového displeje, detekci barev a další. K dispozici je také několik desítek připravených lekcí. Prostředí lze přepnout do režimu Python Preview, kde je vidět kód v Pythonu. Robota lze připojit přes Bluetooth nebo USB-C kabel. Programy lze spustit přímo nebo nahrát do robota, který je poté provede bez nutnosti připojení. Aplikace je dostupná pro Windows, macOS, iOS a Android.
- Rozšiřující sady: K dispozici jsou dvě rozšiřující sady založené na stavebnici Inventor Kit a Creator Kit, které ještě více rozšiřují možnosti využití robota.
VinciBot a strojové učení
VinciBot využívá prostředí TinyML pro strojové učení a senzor LiDAR. Uživatelé si mohou natrénovat modely pro rozpoznávání písmen, jednoduchých objektů nebo zvuků. Proces vyžaduje registraci. Prostředí není tak intuitivní jako Teachable Machine, ale rychle se v něm zorientujete. Po výběru typu modelu a jeho pojmenování si můžete vybrat z dostupných modelů a začít trénovat. Po úspěšném natrénování modelu jej lze začít využívat v projektech.
VinciBot najde uplatnění nejen v informatice, ale i v dalších předmětech. Díky jeho preciznímu pohybu je vhodný například pro výuku geometrie při kreslení různých rovinných útvarů. Lekce zahrnují i inspiraci pro projekty spojené s internetem věcí, jako je předpověď počasí nebo vzájemná interakce mezi roboty.
Nous (AI set)
Dalším robotem z dílny Matatalabu je Nous, který se prodává jako stavebnice a připomíná klasickou hračku Merkur. Nabízí dvě základní možnosti sestavení: pojízdný robot (Nous Car) nebo statický model (Nous Gima).
Sada obsahuje kameru a dotykový programovatelný displej, a dokonce umožňuje sestavení chytrého větráku nebo automatického otevírání dveří. Robot je navržen tak, aby splňoval požadavky pro výuku AI na základních a středních školách. Kovové součástky, kvalitní servomotory a podpora mnoha funkcí AI činí z tohoto modulárního robota velmi užitečnou pomůcku pro výuku.
Možnosti programování a ovládání
Na stránce nous.matatastudio.com najdete rozhraní na bázi Scratche, které lze přepnout do jazyka Python (nejde jen o náhled jako u VinciBota; plná funkcionalita je zde zachována). Robot lze připojit kabelem nebo přes bluetooth. Programování zahrnuje ovládání servomotorů, displeje, zvuku, kamery a dalších AI funkcí. Aplikace je dostupná pro ChromeOS, macOS, Windows, iOS a Android. Stejně jako u VinciBota se využívá prostředí TinyML pro trénování modelů, například pro rozpoznávání zvuků, obrázků nebo objektů.
Aplikace v praxi
Nous nabízí širokou škálu funkcí, od rozpoznávání obrázků, zvuků, objektů a gest až po pokročilé možnosti jako autopilot nebo rozpoznávání tváří a znaků. Zajímavou funkcí je Matatachat, která umožňuje po registraci bezplatně využít LLM (velký jazykový model) až 20krát denně ve vašich projektech. Všechny tyto funkce jsou dostupné z nabídky AI v horní liště aplikace.
Programování robota lze dále rozšířit použitím senzorů, servomotorů a obrazovky. Projekty mohou zahrnovat detekci zvuku, použití gyroskopu, ToF senzoru (pro měření vzdálenosti a vyhýbání se překážkám), aplikace pro internet věcí nebo programování her a využití AprilTagů (podobné QR kódům).
Robot je k dispozici jako kompletní sada, která obsahuje vše potřebné: hardware, mapu, kartičky s obrázky, AprilTagy a dopravní značky.
Velkou výhodou jsou také návody dostupné přímo v aplikaci, které zahrnují vzorová řešení, instruktážní videa, příručky pro učitele a další užitečné informace o umělé inteligenci. Tyto materiály jsou však k dispozici pouze v angličtině.
Photon
Photon je robot s původem v Polsku, který lze ovládat pomocí mobilních aplikací nebo programovat přes desktopovou aplikaci Photon Magic Bridge (vyžaduje dokoupení donglu). Robot je vybaven senzory dotyku a vzdálenosti.
