Революция в научном образовании с помощью исследовательских роботов на базе ИИ

Доктор Бенджи Маруяма, уважаемый исследователь Лаборатории исследовательских авиационных систем ВВС США (AFRL), ставит перед собой задачу демократизировать и революционизировать научное образование с помощью открытого программного обеспечения для автономных экспериментов. Маруяма и его команда сотрудничают с промышленностью и академическими кругами, чтобы внедрить свою образовательную систему Educational ARES OS (Autonomous Research Experimentation System) в классы государственных школ по всей стране, воспитывая новое поколение молодых ученых.

Educational ARES OS

Educational ARES OS — это автономная исследовательская платформа, которая бесшовно интегрирует автоматизированную робототехнику с алгоритмами искусственного интеллекта (ИИ). Это новаторское программное обеспечение самостоятельно проводит эксперименты, фиксирует результаты и разрабатывает следующие шаги для решения исследовательских вопросов или устранения проблем. Оно опирается на успех оригинального открытого программного обеспечения ARES, представленного в 2021 году, которое доступно для бесплатной загрузки общественностью.

ИИ-роботы для исследований доступны всем

Маруяма подчеркивает важность обеспечения доступности ИИ-роботов для исследований по низкой цене, чтобы поддержать амбициозную цель AFRL по экспоненциальному расширению исследовательских усилий. Он твердо верит, что наука должна быть инклюзивной и доступной для всех, начиная с раннего возраста. Знакомство студентов с автономными экспериментами в раннем возрасте, желательно к среднему школьному уровню, по мнению Маруямы, поможет разрушить представление о том, что наука эксклюзивна или недостижима для определенных людей, что в конечном итоге приведет к более разнообразному научному сообществу.

Наделение педагогов полномочиями с помощью ИИ

Одной из ключевых целей проекта Educational ARES OS является наделение педагогов инструментами, необходимыми для эффективного преподавания STEM (наука, технологии, инженерия и математика). Предоставляя полную учебную программу, соответствующую государственным стандартам, Маруяма стремится облегчить бремя учителей, особенно в школьных округах с недостаточным финансированием. Цель состоит в том, чтобы позволить педагогам бесшовно интегрировать автономные эксперименты в свои классы, улучшая учебный процесс для студентов.

Доступная робототехника своими руками

Видение Маруямы выходит за рамки программного обеспечения; оно включает в себя доступность аппаратного обеспечения. При бюджете около 300 долларов школьный учитель может собрать свой собственный автономный 3D-принтер с поддержкой ARES, используя легкодоступные компоненты. Маруяма и его коллеги даже опубликовали статью с открытым доступом, подробно описывающую калибровку недорогой системы 3D-печати методом послойного наплавления (FDM), делая аппаратную часть доступной и Affordable.

Лидерство в STEM-образовании

Доктор Кристофер Рейес, доцент кафедры прикладной математики Университета Буффало, находится на переднем крае интеграции Educational ARES OS в STEM-образование. Его усилия включают создание автономной лаборатории экспериментов, которая откроется в январе 2024 года. Эта лаборатория предложит одну из первых образовательных программ, использующих программное обеспечение ARES OS Маруямы, объединяя приложения компьютерных наук, машинного обучения и материаловедения в курсах для студентов бакалавриата.

Изучение метаматериалов и многое другое

Рейес видит, как студенты используют лабораторию и программное обеспечение ARES для изучения метаматериалов, печати точных масштабных моделей материалов и оптимизации их структуры на основе конкретных свойств. Educational ARES OS упрощает сложные проекты и снижает барьеры для студентов и преподавателей, делая STEM более доступным.

Партнерства в сообществе и расширение охвата

Доктор Эмили Фирман Кори, главный консультант компании Airship Consulting из Дейтона и бывший сотрудник AFRL, активно работает над внедрением Educational ARES в классы. Сотрудничая с местными учреждениями, такими как Университет Дейтона, Кори стремится сделать STEM-программирование ARES доступным для школ. Ее усилия включают разработку экономичной упаковки для предоставления школам решений как по аппаратному, так и по программному обеспечению.

Инициативы, возглавляемые студентами

В Университете Дейтона студенты берут на себя инициативу по внедрению Educational ARES OS. Студенты бакалавриата, участвующие в программе Stitt Scholar, работают над разработкой учебных программ и ресурсов для летних лагерей и курсов по STEM. Они также проводят маркетинговые исследования, чтобы выявить экономичные компоненты 3D-принтеров для создания доступных наборов для учителей.

Устранение барьеров в STEM-образовании

Маруяма признает, что учителя уже сталкиваются с значительной рабочей нагрузкой и, возможно, не имеют времени на разработку собственной учебной программы по автономным экспериментам. Educational ARES OS стремится предоставить не только роботизированную платформу, но и комплексную учебную программу, соответствующую государственным стандартам, что облегчает учителям внедрение автономных экспериментов в свои классы.

Видение дополненной науки

По мере того как ИИ и робототехника продолжают развиваться, Маруяма видит в них инструменты для дополнения, а не замены человеческих исследователей. Он считает, что, автоматизируя рутинные аспекты исследований, молодые ученые смогут сосредоточиться на инновациях и открытиях, что в конечном итоге оживит интерес к областям STEM и удержит таланты в научном сообществе.

Приверженность Маруямы продвижению ИИ-исследований и обеспечению доступности науки принесла ему признание в качестве Fellow Материаловедческого общества (MRS). Его новаторские усилия в области ИИ и автономных экспериментов заложили основу для будущего, в котором люди и технологии будут сотрудничать, чтобы расширить границы научных открытий.