Otroci AI naučijo malo človečnosti s Cognimates

Avtorica Stefania Druga, skupina Personal Robots

Inteligentne igrače in pogovorni zastopniki so prisotni v otroških domovih, saj več kot 47,5 milijona odraslih že uporablja pametne pomočnike (kot je Amazonova Alexa) samo v ZDA. To sproža vprašanja o vplivu AI na otrokovo vedenje. Med mojim časom v skupini Osebni roboti v medijskem laboratoriju MIT je bil poudarek na moji raziskavi, da bi bolje razumeli to generacijo otrok, ki odraščajo z AI, da bi zaščitili in spodbudili pozitiven razvoj. Ustvaril sem Cognimates kot odprtokodno platformo za AI pismenost za otroke od 7 do 14 let. Medtem ko šole in starši začenjajo prepoznati kodiranje kot eno od potrebnih literatov za otroke, menim, da je pomembno tudi, da se mladi seznanijo s pojmi AI in strojnega učenja prek praktičnih projektov, da bodo lahko bolj ozaveščeni in kritično uporabljali teh tehnologij.

Platforma Cognimates želi doseči to z omogočanjem otrokom programiranja in prilagajanja utelešenih inteligentnih naprav, kot sta Alexa in pametni robot Cozmo. Otroci lahko platformo uporabijo tudi za treniranje lastnih modelov AI, naučijo se sestaviti igro, ki se sčasoma igra z njimi, in ustvari namestitev, kjer celotna soba reagira na način, kako opisujejo svoje sanje. Cognimates temelji na več delih (vključno z jezikom za vizualno programiranje) odprtokodne platforme Scratch, ki jo je ustvarila skupina Lifelong Kindergarten v laboratoriju MIT Media Lab. Glavni cilj platforme Cognimates je razširiti kodiranje na AI izobraževanje in opismenjevanje.

Najprej ljubi: tinkarjenje, učenje in poučevanje
Kot mnogi študenti Media Lab-a je tudi moja pot daleč od linearne, vendar je bila nit, ki me je združevala, vedno tudi moja ljubezen do učenja, ki jo je vodila velika radovednost. Rodil sem se v Maneciu-Ungureni, majhnem mestu v Transilvaniji, Romunija. Moja mama je učiteljica, oče pa elektrotehnik. Odraščanje moram odkriti in deliti njihove strasti. Skupaj z očetom sem se naučil načrtovati in graditi karkoli, od pohištva v moji sobi do stvari, ki smo jo zamenjali iz starih avtomobilskih delov, ki smo jih kupili na sejmih. S svojo mamo sem odkrila, koliko dober učitelj lahko dotakne življenja svojih učencev. Moram videti, kako je bila mama duša skupnosti v majhni vasi, kjer je poučevala. Študentom ne bo pomagala le z njihovimi akademskimi težavami, ampak je tudi poslušala njihove osebne boje in pomagala njim in njihovim družinam v trenutku. Že od malih nog sem razumel, kako pozitiven vpliv lahko imajo dobri učitelji v svojih skupnostih in zakaj je pomembno povezovanje in delo z ljudmi na osebni ravni.

Delavnica Hackidemia STEAM za družine v Singapurju 2014. Kredit: Delavnica Hackidemia STEAM za družine v Singapurju 2014

Sčasoma bi združila mamino ljubezen do poučevanja s strastjo mojega očeta do praktičnega spreigravanja v svojem življenjskem delu. Začel sem Hackidemia, neprofitna izobraževalna organizacija STEM, v letu 2012. Svoj prvi magisterij sem pridobil na področju Media Engineering for Education in eno leto delal pri Googlovi skupini za kakovost iskanja v Dublinu, preden sem se odločil, da želim nadaljevati svojo strast za izobraževanje in imajo neposrednejši vpliv. Zapustil sem Google in šel v Kambodžo štiri mesece prostovoljno v sirotišnico zunaj prestolnice Phnom-Penh. Tu sem delal z otroki vseh starosti in jih učil vsega, kar sem lahko: matematiko, angleščino, literaturo, kako uporabljati računalnike in internet, fotografijo, popravljati stvari. Starejši otroci bi nato predavali svoje znanje z poučevanjem mlajših otrok.