Možnosti programování a ovládání
Aplikace Photon EDU je určena pro učitele a nabízí různé možnosti ovládání a programování, včetně vytváření individuálních účtů pro žáky. Pro domácí uživatele je k dispozici aplikace Photon Coding. Možnosti programování jsou velmi rozmanité, od kreslení trajektorie přes blokové programování (včetně MakeCode s Micro:bit) až po Python. K dispozici jsou také materiály ve formě tutoriálů a lekcí.
Photon se prodává samostatně nebo jako součást různých sad, které zahrnují sadu pro předškolní vzdělávání, robotiku a programování, sociálně-emoční rozvoj a sadu pro umělou inteligenci.
Sada pro umělou inteligenci
Na Photonovi oceňuji jeho intuitivní ovládání a množství výukových materiálů, včetně příruček a aplikací. Pro výuku umělé inteligence je připravena speciální aplikace Photon AI, která nabízí dvě vzdělávací cesty: jedna je určena pro děti ve věku 7—9 let, druhá pro žáky ve věku 10—14 let. Každá cesta zahrnuje deset lekcí, které kombinují teorii, trénování modelu AI a experimenty. Sada obsahuje také mapu města, po které se robot pohybuje, a experimenty, jako je rozpoznávání textu, simulace inteligentní lednice, robotický policista, piškvorky, počítačové vidění a tvorba chatbota.
Ačkoli je cena sady poměrně vysoká, obsahuje mnoho výukových materiálů, jako jsou mapy, magnetické kartičky s obchody, postavami a jídlem.
Fable
Fable je modulární robot od společnosti Shape Robotics, který je k dispozici ve dvou verzích: rameno Joint a Spin modul, který umožňuje pohyb a obsahuje také senzor barev. Tento robot je vynikající nástroj pro výuku programování a robotiky.
Možnosti programování a ovládání
Programovat ho lze v blokovém prostředí nebo v Pythonu pomocí desktopové aplikace Fable Blockly. Jednotlivé moduly se připojují k počítači přes dongle. Moduly, jako jsou Spin, Joint a stavební díly, se díky magnetům snadno spojují a umožňují vytvářet různé projekty, například robotického hlídacího psa, katapult a mnoho dalších.
Fable a umělá inteligence
Pomocí mobilní aplikace Fable Face lze robota využít k rozpoznávání obličeje, pohybu a dalších funkcí. Pro robota je také dostupný pokročilý projekt ve formě několika lekcí zaměřených na třídění rajčat, kde pomocí K-NN modelu (K nejbližších sousedů) robot rozpoznává a třídí různé modely rajčat. Tento projekt je skvělou ukázkou reálného využití AI.
Robot Otto
Na závěr Otík! Možná jste znali jeho předchozí verzi, která byla open-source. Nyní vzniká pod značkou HP díky české firmě Moravia Consulting nová generace Otíků. Otto je dostupný ve dvou verzích: Builder Kit a Creator Kit — buď s díly vytištěnými na 3D tiskárně, nebo si můžete vytisknout jednotlivé díly sami.
Možnosti programování a ovládání
Pokud jde o programování, Otto nabízí blokové programování na úrovni Scratch Jr. pro začátečníky a slovní blokové programování založené na Scratchi. Robota lze programovat také v jazyce Python a C++. Existuje i prostředí pro dálkové ovládání robota, které funguje ve webovém prohlížeči, nejlépe v Chrome.
Otíci a umělá inteligence
Vývojáři v současnosti pracují na tom, aby byl Otík schopen využívat rozšíření umožňující vnímání videa, detekce tváře, objektů a v neposlední řadě spolupracovat s aplikací Teachable Machine. Určitě se máme na co těšit! Více informací naleznete na stránkách hprobots.com.
Máte svou oblíbenou robotickou pomůcku, se kterou vyučujete umělou inteligenci? Nebo návrh, co bychom mohli otestovat? Chcete se podělit se svými zkušenostmi? Neváhejte a napište na peter.zafka@aidetem.cz! (pozn. editorky: Nadšenějšího člověka nenajdete! ♥)
AI dětem, z.s.
IČ: 17914582
Datovka: 4czjq6u
Číslo účtu: 2002446742/2010
Poptáváte vzdělávací akci či spolupráci?
Ozvěte se Kláře na: klara@aidetem.cz
Další kontakty naleznete v sekci Lidé.