Laboratori didattici innovativi - La robotica umanoide - CampuStore
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Chi siamo • Fondata nel 1994, con più di 20 anni di esperienza nel portare innovazione negli ambienti didattici e d’apprendimento • Più di 40.000 clienti • Più di 7.700 scuole e 800 dipartimenti universitari • Presente sul Mercato Elettronico della Pubblica Amministrazione (MEPA) • Il maggior e–commerce per l’education in Italia
CampuStore Academy CampuStore Academy è il progetto CampuStore per la formazione di docenti ed educatori Si sviluppa su 3 fronti: • Scuole • Eventi • Digitale L’unica in Italia a fornire formazione certificata LEGO Education I nostri formatori sono formati e certificati da grandi nomi internazionali e riconosciuti tra i professionisti più innovativi nel mondo education Garantiamo formazione su: • LEGO Education • Robotica ed elettronica educativa • Tinkering • Storytelling • FabLab • Stampa 3D • Lavagne e proiettori interattivi • BYOD
Nelle altre puntate… • Mercoledì 17 gennaio – Introduzione ai Laboratori didattici innovativi (videoregistrazione) • Lunedì 22 gennaio – Laboratori di robotica, elettronica e automazione (videoregistrazione) • Martedì 30 gennaio - FabLab e laboratori di creatività, arte, grafica, disegno tecnico e moda • Giovedì 1 febbraio – Come presentare la candidatura sulla piattaforma GPU • Martedì 6 febbraio – Laboratori per le competenze di base
Robotica umanoide Perché sceglierla anche al liceo e qualche riflessione Lisa Lanzarini Email: l.lanzarini@mediadirect.it
Umanoidi: Tipologia A • Consolidamento competenze di base • Realizzazione/riqualificazione e aggiornamento, in chiave digitale, di laboratori per lo sviluppo delle competenze di base • Strumentazioni all’avanguardia • Che favoriscano e potenzino l’apprendimento delle competenze chiave richieste dal mercato del lavoro
Umanoidi: tipologia A – Alcune idee Umanoidi… anche al liceo • Programmazione accessibile a tutti – ad esempio in Choregraphe • Interessante strumento per partecipare a competizioni di robotica che permettono di lavorare su più competenze trasversali contemporaneamente - Nao Challenge • Non solo STEAM ma anche interessanti riflessioni in campo filosofico/umanistico: - Roboetica e rapporto uomo – macchina • Importanti ragionamenti anche in termini di cultura personale: il concetto di ‘’Roboetica’’ è stato concepito in Italia e le applicazioni culturali in Italia sono vastissime
Roboetica – di cosa parliamo • La robotica sta rapidamente diventando uno dei campi più importanti della scienza e della tecnologia • La Fisica nucleare e l’Ingegneria genetica si sono poste il problema etico DOPO che hanno visto palesarsi applicazioni sbagliate delle loro ricerche • Vista la sua prossima diffusione con la robotica sarebbe bene sviluppare questo pensiero prima • Nel gennaio 2004, la Scuola di Robotica – in collaborazione con Arts Lab della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e l’Istituito Tecnologico della Pontificia Accademia della Santa Croce di Roma – ha organizzato il Primo simposio Internazionale di Roboetica www.roboethics.org
Per partire e approfondire • La nascita della Roboetica, Gianmarco Veruggio 2003 • La Roboetica: le responsabilità degli scienziati e della società rispetto ai valori e ai risultati della robotica, Fiorella Operto • La nascita della Roboetica, Fiorella Operto, 2004 • A dieci anni dalla nascita della Roboetica, Fiorella Operto e Gianmarco Veruggio, 2014 • Spaghetti robot, Riccardo Oldani, 2017
Umanoidi: Tipologia B • Laboratori professionalizzanti • Realizzazione/riqualificazione e aggiornamento in chiave digitale • Acquisizione di strumentazioni all’avanguardia • Per favorire e potenziare l’apprendimento delle competenze professionali richieste dal mercato del lavoro.
Numeri da capogiro
Umanoidi: Tipologia B • Qui si fa riferimento a un contesto più professionalizzante e vicino al mondo del lavoro in modo diretto • Lavoro in senso lato – se qualche anno fa si credeva che i posti di lavoro legati alla robotica sarebbero stati solo di applicazione industriale oggi il panorama appare molto più ampio - Grandissime applicazioni in campo medicale e assistenziale • Se l’obiettivo di questo bando è preparare i ragazzi al mondo del lavoro scegliere la robotica significa fare una scelta intelligente • E attenzione: i robot non ci ‘’ruberanno il lavoro’’, anzi ne creeranno di nuovi!