Med to izkušnjo sem odkrila, kako močno je omogočiti otrokom, da se učijo in poučujejo in se ukvarjajo s praktičnimi projekti, ki so pomembni v njihovih lokalnih skupnostih. Potem ko sem se pridružil CRI, interdisciplinarni raziskovalni skupini na področju življenjskih znanosti na pariški univerzi Descartes, sem se odločil, da bom začel voditi podobne delavnice v francoskih šolah. Medtem ko sem se prijavljal za doktorat na CRI, mi je eden od prijateljev pripovedoval o poletnem programu za družbeni vpliv pri Nasi, imenovanem univerza Singularity (SU). Na SU sem spoznal tudi enega izmed ljudi, ki me je pri zasledovanju sanj najbolj navdušil, robotika in nekdanjega astronavta Dan Barryja. Dan je poskušal postati astronavt 10-krat, preden je končno uspel. Ko sem ga spoznal, je vodil laboratorij za strojno opremo v SU-ju in je bil še vedno tako vesel in navdušen kot otrok vsakič, ko je dobil priložnost, da se loti strojne opreme.

Z leve proti desni: Stefania Druga, Dan Barry, Libby Falk v programu GSP12 SU. Zasluge: TJ Rak 2012

Dan me je spodbudil, da sem začel izvajati delavnice za izdelavo prototipov strojne opreme, in me naučil, kako prvič spajkati in programirati mikrokrmilnike. Na koncu programa so mi ponudili zelo mamljivo delo, ki sem ga na koncu zavrnil, da bi lahko zgradil svojo organizacijo. Še vedno se spominjam Daninega nasveta: "Pomislite, kje želite biti zdaj čez 10 let, in se prepričajte, da posvetite vsak dan, vsako minuto, da pridete tja in se na poti ne motite."

Med programom SU, ko smo se učili o robotiki, nano-izdelavi ali sintetični biologiji, si nisem mogel pomagati, ampak pomisliti, koliko bi se rad naučil o vseh teh tehnologijah, ko sem bil mlajši. Odločil sem se, da bom razvil Hackidemia, da bom na primeren in zabaven način otroke seznanil z najbolj vznemirljivimi tehnologijami in raziskovalnimi vprašanji. S pomočjo mreže mednarodnih študentov in mentorjev SU smo začeli izvajati delavnice in organizirati dogodke STEM po vsem svetu. Štiri leta pozneje smo imeli 40 mednarodnih poglavij Hackidemia, več dolgoročnih projektov pod našim pasom, kot so Afrimakers, MakerCamp, in uspeli usposobiti več kot 400 mentorjev, 2000 študentov in 10.000 otrok. Na tej točki se mi je zdelo očitno, da začnemo maksimirati svoj vpliv kot lokalna organizacija.

Hackidemia delavnica za otroke in učitelje v Budimpešti 2015. Zasluge: Hackidemia 2015

Nazaj v šolo: Iste strasti, nova znanja v Media Lab
Takrat sem začel razmišljati, kaj naj naredim, da bom svoje poslanstvo spremenil, kako se otroci učijo na naslednjo raven. Želela sem dobiti smernice, se naučiti novih veščin in delati z ljudmi, ki delijo moje vrednote in voziti. Za Media Lab sem vedel, ker sem v svojih delavnicah z otroki uporabil veliko projektov, kot sta Makey-Makey in Scratch, in imel celo priložnost obiskati in predstaviti Hackidemia skupini Lifelong Kindergarten. Odločila sem se, da želim delati na mestu, kjer se raziskave uporabljajo v resničnem svetu in kjer ljudje cenijo in spodbujajo interdisciplinarne pristope.

Nisem imel v mislih posebnega projekta, ko sem bil sprejet v mojstrski program Media Lab, vendar sem vedel, da želim še naprej delati na oblikovanju novih ustvarjalnih učnih izkušenj za otroke in graditi orodja, ki bi to podpirala. V prvem semestru sem se udeležil širokega obsega predavanj, od "Kako narediti skoraj vse" do Simbioze človeškega stroja. Začel sem graditi najrazličnejše čudne in zabavne projekte - velikanska arkada, programirljive podaljške karoserije in karton s 5 osi za rezanje pene.

