Организация и сопровождение первого исследования школьника

Пояснительно – повествовательная часть

В начале текущего учебного года в рамках внеурочной деятельности кружковцы занимались Лего-конструированием. Одни из них сумели представить свои знания, умения и навыки конструирования Лего-помощника для выполнения лабораторных работ, другие получили основы знаний об образовательных конструкторах.

Месяц назад на одном из занятий Катя предложила презентацию, название которой удивило всех. Оказалось, она использовала имеющиеся материалы старшей сестры – выпускницы лицея, от освоения физики которой у меня воспоминания только позитивные. Просмотр материала по теме «Эмоциональные роботы. Зачем роботам нужны эмоции?» стал основой дискуссии, продолжавшейся в течение последующих трех занятий. Обмен собственными знаниями из этой области, сопоставление информации, взятой из разных источников, порой споры, не оставили равнодушными никого.

Особенно актуальной оказалась дискуссия в рамках предшествующего (в 9 классе) учебного курса проектно-исследовательской деятельности школьников.

Предложила Кате на основе презентации выполнить теоретическое исследование. Удивилась, узнав, что основа работы уже есть. Консультативная помощь позволила Кате, завершив работу, думать о заявке её на общешкольную научно-практическую конференцию, муниципальные конкурсы творческих работ. Мне предложили на родительском собрании рассказать о предстоящей проектно-исследовательской деятельности школьников, что сделаю с удовольствием.

Материалы публикуются в формате публикация учителя по согласованию с автором.

Считаю, что задача руководителя кружка, секции, объединения – неформальное отношение к этому направлению работы. Ведь «…Дети должны жить в мире красоты, игры, сказки, музыки, рисунка, фантазии, творчества…. От того, как будет чувствовать себя ребенок, поднимаясь на первую ступеньку лестницы познания, что он будет переживать, зависит весь его дальнейший путь к знаниям» В. А. Сухомлинский

Поэтому вижу главную цель учителя и педагога дополнительного образования в том, чтобы заметить интерес ребенка к той или иной области знаний, техники, технологии; поддержать его и  обеспечить квалифицированное тьюторское сопровождение интеллектуально-творческой деятельности ребенка. И тогда у нас все получится! 

МОЕ ПЕРВОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

                                                                                      Выполнила Осокина Екатерина,

8 класс, МАОУ лицей № 64,

г. Краснодар

Руководитель: Спицына Любовь Ивановна,

учитель физики МАОУ лицея № 64,

г. Краснодар

ВВЕДЕНИЕ

С первых мгновений своей жизни человек способен к эмоциям - внешним проявлениям душевного состояния. Мир эмоций человека велик и разнообразен, именно он отличает человека от машины.

Здесь рождаются эмоции

​​​​​​​Сегодня магнитно-резонансная томография, как метод непосредственного наблюдения за активностью различных участков головного мозга, позволяет ученым «привязывать» те или иные эмоции ко вполне определенным нервным структурам.

Каждому из нас приходилось встречать людей, выражающих свои эмоции как-то особенно, индивидуально. Зачастую таких людей называют «белыми воронами» только потому, что современный мир одевает маску на всех людей, делает их похожими друг на друга, заставляя одинаково реагировать на различные ситуации. А как иногда хочется рассказать о своей проблеме, «поплакаться» другу, который спокойно выслушает тебя, не комментируя или высказывая свою, зачастую безапелляционную, точку зрения. Вот в такие минуты человеку поможет машина – эмоциональный робот.

           ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Зачем роботы человеку

В эволюции человека было время, когда он взял микросхемы, провода, металл, создал из всего этого машину - робота и запрограммировал его на выполнение определенных действий. Позднее человек сумел наделить робота искусственным интеллектом, и теперь машина может самостоятельно принимать решения и самообучаться, чтобы уметь оптимизировать выполнение возложенных на нее задач. Сейчас перед робототехниками стоит задача научить робота чувствовать, проявлять эмоции, чтобы он, подобно человеку, помимо интеллектуальной деятельности оказался способным радоваться, восхищаться, грустить, злиться, обижаться, быть спокойным или возбужденным, доброжелательным или расстроенным. Сегодня робот способен размышлять и чувствовать, поэтому, обладая некой индивидуальностью, он становится все больше и больше похожим на человека.

Программист и конструктор решают, каким будет характер робота, какими эмоциями из широкого спектра человеческих эмоций будет обладать машина. Если человек хочет получить робота, своим поведением максимально напоминающего его самого, то машину придётся наделить всем огромным спектром чувств и эмоций, доступных человеку, в том числе и негативных. Возникает вопрос: зачем роботам нужны эмоции?

