Djeca AI uče malo čovječanstva pomoću Cognimatesa

Autor Stefania Druga, grupa Personal Robots

Inteligentne igračke i razgovorni agenti prisutni su u dječjim domovima, a više od 47,5 milijuna odraslih već koristi pametne pomoćnike (poput Amazonove Alexa) u SAD-u. To postavlja pitanja o utjecaju AI na dječje ponašanje. Tijekom mog boravka u grupi Osobni roboti u laboratoriju MIT Media, fokus mojeg istraživanja bio je bolje razumijevanje ove generacije djece koja odrastaju s AI kako bih zaštitio i potaknuo pozitivan razvoj. Stvorio sam Cognimates kao platformu otvorenog koda za AI pismenost za djecu od 7 do 14 godina. Iako škole i roditelji počinju prepoznavati kodiranje kao jednu od potrebnih literaturnosti za djecu, vjerujem da je važno i mlade upoznati s pojmovima AI i strojnog učenja putem praktičnih projekata kako bi mogli bolje informisati i kritički koristiti ove tehnologije.

Platforma Cognimates želi to postići tako da omogući djeci programiranje i prilagođavanje utjelovljenih inteligentnih uređaja, poput Alexa i pametnog robota Cozmo. Djeca također mogu koristiti platformu za treniranje vlastitih AI modela, naučiti kako izraditi igru ​​koja postaje bolja u igranju škara Rock Paper s njima s vremenom ili stvoriti instalaciju u kojoj cijela soba reagira na način na koji opisuju svoje snove. Cognimates gradi na više dijelova (uključujući jezik vizualnog programiranja) otvorene platforme Scratch, koju je kreirala grupa Lifelong Kindergarten u laboratoriju MIT Media. Glavni cilj platforme Cognimates je proširiti kodiranje na AI obrazovanje i pismenost.

Prvo voli: lutanje, učenje i podučavanje
Kao i mnogi studenti Media Lab-a, moj je put bio daleko od linearnog, ali objedinjavajuća nit uvijek je bila moja ljubav prema učenju vođena velikom znatiželjom. Rođen sam u Maneciu-Ungureni, malom gradu u Transilvaniji, u Rumunjskoj. Moja mama je učiteljica, a moj otac inženjer elektrotehnike. Odrastajući moram otkriti i podijeliti njihove strasti. Zajedno s ocem naučio sam kako dizajnirati i izrađivati ​​bilo što, od namještaja u mojoj sobi do stvari koje smo zamijenili od starih dijelova automobila koje smo kupili na sajmovima. S mamom sam otkrio koliko dobar učitelj može dotaknuti živote svojih učenika. Moram vidjeti kako je moja mama bila duša zajednice u malom selu u kojem je predavala. Ona ne samo da će pomoći studentima s njihovim akademskim problemima, nego će također poslušati njihove osobne borbe i pomoći njima i njihovim porodicama u trenutku kad to primijete. Već od rane dobi shvatio sam koliki pozitivni utjecaj mogu imati dobri učitelji u njihovim zajednicama i zašto je važno povezivanje i rad s ljudima na osobnoj razini.

Hackidemia STEAM radionica za obitelji u Singapuru 2014. Zasluga: Hackidemia STEAM radionica za obitelji u Singapuru 2014.

Na kraju bih spojio ljubav svoje majke prema poučavanju sa strašću moga oca prema praktičnom lutanju u životu svog posla. Započeo sam Hackidemiju, neprofitnu obrazovnu organizaciju STEM, 2012. Stekao sam prvi magisterij iz Media inženjeringa za obrazovanje i radio godinu dana u Google-ovom timu za kvalitetu pretraživanja u Dublinu, prije nego što sam se odlučio da želim nastaviti svoju strast za obrazovanje i imaju neposredniji utjecaj. Napustio sam Google i otišao u Kambodžu volontirati u sirotištu izvan glavnog grada Phnom-Penha četiri mjeseca. Ovdje sam radio s djecom svih dobnih skupina, podučavao sam ih sve što mogu: matematiku, engleski jezik, književnost, kako koristiti računala i internet, fotografiju, popravljati stvari. Starija bi djeca potom predala svoje znanje podučavajući mlađu djecu.

