Jeder kann das! Bauen Sie Ihren eigenen KI-Roboter von Grund auf

Von selbstfahrenden Autos bis zur Softwareentwicklung, von der Finanzbranche bis zum medizinischen Bereich – künstliche Intelligenz (KI) integriert sich schnell in jeden Aspekt unseres täglichen Lebens , insbesondere große Modelle wie ChatGPT, die in unserer Gesellschaft und der Weltwirtschaft eine immer wichtigere Rolle spielen.

Angesichts der bevorstehenden KI-gesteuerten Gesellschaft hat die Frage der Demokratisierung der KI-Bildung zunehmend an Aufmerksamkeit gewonnen.

Obwohl viele vorhandene Roboterplattformen in der KI-, Multimedia- und Robotikausbildung eingesetzt werden können, weisen sie im Allgemeinen Probleme auf, wie beispielsweise hohe Kosten, einheitliches Design und mangelnde Attraktivität .

Wie können wir allen eine erschwingliche, qualitativ hochwertige und attraktive KI-Ausbildung ermöglichen?

Jetzt gibt es eine neue Option: Ein Forscherteam der University of Southern California und der Cornell University hat ein kostengünstiges, zugängliches Open-Source-Lernmodul entwickelt, mit dem College- und Highschool-Studenten ihre eigenen Roboterfreunde von Grund auf bauen können.

Es wird berichtet, dass dieses Lernmodul nicht nur Open-Source-Dokumentation, Montageanleitungen und erschwingliche Materialien bietet, sondern auch frei angepasst und erweitert werden kann, um Schülern aus unterschiedlichen sozioökonomischen Verhältnissen dabei zu helfen, personalisierte Lernerfahrungen basierend auf ihren persönlichen Bildungszielen zu erzielen.

Darüber hinaus legt dieses Lernmodul besonderen Wert auf menschenzentrierte KI , in der Hoffnung, dass die Studierenden durch praktische Lernaktivitäten die Interaktion zwischen Mensch und KI sowie ethische Fragen der KI besser verstehen können.

Das zugehörige Forschungspapier mit dem Titel „Build Your Own Robot Friend: An Open-Source Learning Module for Accessible and Engaging AI Education“ (Bauen Sie Ihren eigenen Roboterfreund: Ein Open-Source-Lernmodul für zugängliche und ansprechende KI-Bildung) wurde kürzlich auf dem Education Symposium der Association for Advanced Artificial Intelligence (AAAI) veröffentlicht.
„Wir glauben, dass es für Schüler sehr wichtig ist, sich KI-Wissen anzueignen, genauso wie sie Mathematik und Physik lernen“, sagte Zhonghao Shi, einer der Erstautoren des Artikels. „Wir verwenden diese Themen vielleicht nicht jeden Tag, aber ein grundlegendes Verständnis dieser Konzepte hilft uns, besser zu arbeiten und über neue Technologien auf dem Laufenden zu bleiben .“

Erschwinglich, anpassbar, menschenorientiert

Berichten zufolge besteht das Open-Source-Lernmodul hauptsächlich aus drei Teilen: Robotik, maschinelles Lernen (ML), Softwareentwicklung und Maschinenbau und bietet den Studierenden praktische Erfahrungen und eine Einführung in verschiedene Aspekte der KI. Es verfügt über die folgenden drei Hauptfunktionen:

1. Erschwinglich

Das Forschungsteam passte Blossom, einen kleinen Open-Source-Roboter, der ursprünglich von Hoffman an der Cornell University entwickelt wurde, an und vereinfachte ihn (von 63 auf 20 Komponenten), was die Kosten und die Entwicklungszeit für die Lernenden reduzierte. Zur Herstellung der Materialien entschieden sie sich für die 3D-Drucktechnologie anstelle des teureren Laserdrucks, wodurch es möglich wird, einen maßgeschneiderten Roboter für etwa 250 US-Dollar herzustellen. Die Produktionskosten sind im Vergleich zu bestehenden Roboterplattformen wie dem NAO-Roboter (Kosten ca. 15.000 US-Dollar) oder dem Poppy-Roboter (Kosten ca. 7.000 US-Dollar) deutlich niedriger. Darüber hinaus verkürzen diese Verbesserungen auch die Montagezeit des Roboters, wodurch der Roboter erschwinglicher und benutzerfreundlicher wird.

2. Anpassbarkeit

Das Forschungsteam hat die Open-Source-Software- und Hardwarematerialien in den Lernmodulen aktualisiert und ausführliche Dokumentationen und Video-Tutorials erstellt. Lernende können nicht nur ganz einfach ihre eigene Basisversion des Roboters erstellen, sondern auch ihre Kreativität nutzen, um den Roboter mit erweiterten Funktionen nach ihren Wünschen anzupassen.