Чтобы ответить на него, следует знать, что вообще понимают под определениями «эмоции» и «робот».

Роботы и эмоции

Понятие "эмоция" появилось в конце девятнадцатого века и связано с именами У. Джемса и Г. Ланге, которые независимо друг от друга сформулировали в 1884 – 1885 г. периферическую теорию эмоций, названную теорией Джемса-Ланге. Под эмоциями понимают процесс, отражающий субъективное оценочное отношение к конкретной ситуации. Эмоции проявляются и как внешнее поведение, и как перестройка внутренней среды организма, имеющая своей целью адаптацию организма к среде обитания. У человека эмоции порождают переживания удовольствия, неудовольствия, страха, робости и тому подобного, играющие роль ориентирующих субъективных сигналов, формируясь в мозгу. [4]

Медикам известно, что сдерживание эмоций, особенно негативных, со временем пагубно сказывается не только на психологическом, но и  на физическом здоровье человека появлением  неврозов  и множества других заболеваний, связанных с расстройством психики. Поэтому выражение человеком эмоций — правильный путь к гармонии личности. [8]

Робот (чешский -  robot, от robota — подневольный труд или rob — раб) — автоматическое устройство, предназначенное для осуществления производственных и других операций, обычно выполняемых человеком (иногда животным). Использование роботов позволяет облегчить или вовсе заменить человеческий труд на производстве, в строительстве, при рутинной работе, при работе с тяжёлыми грузами, вредными материалами, а также в других тяжёлых или небезопасных для человека условиях. [4]

По виду деятельности роботов делят на промышленных роботов, бытовых роботов, роботов - манипуляторов, военных роботов, социальных роботов, роботов- андроидов, роботов - ученых и нано-роботов. В настоящее время в промышленном производстве широко применяются различные роботы, внешний вид которых (по причинам технического и экономического характера) далёк от «человеческого». Робот может выглядеть как угодно, оставаясь незаменимым для некоторых видов работ; он может управляться оператором, либо работать самостоятельно по заранее составленной программе.

Но человек создает не только роботов – работников, но и роботов – друзей, помощников, питомцев. Они с каждым годом все глубже проникают в нашу обыденную жизнь, приближая тот день, когда жизненное пространство любого человека заполнит робототехника всевозможного назначения. Механизмы с выразительной мимикой и вполне человеческими эмоциями – завтрашний день робототехники, но первых представителей мы видим уже сегодня.

Создание машин, обладающих интеллектом и эмоциями, название которым «роботы эмоциональные», что оно даст человечеству – только позитивное общение, или оставит ощущение, что его умозаключения или проявления чувств – логика машины? Человек должен понимать, что наделение робота, своим поведением максимально напоминающего человека, целым спектром эмоций и чувств, может привести к тому, что в результате сбоя программы мы получим робота-параноика, робота-истерика, робота-психопата. [5]

Ученые о роботах

Чтобы разобраться в данном вопросе, обратимся к мнениям разных ученых:

Гордон Мур - этот ученый вывел закон, согласно которому, через несколько десятилетий появится робот с разумом. Но! механическое существо, способное думать и обладающее человеческим сознанием, противоречит квантовым законам!

Артур Кларк - английский писатель, учёный, футуролог и изобретатель, говорил: «Может быть, мы станем для компьютеров домашними любимцами и будем, как комнатные собачки, вести беззаботное существование, но я надеюсь, что у нас всегда останется возможность в любой момент выдернуть вилку из розетки.»

Марвин Мински - американский учёный в области искусственного интеллекта, основатель Лаборатории искусственного интеллекта в Массачусетском технологическом институте задавался вопросом и предлагал в ответ: «Что, если Солнце погаснет, или мы сами уничтожим планету? Почему не сделать лучших, чем мы сами, физиков, инженеров или математиков?»

Ганс Моравек - адъюнкт-преподаватель Института робототехники при университете Карнеги в Меллоне, футуролог, считает, что роботы обязательно будут запрограммированы на такие эмоции, как «страх» (для самосохранения). К примеру, если у робота заканчивается батарея, он «будет выражать возбуждение или даже панику таким образом, чтобы люди могли его понять. Он направится к соседям и попросит разрешения воспользоваться розеткой со словами: "Пожалуйста! Пожалуйста! Мне это необходимо! Это так важно для меня и так  немного стоит! Мы вам заплатим!"»