Primer projekta za robota Poppy Ergo Jr, ki ga je mogoče programirati z demonstracijo, da se nariše s Scratch Extension, ki ga je razvil avtor. Zasluge: Stefania Druga

Moj prvi projekt kodiranja AI
Med iskanjem aktuatorjev za razširitve telesa sem naletel na odprtokodni 3D-tiskalni robot Poppy Ergo Jr., ki ga je razvila skupina Flowers v podjetju Inria Bordeaux v Franciji (http://www.poppy-project.org). Še posebej mi je bilo všeč, kako je ta robot kodiral aktuatorje, ki so lahko snemali in predvajali vsako gibanje. Takoj sem si začela predstavljati, kako lahko otroci takšnega robota demonstrirajo z demonstracijami (npr., Da ga lahko rišejo ali premikajo kot pes).

Odločil sem se, da bom za tega robota zgradil Scratch Extension. To je bil prvi podaljšek Scratch, ki sem ga zgradil v začetku leta 2017, skupaj z mojim podžupanom Eesh Likhith. Po izdelavi prvega robotskega prizidka sem mislil, da bi bilo super, če bi ga otroci lahko kombinirali z računalniškim vidom. Scenarij učenja, ki sem ga imel v mislih, je bil, da bodo otroci prikazali predmet spletni robotski roboti, robot pa bi poskušal narisati na podlagi predmetov, ki jih že zna risati. Za izdelavo prototipov te interakcije skupaj z Eeshom smo začeli delati novo razširitev Scratch za računalniški vid, ki je za prepoznavanje slike uporabljala javni Clarifai API. Ti dve razširitvi smo dokumentirali in objavili na platformi ScratchX.

Odpiranje vrat za AI izobraževanje
Moje prve robotske in razpoznavne razširitve za prepoznavanje predmetov so odprle vrata za AI izobraževanje. Začel sem sodelovati z Randi Williamsom, študentom iz skupine Personal Robots, ki se je zanimal za predšolsko AI izobraževanje. Profesor Cynthia Breazeal ima dolgo zgodovino razvoja izobraževalnih tehnologij za otroke in tudi orodja za socialne robote, s pomočjo katerih lahko otroci poučujejo o kodiranju z učenjem robotov. Randi in jaz sva poskušala ugotoviti, kdo še dela na tem področju. Potem ko smo odkrili, da ni nobenih drugih ustreznih raziskav, smo se odločili, da bomo izvedli vrsto delavnic in opazovali, kako otroci in starši sodelujejo in dojemajo AI naprave in igrače. Svoje ugotovitve smo analizirali in delili v vrsti prispevkov in objav na blogih.

Primer Cognimates Teach AI platform, kjer lahko otroci usposobijo svoje klasifikatorje s slikami in besedilom. Zasluge: Stefania Druga 2018

Med tem postopkom sem ugotovil, kako pomembno je demistificirati delovanje AI tehnologije in otrokom omogočiti, da se postavijo kot ustvarjalci AI, ne le kot potrošniki.

Po meri klasifikator vida, ki so ga ustvarili otroci s kognitivi za igranje škarj Rock Paper. Zasluge: Stefania Druga

Ustvarjanje kognitivov je bilo rezultat te predhodne raziskave. V tem projektu se mi je pridružila neverjetno nadarjena ekipa študentov podiplomskega študija: Sarah T. Vu, Tammy Qiu, Clemente Ocejo, Eesh Likith in Lauren Oh. Prispevali so tako k tehničnim vidikom platforme kot tudi k raziskavam, ki smo jih izvajali v šolah in skupnostih.

