Mistrzowskie ruchy, czyli jak roboty mogą zmienić sposób zapisu i tworzenia muzyki
Rozwój modeli sztucznej inteligencji i robotyki sprawił, że roboty stały się inteligentnymi partnerami, a ich zastosowanie może zmienić różne aspekty naszego życia. Badania prowadzone w dziedzinie neuronauki pokazują szereg korzyści wynikających z fizycznych interakcji w procesie nauki złożonych zadań sensomotorycznych. Wynika z nich, że wspólne wykonywanie określonych zadań przez dwie osoby i fizyczne interakcje między nimi poprawiają osiągi względem sytuacji, w której to samo zadanie wykonuje samotnie jedna osoba. Opierając się na tej koncepcji, konsorcjum obejmujące ośmiu partnerów rozpoczęło realizację finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu CONBOTS, którego celem było zaprojektowanie nowej klasy robotów łączących ludzi w pary, aby usprawnić naukę pisma odręcznego i doskonalenie umiejętności muzycznych, a w szczególności gry na skrzypcach. „Każdy człowiek uczy się pisania na pewnym etapie życia - zdobycie tej umiejętności przekłada się na naukę przez całe życie. Granie na skrzypcach wymaga z kolei nabycia bardzo precyzyjnych i specyficznych umiejętności sensomotorycznych. Z tego względu oba zadania stanowią pewne wyzwanie, a zarazem dopełniają się nawzajem, dzięki czemu pozwalają na zaprezentowanie skuteczności opracowanego przez nasz zespół podejścia”, wyjaśnia Domenico Formica, koordynator projektu CONBOTS.
Rozwój robotycznych nauczycieli
W ramach projektu zespół połączył różne technologie w ramach jednej platformy, która objęła urządzenia robotyczne, ubieralne czujniki, a także zaawansowane algorytmy sterowania i modelowania. Roboty zostały opracowane z myślą o fizycznym połączeniu dwóch osób wykonujących to samo zadanie. Urządzenia opracowane przez zespół projektu CONBOTS powstały w celu wykorzystywania ich w parach - każdy użytkownik doświadcza interakcji z własnym robotem i odczuwa dzięki temu co robi druga osoba. Wszystko to jest możliwe dlatego, że urządzenia są połączone algorytmem sterującym, dzięki któremu możliwe jest przenoszenie siły i ruchu z jednego urządzenia na drugie. Naukowcy opracowali dwa egzoszkielety kończyny górnej dla nauczyciela i ucznia ćwiczących grę na skrzypcach, noszone przez badanych podczas ćwiczenia techniki korzystania ze smyczka. Ubieralne czujniki służą do zbierania danych fizjologicznych, takich jak tętno i przewodnictwo skóry, a także parametrów ruchu, w tym jego płynności. Zebrane dane pozwolą na rozwój modeli uczenia maszynowego, które ocenią poziom zaangażowania badanych i umożliwią modulowanie fizycznego połączenia między nimi. Zespół projektu CONBOTS wykorzystał teorię gier w celu opracowania ram obliczeniowych na potrzeby modelowania interakcji człowiek-robot i człowiek-człowiek podczas wykonywania zadań. Co więcej, badacze wykorzystali poważne gry oparte na technologii rzeczywistości rozszerzonej, połączone z czujnikami ubieralnymi i przyrządami w celu zaprojektowania dwukierunkowego interfejsu użytkownika. „Opracowane technologie mogą usprawnić naukę umiejętności motorycznych i ułatwić nabywanie określonych kompetencji wymaganych do wykonywania pewnych zadań”, mówi Formica. „Nasze podejście można jednak wykorzystać w kilku dodatkowych kontekstach, począwszy od rehabilitacji ruchowej po rozwój nauki o sporcie”.
Weryfikacja korzyści w praktyce
Prace zespołu projektu CONBOTS zaowocowały istotnymi i ciekawymi wnioskami. Badacze wykazali między innymi, że komunikacja haptyczna za pośrednictwem robotów jest skuteczniejsza od wskazówek wizualnych, gdy konieczna jest synchronizacja działań. Pomimo trudności z przełożeniem nowych technologii robotycznych na rzeczywiste rozwiązania, badaczom udało się osiągnąć wszystkie swoje cele dzięki połączeniu umiejętności inżynierów, robotyków, psychologów edukacyjnych, muzykologów i nauczycieli. Dostęp do różnorodnej wiedzy specjalistycznej umożliwił partnerom znalezienie najlepszego kompromisu między osiągami i użytecznością rozwiązania. Najnowsze wersje obu platform robotycznych zostały przetestowane z udziałem 15 par dziecko-rodzic w zakresie nauki pisania odręcznego, z kolei 60 muzyków przetestowało rozwiązanie wspierające naukę gry na skrzypcach. W trakcie realizacji projektu różne rozwiązania technologiczne zostały przetestowane z udziałem przeszło 300 ochotników.
Słowa kluczowe
CONBOTS, robotyka, roboty, czujniki ubieralne, edukacja, umiejętności motoryczne, uczenie maszynowe