Tijekom ovog iskustva otkrio sam koliko je moćno omogućiti djeci učenje i poučavanje i rad na praktičnim projektima koji su relevantni u njihovim lokalnim zajednicama. Nakon što sam se pridružio CRI-u, interdisciplinarnoj istraživačkoj grupi o životnim znanostima na pariškom sveučilištu Descartes, odlučio sam započeti s vođenjem sličnih radionica u francuskim školama. Dok sam se prijavljivao za doktorat na CRI, jedan moj prijatelj mi je ispričao ljetni program za socijalni utjecaj u NASA-i, nazvan University of Singularity (SU). Na SU-u sam upoznao i jednog od ljudi koji me najviše inspirirao u ostvarenju mojih snova, robotičara i bivšeg astronauta Dan Barryja. Dan je pokušao postati astronaut 10 puta prije nego što je konačno uspio. Kad sam ga upoznao, bio je zadužen za laboratorij hardvera u SU-u i još uvijek je bio jednako radostan i uzbuđen kao dijete svaki put kad je dobio priliku hakirati hardver.

S lijeva na desno: Stefania Druga, Dan Barry, Libby Falk u programu GSP12 SU. Zasluga: TJ Rak 2012

Dan me potaknuo da počnem voditi radionice za izradu prototipa za hardver i naučio me kako prvi put lemiti i programirati mikrokontrolere. Na kraju programa ponudio sam vrlo primamljiv posao, koji sam završio odbio da izgradim vlastitu organizaciju. Još uvijek se sjećam Danovih savjeta: "Razmisli gdje želiš biti za 10 godina i obavezno se posveti svaki dan, svaku minutu da stigneš tamo i ne ometaš se na putu."

Za vrijeme programa SU, dok smo učili robotiku, nano-proizvodnju ili sintetičku biologiju, nisam mogao a da ne pomislim koliko bih volio učiti o svim tim tehnologijama kad sam bio mlađi. Odlučio sam razviti Hackidemiju kako bih na primijenjen i zabavan način upoznao djecu s najuzbudljivijim tehnologijama i istraživačkim pitanjima. Uz pomoć mreže međunarodnih studenata i mentora SU pokrenuli smo radionice i organizirali STEM događanja u cijelom svijetu. Četiri godine kasnije imali smo 40 međunarodnih poglavlja Hackidemia, nekoliko dugoročnih projekata pod našim pojasom poput Afrimakersa, MakerCampa i uspjeli smo obučiti više od 400 mentora, 2.000 učenika i 10.000 djece. U tom trenutku, postalo mi je očigledno da počinjemo maksimizirati svoj utjecaj kao široka organizacija.

Hackidemia radionica za djecu i nastavnike u Budimpešti 2015. Kredit: Hackidemia 2015

Povratak u školu: Iste strasti, nove vještine u Media Lab-u
Tada sam počeo razmišljati o tome što bih trebao učiniti kako bih svoju misiju promijenio na način da djeca uče na sljedeću razinu. Željela sam dobiti smjernice, naučiti nove vještine i raditi s ljudima koji dijele moje vrijednosti i pokreću. Znao sam za Media Lab jer sam koristio mnoge projekte Lab, poput Makey-Makeyja i Scratch-a, u svojim radionicama s djecom i čak sam imao priliku posjetiti i predstaviti Hackidemia grupi Life Kindergarten prije. Odlučio sam da želim raditi na mjestu gdje se istraživanje primjenjuje u stvarnom svijetu i gdje ljudi cijene i potiču interdisciplinarne pristupe.

Nisam imao poseban projekt na umu kada sam bio primljen u master program Media Lab-a, ali znao sam da želim nastaviti raditi na dizajniranju novih iskustava kreativnog učenja za djecu i stvaranju alata koji bi to podržao. Tijekom mog prvog semestra pohađao sam širok raspon predavanja, od „Kako napraviti gotovo sve“ do simbioze ljudskog stroja. Započeo sam graditi svakakve čudne i zabavne projekte - divovsku arkadu, programiruće nadogradnje karoserije i kartonski stroj s 5 osa za rezanje pjene.