Platformo sem poimenoval kot počast raziskovanju in delu Edith Ackermann o "Animates" ali "Igraj stvari, ki delajo stvari." Edith je skupaj s Sherry Turkle prvič raziskala, kako se otroci v osemdesetih in 90-ih ukvarjajo s pametnimi igračami. . Editin okvir za določitev tega, kar omogoča, da se igrača šteje za "AniMate", je služil kot vodilo in navdih za to, kako sem oblikoval platformo Cognimates. Cilj tega projekta in moje raziskave je graditi na njihovi modrosti in predstaviti, katera so nova vodilna načela pri načrtovanju učnih orodij in naprav za to generacijo, ki odrašča z AI.

Kaj je kognitiv?
Sprva zame je bil Cognimate utelešen inteligentni agent, ki so ga otroci lahko programirali in poučevali. Agent bi bil hkrati prijazen spremljevalec (igralec) in predmet, s katerim bi "razmišljali" in se učili (kognitivno). Cynthia Breazeal in njeni študenti v skupini Personal Robots so že več let raziskovali to paradigmo »programiranja kot poučevanja« s programom SoRo (Social Robot Toolkit) in razvijali socialne robote kot vrstniške učence. Kognimati so bili torej naravni podaljšek te tradicije v njeni raziskovalni skupini.

Ideja je bila tudi oblikovati platformo, ki bi otrokom omogočila, da povežejo več svojih računskih predmetov in jim omogočijo medsebojno interakcijo. Med študijem diplomskega dela smo ugotovili, da otroci digitalne znake (spodaj kodelaba) označujejo tudi kot kognitiv. Ko govorijo o projektih, ki so jih naredili, in konceptih, ki so se jih naučili, bi se nanašali na projekt "osreči Nary", ne pa na projekt "zaznavanje občutkov" ali "analizo občutkov". Medtem ko so bili številni koncepti in notranje delovanje AI sistemov in pametnih agentov sprva preveč abstraktni za otroke, so lahko hitro razumeli, kako se stroj uči, če je to dejanje utelesil lik, zgodba ali igra.

Primeri fizičnih kognitivnih likov: princ Ogre in žaba se je z otroki razvil za kreativno pripovedovanje s projektom kod. Zasluge: Stefania Druga

To nas je spodbudilo, da smo ustvarili veliko več znakov in zagnanih projektov, ki bi lahko utelešali in pokazali, kaj počnejo različne storitve AI. Nekateri liki, kot je Nary, bi lahko izrazili različna čustva, če bi računalnik zaznal veselo ali žalostno sporočilo. Drugi znaki bi spremenili barvo, da bi računalniku prikazali določeno barvo; prav tako smo si ogledali razširitev vida, da bi pokazali, kaj računalnik prepozna ali če se zmede. Ko se otroci programirajo s kognitivno storitvijo, digitalni Kognimat manifestira in pokaže, kako deluje ta storitev (npr. Učenje, kako videti ali govoriti). Ti liki so namenjeni ustvarjanju močnih analogij in konceptualnih mostov, hkrati pa otrokom omogočajo, da jih uporabljajo v relativnih zgodbah.

Primer Cognimates starter project, pri katerem Nary reagira na občutke sporočil, ki jih pošljete. Zasluge: Stefania DrugaSpoznavajoč lik Nary se odziva na občutke sporočil, ki jih pošljete. Zasluge: Oblikovalec Mircea Dragoi, Lateral 2018

"Drugačnost", umetnost, verodostojnost, prijaznost in programabilnost kognitima lahko privede do zelo bogatih psiholoških razmišljanj, kot sta agencija in identiteta, in vprašanj nadzora in komunikacije, ki otrokom pomagajo razumeti, kako deluje programiranje in AI.

Spoznavalna delavnica v Elisabeth Peabody Community Center v Somervilleu z ekipo UROP (od leve proti desni) Lauren Oh, Sarah T. Vu, Tammy Qiu. Zasluge: Stefania Druga.

Na koncu študija diplomske naloge sem odkril, kako je 107 otrok (7–14 let) iz štirih držav razvilo boljše razumevanje konceptov AI in spremenilo njihovo dojemanje pametnih agentov s programiranjem in poučevanjem s platformo Cognimates. Po enem mesecu kodiranja in usposabljanja agentov AI z našo platformo so otroci razvili dobro razumevanje tehnologij AI in jih tekoče uporabljali. Veščine sodelovanja in komunikacije so igrale pomembno vlogo pri tem, kako hitro so otroci lahko razumeli različne koncepte strojnega učenja, kot so računalniški vid, analiza občutkov in nadzorovano učenje.

