Инженеры Саратовского государственного техуниверситета (СГТУ) имени Ю. А. Гагарина создают робота, который будет следить за вниманием учеников на уроке. Права на этот патент 18 ноября 2021 года перешли к магнитогорской компании «Андроидная техника» – технологическому партнёру университета и одному из главных разработчиков робототехнических комплексов в России.
Роботов готовят к школе – повышать дисциплину
Комплекс рассчитан на повышение эффективности образовательного процесса. В основе инновации лежит оценка вовлечённости каждого учащегося: система обрабатывает выражения лиц детей. Саму нейросеть обучали на 40 тыс. изображений, указано в патенте.
Проектом руководит профессор кафедры системотехники и управления в технических системах СГТУ Михаил Степанов.
– Во время учебного занятия все занимаются неодинаково. Кто-то слушает, а кто-то смотрит в окно или рисует. Растёт нагрузка, а вместе с ней и разница в уровне подготовки учеников. Это создаёт на уроке дополнительные трудности для педагога. Ему сложно делить класс на подгруппы и заниматься с каждой отдельно. Отличникам и двоечникам становится скучно, и они начинают мешать остальным, – рассказал о замысле профессор.
«Мы попытались реализовать схему, при которой робот мог бы давать задания отличникам и двоечникам, а педагог занимался бы основной массой – середняками».
Михаил Степанов
профессор кафедры системотехники и управления в технических системах СГТУ
Тестировали комплекс в Саратове на базе робота AR-600, отметил Степанов.
Человекоподобный робот AR-600 создан в Калининградской области учёными лаборатории «Интеллектуальная робототехника» и научно-производственным объединением (НПО) «Андроидная техника» для полётов в космос ещё в 2013 году. Машина снабжена манипуляторами с пятипалыми кистевыми схватами, головным блоком с видеокамерой, туловищем с лазерным дальномером, микрофоном и акустической системой; оснащена программным обеспечением для навигации, ориентации, обработки видео и речи, системой специализированного командного языка для внешнего управления с использованием Wi-Fi и другими устройствами.
18 апреля 2013 года. Настройка робота AR-600 для демонстрации в научно-исследовательской лаборатории антропоморфных робототехнических систем «Интеллектуальная робототехника» в Балтийском федеральном университете имени И. Канта в Калининграде.Фото: Игорь Зарембо/РИА Новости
К робототехническому комплексу уже есть интерес со стороны образовательных организаций, подчеркнул Степанов. По его словам, многие педагоги оказались достаточно продвинутыми в плане принятия инноваций.
– Когда мы начинали проект, хотели его отдать для опытной эксплуатации в один из московских координационно-реабилитационных центров. Это учебное заведение для детей с ограниченными возможностями здоровья. Мы заключили устную договорённость в 2019-м, что после окончания проекта передадим им комплекс в эксплуатацию. Но грянула пандемия, и всё поменялось, – рассказал собеседник издания о задержке сроков реализации проекта.
Робо-Марьиванна имеет базовую защиту от хулиганов с последней парты
В мире уже созданы похожие программно-аппаратные комплексы, но без системы контроля за поведением, уточняется в патенте на разработку. По замыслу саратовских учёных, робот – помощник педагога контролирует вовлечённость школьников или студентов непрерывно в течение занятия и выявляет изменения их эмоционального состояния по фото и видео лиц. Это происходит непосредственно на уроке с помощью камер, установленных на компьютерах учащихся, и программы распознавания эмоций с упомянутой нейросетью.
Системы кодирования лицевых движений известны с 1970-х годов. Сегодня разработаны универсальные критерии для описания мимики. Это около 90 базовых признаков и семь основных эмоций: радость, удивление, печаль, гнев, отвращение, страх, презрение. Софт следит за движениями головы, глаз, общим поведением. Саратовские инженеры отмечают, что первая попытка обучения не дала результатов и показала необходимость предварительной ручной обработки изображений из-за их недостаточного качества: особенно плохо распознавались злость, страх и печаль. Однако затем удалось достичь точности распознавания до 85 процентов.
Скриншот иллюстрации из патента
Но зачем тогда нужен робот? Если школьник отвлекает себя и других, робот приближается к парте и жестами, голосом или видео на встроенном мониторе делает внушение. Напоминает о поощрениях, например о просмотре мультфильма. Если отличник справился с задачей, робот покажет на мониторе новую, а двоечникам объяснит, как её решить.
– Фактически это замена заданий и объяснений правил. Иногда учитель может потратить на это половину урока, но терпение не безгранично. А робот готов повторять сколько угодно раз и при этом контролировать качество. Педагог же будет заниматься с основной массой, – пояснил Степанов.
Он уверяет, что у робота-учителя нет опции давать затрещины хулиганам. Напротив, учёные сделали корпус робота вандалоустойчивым.
Например, он не опрокидывается при ударе – робот на колёсной базе, пояснил руководитель проекта. Он уточнил также, что на кафедре СГТУ создали новое устройство, которое в 10 раз дешевле моделей «Андроидной техники» (стоимость AR-600 около 11 млн рублей).
Есть также опция с обработкой электроэнцефалограмм: ученики надевают на голову небольшие датчики, подсоединённые к энцефалографу, для оценки активности мозга. Ведь взгляд-то может быть чётким, а мысли где-то в стороне, пояснил Степанов. Это помогает выявить ритмы мозговой активности: в режиме спокойствия или в режиме решения когнитивных задач находится ребёнок. Так определяют, занят ученик предметом или нет, и если нет, то к нему подъезжает робот.
Нынешние роботы пока что в тени ожиданий от роботов будущего
НПО «Андроидная техника» – один из главных разработчиков робототехнических комплексов в России. В 2016 году инженеры создали человекоподобного робота Фёдора для спасательных операций в космосе. В августе – сентябре 2019 года FEDOR побывал на околоземной орбите на корабле «Союз МС-14». Но главный продукт НПО – гусеничный боевой робот «Маркер» для охраны объектов «Роскосмоса». Недавно фирма разработала медбота – робототехническую систему для борьбы с COVID-2019. Весной этого года структуры «Роскосмоса» заказали у «Андроидной техники» ещё одного робота для открытого космоса.
Боевой робот «Маркер» – разработка НПО «Андроидная техника».Фото: сайт корпорации «Роскосмос»
Объединение «Андроидная техника» (контролируется Александром Пермяковым) сотрудничает с саратовским университетом больше семи лет. В 2017 году общая сумма госконтрактов компании с СГТУ превысила 15 млн рублей, почти столько же было в 2018-м. По данным базы «Контур.Фокус», выручка компании в 2020 году составила 68,3 млн рублей (снижение в 2,5 раза по сравнению с 2019-м), чистая прибыль – 1,5 млн рублей.
Робототехникой интересуются многие российские технологические структуры, регулярно выходят анонсы и организуются показы, однако действительно успешными эти разработки назвать сложно. В 2016 году сообщалось об испытаниях боевого робота-андроида «Аватар» (Фонд перспективных исследований). В 2017-м президенту показывали туловище робота Руслана от тюменских разработчиков. В 2018-м концерн «Калашников» представил управляемого прямоходящего Игорька весом четыре с половиной тонны.
А первого в стране робота-учителя создали в 2016 году сотрудники Казанского федерального университета (КФУ) тоже на базе модели «Андроидной техники». Сообщалось, что EVA передвигается по классу со скоростью пять километров в час, распознаёт лица и речь учеников, отвечает на их вопросы и шутит. Свой первый урок информатики она провела в IT-лицее КФУ, но с тех пор про робота ничего не слышно.
10 декабря 2021