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(odnośnik otworzy się w nowym oknie), 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(odnośnik otworzy się w nowym oknie), 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