Розалинда Пикард - профессор лаборатории MediaLabs Массачусетского технологического института и автор книги Affective Сomputing (Работа с чутким компьютером), считает, что главное - это душа, эмоции, чувства. «Роботы не чувствуют, что важнее всего. Это один из главных их недостатков. Компьютеры этого просто не понимают»- утверждает она.

Русский ученый Олег Пенский считает, что роботы должны следить за эмоциями человека, например, при разговоре: представим себе ситуацию, при которой вас оскорбили по телефону. Вы раздражены, тембр вашего голоса изменился, вы стали иначе реагировать, даже дышать стали по-другому. В этот момент мобильный телефон самостоятельно прекращает разговор и не даст вам связаться с раздражающим вас абонентом еще некоторое время.

Законы робототехники

Робот – это не только результат воплощения технических инноваций, но и главный герой фантастической литературы. Именно в ней впервые были сформулированы законы робототехники. Их автор - американский писатель-фантаст, популяризатор науки, биохимик Айзек Азимов. В научно-фантастическом рассказе «Хоровод», изданном в 1942 году, он впервые сформулировал три обязательных правила поведения для роботов, названных позднее Тремя Законами Робототехники:

- Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред.

- Робот должен повиноваться всем приказам, которые даёт человек, кроме тех случаев, когда эти приказы противоречат Первому Закону.

- Робот должен заботиться о своей безопасности в той мере, в которой это не противоречит Первому и Второму Законам.

Развитие общества привело к тому, что в 1986 году в романе «Роботы и Империя» (англ. Robots and Empire) Азимов предложил Нулевой Закон, который гласит: Робот не может причинить вреда человеку, если только он не докажет, что, в конечном счёте, это будет полезно для всего человечества. [3]

Сформулированная А. Азимовым гуманистическая роль научной фантастики в современном мире: «История достигла точки, когда человечеству больше не разрешается враждовать. Люди на Земле должны дружить». По моему глубокому убеждению, такая позиция позволяет решать насущные проблемы человечества, а писатель-фантаст становится проводником инновационных идей. [3]

Технологии робототехники

Наряду с признанными сегодня технологиями создания роботов, возникают новые, прогрессивные технологии, в которых ставится цель – создать роботов, «восприимчивых», понимающих эмоции человека. Такая работа ведется, например, учёными Ниланьяном Саркаром и Крейгом Смитом из университета Вандербилт, США. Как сказал К. Смит, профессор психологии и развития, "Мы не ставим задачей снабдить робота эмоциями. Наша цель – создать роботов, чувствительных к нашим эмоциям". Таким образом, инновационной можно считать технологию распознавания человеческих эмоций, применение которой позволит робототехникам создать помощника, способного подмечать психоэмоциональное состояние человека и правильно реагировать на него. [11]

В России также ведутся работы по изучению эмоций и эмоциональных роботов. Ученые высчитывают математические формулы человеческих эмоций. Их применение позволит роботам не только распознавать настроение хозяина, но и наделить машины человеческой эмоциональностью. Аспирант механико-математического факультета Пермского государственного научно– исследовательского ПГНИУ Владимир Михайлов является разработчиком программы, которая с помощью анализа характеристик человеческого голоса, позволит роботу угадывать, в каком настроении пребывает человек. Применение такой программы, по мнению ученого, возможно в индустрии портативных телефонов. Исследователь хочет создать мобильное приложение, которое сможет подсказывать хозяину во время разговора, как контролировать свои эмоции. Почвой для подобного изобретения стала уникальная теория эмоциональных роботов с неабсолютной памятью, автором которой является профессор ПГНИУ Олег Пенский.[5]

«Детища» робототехников

Конструктивные и эмоциональные особенности уже созданных и «живущих» эмоциональных роботов, их навыки и умения представлены в слайдах презентации – сопровождения к представленной работе. Роботы не только распознают движущиеся объекты и различают звуки, узнают в лицо человека, но и умеют пользоваться сетью Интернет и локальными сетями. Робот Asimo даже дирижировал Детройтским симфоническим оркестром, открывая концерт с участием знаменитого виолончелиста Йо-Йо Ма, и под руководством робота было исполнено произведение Impossible Dream.

Роботов – гиноидов научили разговаривать, читать текст, распознавать предметы и цвета, решать математические задачи, реагировать на внешние раздражители.

Роботы – животные умеют ходить, видеть окружающие их предметы, распознавать команды и лица, могут учиться и развиваться, основываясь на побуждениях своего хозяина, обстановки, или другого AIBO.