Izdelava
Kot mlajšega raziskovalca je vznemirljivo, vendar nekako zastrašujoče, da se poda na področje raziskav, ki še ni vzpostavljeno. Medtem ko so Sherry Turkle, Edith Ackermann, Michael Scaife in Mike Duuren v prejšnjih desetletjih opravili več raziskav o pametnih igračah za otroke, takratna tehnologija ni bila tako napredna kot danes in pametne naprave niso bile tako široko prisotne v otroški domovi in ​​šole, kakršni so danes. V tem kontekstu sem se znašel pri oblikovanju in prilagajanju raziskovalnih metodologij z različnih področij, kot so interakcija med človeško robotiko, kognitivne znanosti, pedagogika in psihologija, medtem ko sem z empiričnimi opazovanji skušal razumeti, kako odraščajo otroci z AI v tem dnevu in starosti.

Pri zasnovi platforme Cognimates sem poskušal združiti tisto, kar sem smatral za najpomembnejše lastnosti prejšnjih aplikacij za kodiranje: intuitivne bloke, dostop do mobilnih naprav, povezavo s fizičnim svetom in strojne naprave. Poleg intuitivnih zmožnosti AI za usposabljanje sem dodala tudi modularne kodirne vtičnike za kognitivne storitve. Te so posebej zasnovane za AI izobraževanje. Otroci so bili vključeni kot oblikovalski partnerji v vse korake postopka.

Iteracije digitalnih znakov Cognimates na podlagi povratnih informacij otrok. Zasluge: Oblikovalec: Mircea Dragoi, Lateral 2018

Kot opozarja Allison Druin, "imajo otroci v življenju tako malo izkušenj, da lahko prispevajo svoje mnenje in vidijo, da jih odrasli jemljejo resno." Trdi, da lahko takšne izkušnje otrokom vzpostavijo zaupanje tako v akademski kot družbeni smeri in ustvarijo "oblikovanje" -centrirano učenje. “Izkušanje moči tovrstnega učenja in veselje do sooblikovanja in gradnje za otroke in z njim so bili eden mojih najljubših delov tega projekta. Menim, da je to ključen postopek oblikovanja vseh novih in neraziskanih tehnologij, ki podpirajo otrokov razvoj.

Akt za izravnavo študenta v mestu
Zelo odkrit bom in bom rekel, da ne mislim, da sem vedno uravnoteževal svoje delovne obremenitve in svoje življenje na najboljši možni način, zaradi česar sem delal zelo dolge ure in vikende večino časa. V Media Lab-u je pogosta težava, da bi poskušali storiti preveč, ker laboratorij ponuja toliko priložnosti in zelo težko se je naučiti reči ne. Sčasoma, ko sem se vedno bolj osredotočal na razvoj te platforme, sem se naučil, kako kanalizirati vse svoje druge naloge, kot so tečaji, delati demonstracije in sodelovati s podjetji, ki so članice labora, tako da bi vedno prispeval k napredku in napredoval Na nek način spoznamo projekt.

Ključnega pomena je bilo tudi učenje, kako razviti in usposobiti skupino pripravnikov (UROP), ki bi lahko zanesljivo podprla projekt z izvajanjem študij v šolah ali izvajanjem predstavitev. Poskušal sem pisati objave na blogu in se pogovarjati z novinarji vsakič, ko smo objavili novo študijo. Zame je bilo pomembno, da delim svoje raziskave in vključim vse različne skupnosti staršev, učiteljev, tehnoloških oblikovalcev in oblikovalcev politike, ki bi lahko pomagale pri napredovanju tega področja pismenosti AI.