Primjer projekta za Poppy Ergo Jr robota koji se može programirati demonstracijom do crtanja s Scratch Extensionom koji je razvio autor. Zasluga: Stefania Druga

Moj prvi AI projekt kodiranja
Dok sam tražio pokretače za proširenja svog tijela, naišao sam na 3D robota otvorenog koda, Poppy Ergo Jr., koji je razvila grupa Flowers u Inria Bordeaux u Francuskoj (http://www.poppy-project.org). Posebno mi se svidjelo kako je ovaj robot kodirao pokretače koji su mogli snimati i reproducirati bilo koji pokret. Odmah sam počeo zamišljati kako djeca mogu demonstrirati takvog robota demonstracijom (npr., To kako se crtati ili kretati poput psa).

Odlučio sam izgraditi Scratch Extension za ovog robota. Ovo je bilo prvo proširenje Scratch-a koje sam sagradio početkom 2017. godine, zajedno sa svojim mlađim pripravnikom, Eesh Likhithom. Nakon što sam izgradio prvi robotski dodatak, mislio sam da bi bilo sjajno ako ga djeca mogu kombinirati s računalnim vidom. Scenarij učenja koji sam imao na umu bio je da će djeca prikazati objekt web-robotovoj roboti, a robot će pokušati crtati na temelju objekata koje već zna crtati. Za prototipiranje ove interakcije zajedno s Eesh-om započeli smo raditi na novom proširivanju Scratch-a za računalni vid koji koristi javni Clarifai API za prepoznavanje slike. Dokumentirali smo i objavili ova dva proširenja na ScratchX platformi.

Otvaranje vrata AI obrazovanja
Moja prva proširenja za kodiranje na robotiziranim objektima i objektima otvorila su vrata AI obrazovanju. Počeo sam surađivati ​​s Randi Williams, studentom diplomiranog studija iz grupe Personal Robots koji je bio zainteresiran za predškolsko AI obrazovanje. Profesorica Cynthia Breazeal ima dugu povijest razvoja obrazovnih tehnologija za djecu, kao i socijalne alate za robote koji pomažu djeci da nauče o kodiranju poučavanjem robota. Randi i ja pokušali smo saznati tko još radi na ovom polju. Nakon što smo otkrili da nema drugih relevantnih studija, odlučili smo pokrenuti niz radionica i promatrati kako djeca i roditelji međusobno komuniciraju i percipiraju AI uređaje i igračke. Analizirali smo i dijelili svoja otkrića u nizu članaka i postova na blogovima.

Primjer Cognimates Podučava AI platformu na kojoj djeca mogu trenirati vlastite klasifikatore sa slikama i tekstom. Zasluga: Stefania Druga 2018

Tijekom ovog procesa shvatio sam koliko je važno demistificirati kako AI tehnologija radi i omogućiti djeci da se pozicioniraju kao tvorci AI, a ne samo potrošači.

Prilagođeni klasifikator vida koji su kreirala djeca s kognitivima za igranje škara Rock Paper. Zasluga: Stefania Druga

Stvaranje kognitiva rezultat je ovog preliminarnog istraživanja. Kroz ovaj projekt pridružio mi se nevjerojatno talentiran tim studenata nižeg obrazovanja: Sarah T. Vu, Tammy Qiu, Clemente Ocejo, Eesh Likith i Lauren Oh. Doprinosili su tehničkim aspektima platforme i istraživanju u akcijama koje smo radili u školama i društvenim centrima.

