AI 연구 로봇으로 과학 교육을 혁신하다

공군 연구 실험실(AFRL)의 저명한 연구원인 벤지 마루야마 박사는 오픈 소스 자율 실험 소프트웨어를 사용하여 과학 교육을 민주화하고 혁신하려는 사명을 가지고 있다. 마루야마와 그의 팀은 산업계와 학계와 협력하여 전국의 공립학교 교실로 Educational ARES OS(자율 연구 실험 시스템)를 가져와 차세대 젊은 과학자들을 양성하고 있다.

Educational ARES OS

Educational ARES OS는 자동화된 로봇 공학과 인공지능(AI) 알고리즘을 원활하게 통합하는 자율주행 연구 플랫폼이다. 이 획기적인 소프트웨어는 실험을 독립적으로 수행하고, 결과를 기록하며, 연구 질문을 해결하거나 문제를 해결하기 위한 다음 단계를 수립한다. 이는 2021년 도입되어 대중이 무료로 다운로드할 수 있었던 원래의 ARES 오픈 소스 소프트웨어의 성공을 바탕으로 한다.

모두를 위한 AI 연구 로봇

마루야마는 AFRL의 연구 노력을 기하급수적으로 확장하려는 야심 찬 목표를 지원하기 위해 AI 연구 로봇을 저비용으로 접근 가능하게 하는 것의 중요성을 강조한다. 그는 과학이 어린 나이부터 모두를 위해 포용적이고 접근 가능해야 한다고 확신한다. 이상적으로는 중학교 시기에 학생들에게 자율 실험을 소개함으로써, 마루야마는 과학이 특정 개인들에게 배타적이거나 달성 불가능하다는 인식을 깨뜨려 궁극적으로 더 다양한 과학 커뮤니티를 이루기를 바란다.

AI를 통한 교육자 역량 강화

Educational ARES OS 프로젝트의 주요 목표 중 하나는 교육자가 STEM(과학, 기술, 공학, 수학)을 효과적으로 가르치는 데 필요한 도구를 갖추도록赋能하는 것이다. 주 표준과 일치하는 완전한 커리큘럼을 제공함으로써, 마루야마는 특히 자금 지원이 부족한 학교 지역의 교사들의 부담을 덜어주기를 목표로 한다. 목표는 교육자가 자율 실험을 교실에 원활하게 통합하여 학생들의 학습 경험을 향상시키는 것이다.

저렴한 DIY 로봇 공학

마루야마의 비전은 소프트웨어를 넘어 하드웨어 접근성을 포함한다. 약 300달러의 예산으로 학교 교사는 쉽게 구할 수 있는 부품을 사용하여 자체 ARES 기반 자율 3D 프린터를 조립할 수 있다. 마루야마와 그의 동료들은 저비용 용적 적층(FDM) 3D 프린터 시스템의 보정에 대한 오픈 액세스 기사를 발표하여 하드웨어 측면을 접근 가능하고 저렴하게 만들었다.

STEM 교육의 선도

버팔로 대학교 응용수학 조교수인 크리스토퍼 레이예스 박사는 STEM 교육에 Educational ARES OS를 통합하는 최전선에 있다. 그의 노력에는 2024년 1월에 개관할 예정인 자율주행 자율 실험실 설립이 포함된다. 이 실험실은 마루야마의 ARES OS 소프트웨어를 활용하는 최초의 교육 프로그램 중 하나를 제공하여, 학부 과정에서 컴퓨터 과학, 머신러닝 및 재료 과학 응용 분야를 연결할 것이다.

메타물질 연구 및 그 이상

레이예스는 학생들이 실험실과 ARES 소프트웨어를 사용하여 메타물질 연구에 참여하고, 재료의 정밀한 축소 모델을 인쇄하며, 특정 특성에 기반하여 그 구조를 최적화하는 것을 상상한다. Educational ARES OS는 복잡한 프로젝트를 단순화하고 학생들과 교육자의 장벽을 낮춤으로써 STEM을 더 접근하기 쉽게 만든다.

커뮤니티 파트너십 및 영향력 확대

데이튼 기반의 에어십 컨설팅의 수석 컨설턴트이자 전 AFRL 직원인 에밀리 페르먼 코리 박사는 Educational ARES를 교실로 전환하는 데 적극적으로 노력하고 있다. 데이튼 대학교와 같은 지역 기관과 협력하여 코리는 ARES STEM 프로그램을 학교에 접근 가능하게 만들기를 목표로 한다. 그녀의 노력에는 학교에 하드웨어와 소프트웨어 솔루션을 모두 제공하기 위한 비용 효율적인 패키징 개발이 포함된다.

학생 주도 이니셔티브

데이튼 대학교에서 학생들은 Educational ARES OS 구현을 주도하고 있다. 스틧 스칼라 프로그램에 참여하는 학부생들은 STEM 여름 캠프 및 과목을 위한 커리큘럼과 자원을 개발하는 작업을 수행하고 있다. 또한 그들은 교사들을 위한 저렴한 키트를 만들기 위해 비용 효율적인 3D 프린터 부품을 식별하기 위한 시장 조사를 수행하고 있다.

STEM 교육의 장벽 허물기

마루야마는 교사들이 이미 상당한 업무량을 안고 있으며 자체 자율 실험 커리큘럼을 설계할 시간이 없을 수 있음을 인정한다. Educational ARES OS는 로봇 플랫폼뿐만 아니라 주 표준과 일치하는 포괄적인 커리큘럼을 제공하여, 교사들이 교실에 자율 실험을 소개하기 쉽게 만드는 것을 목표로 한다.

증강 과학에 대한 비전

AI와 로봇 공학이 계속 발전함에 따라, 마루야마는 이를 인간 연구원을 대체하는 것이 아니라 보완하는 도구로 본다. 그는 연구의 지루한 측면을 자동화함으로써 젊은 과학자들이 혁신과 발견에 집중할 수 있게 되어 궁극적으로 STEM 분야에 대한 관심을 revitalizing하고 과학 커뮤니티에 인재를 유지할 수 있다고 믿는다.

AI 기반 연구를 발전시키고 과학을 접근 가능하게 하려는 마루야마의 헌신은 그를 재료 연구 협회(MRS) 펠로우로 인정받게 했다. AI와 자율 실험에서의 그의 선구적인 노력은 인간과 기술이 협력하여 과학적 발견의 한계를 넓히는 미래를 위한 토대를 마련했다.