Allison O'Connell, Co-Erstautorin des Artikels, entwarf mithilfe von Häkeltechniken fünf verschiedene Looks für Blossom und erstellte für jede Version detaillierte, leicht verständliche Muster und Anleitungen, darunter Baby-Strampler sowie Strick- und Häkeloptionen, die kostengünstig und individuell anpassbar sind.

Nachdem die Schüler den Roboter gebaut haben, können sie Blossom mit Funktionen wie Roboter-Augenbrauen, farbwechselnden Lichtern und sogar einem ausdrucksstarken Gesichtsbildschirm weiter anpassen.

„Indem wir das Basteln in dieses Projekt einbeziehen, hoffen wir, kreative Schüler anzusprechen, die vielleicht nie darüber nachgedacht haben , wie sie ihre Fähigkeiten mit Robotik und Ingenieurwesen kombinieren können .“ Für O’Connell war Kreativität ein wesentlicher Teil ihres eigenen Ingenieurswegs.

Abbildung: Der Roboter ist so programmiert, dass er die Kopfhaltung des Benutzers erkennt und die Kopfbewegungen des Benutzers nachahmt.

3. Menschenorientiert

Vorhandene KI-Lernmodule konzentrieren sich hauptsächlich auf KI-Agenten ohne soziale oder ausdrucksstarke Fähigkeiten und berücksichtigen noch nicht die menschenzentrierte KI und ethische Fragen der KI. Im Bereich der Robotik decken bestehende Kurse und Lernmodule ein breites Spektrum allgemeiner Robotikaufgaben ab, beispielsweise die Lokalisierung und Manipulation von Robotern. Auch in der Ausbildung zum maschinellen Lernen konzentrieren sich Kurse und Lernmodule in erster Linie auf die technischen Aspekte der Pipeline für maschinelles Lernen und verwenden häufig Datensätze, bei denen der Mensch nicht im Mittelpunkt steht.

Das Forschungsteam ist der Ansicht, dass es sehr wichtig ist, das Thema menschenzentrierte KI in die KI-Ausbildung einzubeziehen. Sie haben das KI-Lernmodul zum Bau eines persönlichen sozialen Roboters eingerichtet, um die Studierenden in dieses Thema einzuführen, und sie haben das Lernen so konzipiert, dass es Bildungsinhalte im Zusammenhang mit menschenzentrierter KI abdeckt, wie etwa Mensch-Computer-Interaktion, menschliche Wahrnehmung, affektive Datenverarbeitung und KI-Ethik .

Bauen Sie Ihren eigenen Roboterbegleiter

Zur Evaluierung des Lernmoduls führte das Forschungsteam einen zweitägigen Usability-Test-Workshop mit 15 Universitätsstudenten durch.

Die Schüler wurden in vier Gruppen aufgeteilt und folgten den Anweisungen im Lernmodul, um den Roboter Blossom zusammenzubauen und sein Äußeres mit gestrickten Accessoires zu versehen. Sie bauten und programmierten einen Roboter, der die Kopfhaltungen der Benutzer erkennt, verfolgt und nachahmt, und verwendeten vorab trainierte Modelle zur Verfolgung der Kopfhaltung und Gestenerkennung, um das Nickverhalten der Benutzer zu erkennen und nachzuahmen. Am Ende des Workshops haben die Schüler aller vier Gruppen ihre Arbeitsziele erfolgreich abgeschlossen.

Nach dem Workshop hatten 92 % der Teilnehmer das Gefühl, dass der Workshop ihnen geholfen hat, mehr über Robotik und Elektrotechnik, Informatik und Softwaretechnik, KI und ML sowie Maschinenbau zu lernen. 85 % der Teilnehmer gaben an, dass der Lernprozess leicht verständlich war; und alle Teilnehmer hatten das Gefühl , dass der Workshop sie dazu ermutigt hat, in Zukunft mehr über Robotik und KI zu lernen .

Abbildung: Ergebnisse der Skalenumfrage.

Die oben genannten Forschungsergebnisse zeigen, dass dieses Lernmodul effektives, einfach zu bedienendes und attraktives KI-Lernen ermöglichen kann, das das Interesse der Schüler an weiteren Lerninhalten im Bereich Robotik und KI steigern kann.

In zukünftigen Arbeiten plant das Forschungsteam, das Modul mit Schülern der Oberstufe zu evaluieren, um das Modul für den Einsatz mit Schülern auf verschiedenen Bildungsstufen weiter zu validieren und zu verbessern.

„Wir freuen uns, den Menschen auf der ganzen Welt mehr über unser Projekt zu erzählen“, sagte Shi. „Wir möchten sicherstellen, dass Menschen aller sozioökonomischen Hintergründe die Möglichkeit haben, eine KI-Ausbildung zu erhalten und am Prozess der Verbesserung der KI mitzuwirken.“

Referenzlinks:

https://arxiv.org/abs/2402.01647

https://viterbischool.usc.edu/news/2024/02/how-to-build-your-own-robot-friend-making-ai-education-more-accessible/