Platformu sam nazvao počast istraživanju i radu Edith Ackermann na temu „Animates“, „Igrajte se stvarima koje rade.“ Edith je zajedno sa Sherry Turkle bila prva koja je istraživala kako djeca sudjeluju i komuniciraju sa pametnim igračkama u 1980-im i 90-ima. , Edithin okvir za uspostavljanje onoga što omogućava da se igračka smatra „AniMateom“ poslužila je i kao smjernica i inspiracija za to kako sam dizajnirao platformu Cognimates. Cilj ovog projekta i mog istraživanja je nadograditi se na njihovoj mudrosti i otkriti koja su nova vodeća načela prilikom dizajniranja alata i uređaja za učenje za ovu generaciju koja odrasta s AI.

Što je kognimat?
U početku je za mene Cognimate bio utjelovljeni inteligentni agent koji je djeca mogla programirati i podučavati. Agent bi bio i prijateljski suputnik (igrač) i predmet „razmišljanja sa“ i učenja (spoznaje). Cynthia Breazeal i njeni studenti iz grupe Personal Robots već su nekoliko godina istraživali ovu paradigmu „programiranja kao podučavanja“, kao i razvijanje socijalnih robota kao vršnjačkih pratitelja. Dakle, Kognimates je bio prirodni nastavak te tradicije u njenoj istraživačkoj skupini.

Ideja je također bila osmisliti platformu koja bi omogućila djeci da povežu više svojih računskih objekata i učine ih međusobnim interakcijama. Tijekom mojih teza, shvatili smo da će se djeca digitalnim znakovima (codelab sprites) odnositi i kao kognitivima. Kad bi govorili o projektima koje su radili i konceptima koje su naučili, oni bi se pozivali na projekt "učini Nary sretnim", a ne na projekt "otkrivanje osjećaja" ili "analizu osjećaja". Iako su mnogi koncepti i unutarnji rad AI sustava i pametnih agenata u početku bili previše apstraktni za djecu, mogli su brzo razumjeti kako stroj uči ako tu radnju utjelovljuje lik, priča ili igra.

Primjeri fizičkih spoznajnih znakova: princ s ogrevima i žabama razvio se s djecom za kreativno pripovijedanje s projektom kodova. Zasluga: Stefania Druga

To nas je potaknulo da stvorimo još mnogo znakova i početnih projekata koji bi mogli utjeloviti i pokazati što rade različite AI usluge. Neki likovi, poput Naryja, mogli bi izraziti različite emocije ako je računalo otkrilo sretnu ili tužnu poruku. Drugi bi znakovi promijenili boju kako bi pokazali računalu da prepoznaje određenu boju; napravili smo i divno oko za proširenje vida kako bismo pokazali što računalo prepoznaje ili ga zbunjuje. Kada se djeca programiraju s kognitivnom uslugom, digitalni Cognimate očituje se i pokazuje kako ova usluga funkcionira (npr. Učenje kako vidjeti ili govoriti). Ovi likovi imaju za cilj stvoriti snažne analogije i konceptualne mostove, istovremeno omogućujući djeci da ih koriste u pričama.

Primjer Cognimates starter projekt u kojem Nary reagira na osjećaje poruka koje mu šaljete. Zasluga: Stefania DrugaKognitira lik Nary reagira na osjećaje u porukama koje im šaljete. Zasluga: Dizajner Mircea Dragoi, Lateral 2018

„Drugačnost“, umjetnost, vjerodostojnost, susretljivost i programabilnost Kognimata mogu dovesti do vrlo bogatih psiholoških promišljanja, poput agencija i identiteta, i pitanja kontrole i komunikacije koja pomažu djeci da razumiju kako programiranje i inteligencija djeluju.

Cognimates radionica u Društvenom centru Elizabeth Peabody u Somervilleu s UROP timom (s lijeva na desno) Lauren Oh, Sarah T. Vu, Tammy Qiu. Zasluga: Stefania Druga.

Na kraju studija disertacije otkrio sam kako je 107 djece (7-14 godina) iz četiri zemlje razvilo bolje razumijevanje AI koncepata i promijenilo svoju percepciju pametnih agenata programirajući ih i podučavajući ih na platformi Cognimates. Nakon mjesec dana kodiranja i obuke AI agenata s našom platformom, djeca su razvila veliko razumijevanje AI tehnologija i tečno ih koristila. Vještine suradnje i komunikacije igrale su značajnu ulogu u tome kako su djeca brzo mogla razumjeti različite koncepte strojnog učenja poput računalnog vida, analize osjećaja i učenja pod nadzorom.