Zemljevid uporabnikov Cognimates po vsem svetu, 816 edinstvenih uporabnikov,
2063 sej, povprečni čas seje 30 min. Zasluge: Stefania Druga 2018

Resnično sem vedno navdušen in navdihnjen nad stvarmi, ki jih otroci izoblikujejo, ko jim je dana svoboda, orodja in prostor za izražanje in odkrivanje. Ko sem vodil študij v šolah in je bilo težko zaradi upravnih težav ali zaradi velikega obsega dela, bi vedno črpal energijo, da bi še naprej videl, koliko otrok izziva in se uči. Ko bi pisal diplomsko nalogo in se zataknil pri kvantitativni analizi podatkov ali raziskovanju, povezanem z raziskavami, bi se vrnil, da bi prebral prepise iz otrokovih razprav in intervjujev. To bi mi nasmehnilo v obraz, spominjalo bi me, zakaj se tako močno potiskam, da opravljam to delo in nadaljujem.

Prihodnost Cognimates, otrok in AI
Mislim, da smo z razvojem tehnologije v tekmi z orožjem in moramo začeti razmišljati o AI pismenosti, preden se vzorci vedenja otrok in njihovih družin ustalijo. Hackidemia sem vključil kot neprofitno organizacijo in kot del tega dela bom nadaljeval delo s Cognimatesom, da sem razvil celoten odprtokodni učni načrt za AI izobraževanje (kidsteach.ai) ob sodelovanju z akademskimi in industrijskimi partnerji. Cilj je razširiti dostop do naše platforme AI opismenjevanja in učnih virov v različnih šolskih okrožjih, muzejih in knjižnicah v ZDA in na mednarodni ravni, hkrati pa delati na področju usposabljanja učiteljev in družin ter dosežkov.

Med svojim obiskom na MIT spozna demo kanadskega premierja Justina Trudeauja. Od leve proti desni: Cynthia Breazeal, Justin Trudeau, Stefania Druga. Kredit: AP Press.

Želim si, da bi se moje delo še naprej obveščalo z raziskavami in da bi se študenti lahko vključili v sodelovanje, zato sem začel sodelovati z različnimi raziskovalnimi skupinami na MIT, Harvard School of Education, NYU ITP in Penn University. Najpomembnejši cilj pobud Kids Teach AI je še naprej spodbujati možnosti za konstruktivne pogovore o AI, ki združujejo različne skupnosti, hkrati pa otrokom omogočajo, da nas učijo in navdihujejo, kako najbolje izkoristiti AI v 21. stoletju.

Mislim, da je eden največjih sistemskih izzivov prepričati odrasle, da poslušajo in se učijo od otrok. Prizadeval sem si, da bi staršem in učiteljem zagotovil načine, kako voditi in biti del pogovora z otroki, ne da bi pri tem prevladoval. Mislim, da je prvi korak v tem dolgoročnem procesu dejansko pokazati, koliko otrok se lahko ukvarja z AI in zakaj je pomembno, da to razumejo. Naslednji korak je olajšanje staršev in učiteljev v sodelovalnem učnem procesu na tej tehnologiji. Medtem ko mladi kot digitalni domorodci zelo hitro pridobivajo nove tehnične spretnosti, nimajo vedno zrelosti za sprejemanje pravih odločitev in zato je pomembno, da družine in vzgojitelji stopijo v korak z njimi.

Nadaljnja sredstva

  • Odraščanje z AI. Kognitivi: od kodiranja do učnih strojev, Stefania Druga. Magistrsko delo MIT 2018 (pdf)
  • Hej, Google je v redu, če vas pojedem ?: Začetne raziskave interakcije otrok in agentov. Stefania Druga, Randi Williams, Cynthia Breazeal in Mitchel Resnick. IDC 2017 (pdf)
  • Kako pametne so pametne igrače? Otroška in starševa inteligenca pripisuje računskim predmetom, Stefania Druga, Randi Williams, Park Hae Won, Cynthia Breazeal. IDC 2018 (pdf)
  • Moja lutka pravi, da je v redu: igrače z glasom vplivajo na otroške moralne odločitve, Randi Williams, Christian Vazquez, Stefania Druga, Pattie Maes, Cynthia Breazeal. IDC 2018 (pdf)

Ta objava je bila prvotno objavljena na spletni strani Media Lab.