Роботы, как устройства телеприсутствия, оснащены  микрофоном, динамиками и видеокамерой, что позволяет им осуществлять контроль за домашними питомцами, они могут быть использованы для шпионажа.

Обладая внешностью, напоминающей человеческую, робот - андроид перемещается на двух ногах, может играть в настольный теннис против человека.

Система лица робота – гуманоида, созданного командой Николь Лаццери, приводится в действие тридцатью двумя электрическими двигателями, для чего ученые написали специальную программу под названием HEFES (Hybrid Engine for Facial Expressions Synthesis). Работа этой программы заключается в управлении всеми двигателями по сложным математическим алгоритмам, которые позволяют «воспроизвести» на лице робота все желаемые эмоции.

Плюшевый робот - коала, используется для снятия стресса, ему доступно выражение семи эмоций (радость, застенчивость, шок и другие) разных движений и звуков, а еще он реагирует на прикосновения хозяина.

Робот, оснащенный интеллектуальной системой Bossam, способен играть с человеком в словесные игры.

Японский робототехник Хироси Исигуро разработал реалистичного робота, которым можно управлять дистанционно. Сходство бота c человеком поразительное. Вплоть до мельчайших движений и моргания глазами.

Робот Paro разработан в Японии, уже используется порядка тысячи экземпляров данной модели для лечения болезни Альцгеймера и других. Научные сотрудники американского Университета Вандербильта создали робота, основной задачей которого является обучение детей, страдающих аутизмом. В «Расселе» сочетаются не только одни из последних наработок робототехники, но и включен обширный багаж последних научных данных, тем или иным образом связанных с этим нарушением нервной системы.

Очень радует, что в России так же развивается робототехника, уже создан «Наш Аватар», и пусть пока робот может только распознавать лица людей, двигать руками и пальцами, есть уверенность в эволюции данного вида.

ВЫВОДЫ

Итак, изучение эмоциональных роботов и их возможностей, проведение анализа мнений ученых, позволяет мне сделать выводы:

Если мы сумеем каким-то образом преодолеть тупик, связанный с прекращением действия закона Мура, и разберемся с проблемой здравого смысла, тогда «думающие машины», может быть, столь же умные, как мы, или даже умнее, могут стать реальностью. Возможно, это произойдет уже в середине текущего века. Хотя открыты еще не все фундаментальные законы искусственного интеллекта, прогресс в этой области идет семимильными шагами.

Пока такие роботы могут служить развивающими игрушками, в том числе для детей, страдающих аутизмом - расстройством речи и моторики, неспособностью формировать эмоциональные отношения с окружающими.

Моя будущая профессия (экономиста, бухгалтера) связана с работой в программе 1С, и я думаю, что можно было бы создать эмоционального робота - консультанта для таких людей, которые только начинают пользоваться данной программой (или любой другой).

Такой робот, обладая запрограммированными эмоциями, мог бы не только помочь людям с освоением программы, но и спокойно реагировать на эмоциональные всплески, если человек так реагирует на какие - то неудачи в учебе или работе.

Зададимся вопросом: действительно ли робот, наделенный интеллектом и способностью к проявлению эмоций, даже обладающий характером, достоин он называться подобием человека? Я считаю, что нет, так как не следует забывать о внутреннем мире человека - воображении, интуиции, а их имитировать программно гораздо сложнее, если вообще возможно. Да, с роботом, обладающим интеллектом и эмоциями, можно будет общаться, но это общение никогда не станет столь же глубоким, насколько оно может быть с другим человеком. Всегда будет оставаться ощущение, что его умозаключения, его проявления чувств вызваны логикой машины.

Я верю, когда-нибудь в необозримом будущем ученые откроют все тайны головного мозга человека и смогут воссоздать его в своих лабораториях. Возможно, тогда роботы вокруг нас действительно станут полноценными копиями людей, способными на настоящие, живые чувства!

ЛИТЕРАТУРА

1. М. Каку «Физика невозможного», «Физика будущего».

2. Дж. Брокман «Будущее науки в 21 веке. Следующие 50 лет».

3. А. Азимов «Я, робот».

4. Сайт «Википедия»

5. Сайт «Наука и технологии РФ»

6. http://affect.media.mit.edu,

7. http://timerobots.ru,

8. http://www.irobot.ru,

9. http://www.membrana.ru,

10. http://www.robo-homo.ru

11. http://old.computerra.ru

Стиллистику текста и оформление источников информации (по согласованию с автором) оставила авторскими, преследуя цель отработки навыков правильного оформления проектной работы девятиклассников