Izmišlja
Kao mlađeg istraživača oboje je uzbudljivo, ali nekako zastrašujuće upustiti se u područje istraživanja koje još nije uspostavljeno. Dok su Sherry Turkle, Edith Ackermann, Michael Scaife i Mike Duuren radili nekoliko studija o pametnim igračkama za djecu u prethodnim desetljećima, tadašnja tehnologija nije bila tako napredna kao danas, a pametni uređaji nisu bili toliko široko prisutni u dječje domove i škole kao i danas. U tom kontekstu našao sam se da moram dizajnirati i prilagoditi istraživačke metodologije iz različitih područja poput interakcije ljudske robotike, kognitivnih znanosti, pedagogije i psihologije, dok sam empirijskim promatranjima pokušavao shvatiti kako djeca odrastaju s AI u ovaj dan i dob.

U dizajnu platforme Cognimates pokušao sam kombinirati ono što sam smatrao najvažnijim značajkama prijašnjih aplikacija za kodiranje: intuitivne blokove, pristup na mobilnim uređajima, vezu s fizičkim svijetom i hardverske uređaje. Dodao sam i modularne dodatke za kodiranje kognitivnih usluga uz intuitivne mogućnosti AI treninga. Oni su posebno dizajnirani za AI obrazovanje. Djeca su bila uključena kao partneri u dizajnu u svim fazama procesa.

Iteracije digitalnih kognitivanih likova temeljene na povratnim informacijama djece. Zasluga: Dizajner: Mircea Dragoi, Lateral 2018

Kao što Allison Druin ističe, „djeca imaju tako malo iskustava u svom životu da mogu dati svoje mišljenje i vidjeti da ih odrasli shvataju ozbiljno.“ Ona tvrdi da takva iskustva mogu djeci izgraditi povjerenje u akademski i društveni položaj i stvoriti „dizajn -centrirano učenje. “Doživljavanje snage ove vrste učenja i radost zajedničkog dizajniranja i izgradnje za i s djecom bili su jedan od mojih omiljenih dijelova ovog projekta. Smatram to kritičnim procesom u dizajniranju svih novih i neistraženih tehnologija koje podržavaju dječiji razvoj.

Akt za uravnoteženje učenika u gradu
Bit ću vrlo iskren i reći da ne mislim da sam uvijek uravnoteživao svoje radno opterećenje i svoj život na najbolji mogući način, što je rezultiralo time da sam radio već duge sate i vikende većinu vremena. Čest je problem u Media Lab-u pokušati učiniti previše jer laboratorij pruža toliko mogućnosti i vrlo je teško naučiti kako reći ne. S vremenom, kako sam se sve više i više fokusirao na razvoj ove platforme, naučio sam kako kanalizirati sve svoje druge odgovornosti, kao što su izvođenje nastave, rad na demonstracijama i suradnja s tvrtkama članicama laboratorija, tako da će uvijek pridonijeti i napredovati napredak Kognitira projekt na neki način.

Ključno je bilo učenje kako razviti i osposobiti tim stažista (UROP) koji bi pouzdano mogao podržati projekt pokretanjem studija u školama ili demonstracijama. Pokušao sam pisati postove na blogovima i razgovarati s novinarima svaki put kada smo objavili novu studiju. Za mene je bilo važno podijeliti svoje istraživanje i angažirati sve različite zajednice roditelja, učitelja, dizajnera tehnologije i kreatora politika koje bi mogle pomoći unaprijediti ovo područje AI pismenosti.

Mapa korisnika Cognimatesa širom svijeta, 816 jedinstvenih korisnika,
2063 sesije, prosječno trajanje sesije 30 min. Zasluga: Stefania Druga 2018

Stvarno sam uvijek zadivljena i nadahnuta stvarima koje djeca osmisle kada im se pruži sloboda, alati i prostor za izražavanje i otkrivanje. Kad sam vodio studije u školama i bilo mi je teško zbog administrativnih prepreka ili zbog obimnog posla, uvijek bih crpio energiju da i dalje vidim koliko se djeca sama trude i uče. Kada bih pisao svoju tezu i zaglavio se u kvantitativnoj analizi podataka ili u istraživanju vezanom za istraživanje, vratio bih se da bih pročitao transkripte iz dječjih rasprava i intervjua. To bi mi osmjehnulo na lice, podsjetilo bi me zašto toliko guram sebe da radim ovaj posao i nastavim dalje.

Budućnost Cognimatesa, djece i AI
Mislim da smo u naobrazbi u obrazovanju s napretkom tehnologije i trebamo početi razmišljati o AI pismenosti prije nego što se obrasci ponašanja djece i njihovih obitelji postanu na mjestu. Uključio sam Hackidemia kao neprofitnu organizaciju, i kao dio toga nastavit ću posao koji sam obavio s Cognimatesom kako bih razvio cjeloviti nastavni plan i program otvorenog koda za AI obrazovanje (kidsteach.ai), surađujući s akademskim i industrijskim partnerima. Cilj je distribuirati pristup našoj AI pismenosti pismenosti i resursima za učenje u raznim školskim okruzima, muzejima i knjižnicama u SAD-u i inozemstvu, istovremeno radeći na školovanju učitelja i obitelji te na dopiranju do njih.

Prepoznaje demonstracije za kanadskog premijera Justina Trudeaua tijekom njegove posjete MIT-u. S lijeva na desno: Cynthia Breazeal, Justin Trudeau, Stefania Druga. Zasluga: AP Press.

Želim da moj rad i dalje bude informiran istraživanjima i postojećim prilikama da se studenti uključe, pa sam počeo surađivati ​​s različitim istraživačkim skupinama na MIT-u, Harvard School of Education, NYU ITP i Sveučilištu Penn. Najvažniji cilj inicijativa Kids Teach AI je da nastave stvarati mogućnosti za konstruktivne razgovore oko AI-a, okupljajući razne zajednice, istovremeno omogućavajući djeci da nas podučavaju i nadahnjuju kako najbolje iskoristiti AI u 21. stoljeću.

Mislim da je jedan od najvećih sustavnih izazova s ​​kojim sam se suočio bio uvjeriti odrasle da slušaju i uče djecu. Nastojao sam roditeljima i nastavnicima pružiti načine vođenja i biti dio razgovora s djecom bez dominiranja nad tim. Mislim da je prvi korak u ovom dugoročnom procesu zapravo pokazati puno djece koja mogu imati AI i zašto je važno da to razumiju. Sljedeći je korak olakšati roditeljima i nastavnicima proces zajedničkog učenja oko ove tehnologije. Dok mladi ljudi kao digitalni domoroci vrlo brzo prikupljaju nove tehničke vještine, nemaju uvijek zrelost za donošenje ispravnih odluka i zato je važno da obitelji i nastavnici zakorače.

Daljnja sredstva

  • Odrastanje s AI. Kognitivi: od kodiranja do nastavnih strojeva, Stefania Druga. MIT magistarski rad 2018. (pdf)
  • Hej Google je li u redu ako vas pojedem ?: Početna istraživanja interakcije djece i agenata. Stefania Druga, Randi Williams, Cynthia Breazeal i Mitchel Resnick. IDC 2017 (pdf)
  • Koliko su pametne igračke? Dijete i roditelji pripisuju inteligenciju računalnim objektima, Stefania Druga, Randi Williams, Park Hae Won, Cynthia Breazeal. IDC 2018 (pdf)
  • Moja lutka kaže da je u redu: igračka omogućena glasom utječe na dječje moralne odluke, Randi Williams, Christian Vazquez, Stefania Druga, Pattie Maes, Cynthia Breazeal. IDC 2018 (pdf)

Taj je post izvorno objavljen na web mjestu Media Lab.