Posti di lavoro creati dai robot fino al 2008
Posti di lavoro creati dai robot 2002-2011
Posti di lavoro creati dai robot 2012-2020
Un problema: l’invecchiamento progressivo della popolazione Global Industry Analytics, May 2017
Robotica e mondo del lavoro – I robot di servizio • Vendite di robot di servizio 2017: +12% • Vendite previste dei robot di servizio 2018-2020: in aumento tra il 20 e il 25% • Con un flusso complessivo di denaro pari a 27 miliardi di dollari • Nello stesso periodo i robot di uso domestico (ad es: aspirapolveri) genereranno un fatturato complessivo di circa 11 miliardi di dollari International Federetion of Robotics, Annual report, 11 Oct 2017
Il sogno Europeo
Robotica e mondo del lavoro – i robot industriali
Robotica e mondo del lavoro – i robot industriali
Robotica e mondo del lavoro – I robot industriali
Robotica umanoide Perché? Pericle Salvini Scuola Superiore Sant’Anna GREAT Robotics srl
Facciamo chiarezza • Robot antropomorfo • Robot che ha le sembianze di un essere umano. • Anche un braccio industriale è un robot Yumi, robot collaborativo antropomorfo. (ABB, 2015) I robot antropomorfi possono essere ulteriormente suddivisi in: • Robot umanoidi • Aspetto e movimenti sono simili a quelli di un essere umano. • Robot androidi o ginoidi • Identici, talvolta copie, di un essere umano maschio o femmina. Toyota Partner Robot (Toyota, 2005) Repliee Q2expo (Hiroshi Ishiguro, 2010)
Perché si costruiscono robot umanoidi? • Migliorare l’interazione uomo-robot • Interagire in modo naturale con l’ambiente e le persone • Approccio biorobotico • Robot come “modelli materiali” utili per testare ipotesi scientifiche • Tele-presenza (riguarda gli androidi) • Estendere la presenza delle persone
Migliorare l’interazione-uomo robot • Per permettere ai robot di comunicare con gli esseri umani in modo naturale e viceversa • Per permettere ai robot di adattarsi agli ambienti abitati dalle persone, anziché adattare l’ambiente al robot WE-4RII, Waseda University, Giappone, 2004
Approccio bio-robotico • Uno degli obiettivi della biorobotica è sviluppare piattaforme fisiche equivalenti ai sistemi biologici, al fine di testare/sperimentalmente “modelli” di sistemi viventi e i loro principi funzionali • L’obiettivo è aumentare le conoscenze sugli essere umani • Dalla proto-cibernetica alla scienza androide Dexter, Scuola Sant’Anna, 1995
Approccio bio-robotico • Estendere la presenza delle persone mediante copie robotiche che possono essere controllate a distanza. • Geminoid può riprodurre la voce, la postura e il movimento delle labbra dell’operatore (Ishiguro). Un click sul mouse è sufficiente per azionare il robot Geminoid HI-1 e Hirsohi, Ishiguro, Osaka University, 2008
Robotica umanoide Perché? Théo Belle Business Developer SoftBank Robotics
SoftBank Robotics
Spiegazione Che cos’è un robot umanoide? • Automatizzazione • Interazione • Forma umana
Dalla fantascienza... Maschinenmen C-3PO
...alla realtà
Perchè sembianze umane? Ispira simpatia e interesse Linguaggio naturale del corpo Favorisce l’interazione Stimola l’attività e l’emotività
Impatto nel mondo del lavoro Retail Turismo Case di Salute riposo
Impatto per l’istruzione
Programmazione di NAO e Pepper con il linguaggio Choregraphe Pietro Alberti Robotica e automazione per la scuola secondaria Email: p.alberti@mediadirect.it
Programmazione di NAO e Pepper NAO e Pepper sono utilizzati in situazioni molto varie, ad esempio per accogliere persone e/o fornire informazioni (hotel, banche, centri commerciali, concessionarie di auto), fare compagnia/assistere gli anziani, aiutare gli studenti a fare i compiti, studiare le lingue, intrattenere ludicamente i bambini ospedalizzati o studiare le loro emozioni, e così via. Sono un’ottima opportunità per il coding!
Programmazione di NAO e Pepper
Programmazione di NAO e Pepper
Piattaforma hardware di NAO • 25 gradi di libertà (assi) • Altezza 58 cm, Peso 5.4 Kg, Autonomia 1.5 ore • 2 speaker (orecchie) + vari led • 4 microfoni sulla testa • 2 videocamere 2D • Sensori di contatto (testa, petto, mani, piedi) • Sensori IR, Sonar («petto») • Unità inerziale (accelerometro e giroscopio) • Motori con encoder • Connettività Ethernet e wi-fi
Piattaforma hardware di Pepper • 20 gradi di libertà (assi) • Altezza 1.20 m, Peso 30 Kg, Autonomia 12 ore • Tablet • 2 speaker (orecchie) + vari led • 4 microfoni sulla testa • 2 videocamere 2D, 1 camera 3D • Sensori di contatto (testa, petto, mani, «piedi») • Sensori Laser, IR, Sonar («gambe») • Unità inerziale (accelerometro e giroscopio) • Motori con encoder • Connettività Ethernet e Wi-Fi
Piattaforma software di NAO e Pepper • La programmazione del robot può avvenire in ambiente Windows, Mac OS o Linux e con tanti linguaggi, tra cui Choregraphe, C++, Python, Urbi, e. Net. Ci sono appositi SDK. • Naoqi è il framework utilizzato per programmare i robot NAO e Pepper. Naoqi soddisfa le esigenze di robotica comuni: parallelismo, risorse, sincronizzazione ed eventi.
Ma… come si programmano questi robot?
Choregraphe • Free download: https://developer.softbankrobotics.com/us-en/downloads
Choregraphe - Schermata all’avvio
Choregraphe - Programma con 2 icone in sequenza
Ora vediamo come si utilizza Choregraphe per programmare i robot NAO e Pepper!
Pepper e Watson Soluzioni cognitive con umanoidi basate su Watson in IBM Cloud Francesca Gigante Business Development & ISV - Solution IT Architect - IBM
AI e sistemi cognitivi L’intelligenza artificiale è la teoria legata a tutto ciò che riguarda gli aspetti legati alla capacità delle macchine di assolvere compiti che sono tipici dell’intelligenza umana il Machine Learning, di cui il deep learning ne è parte, una branca dell’intelligenza artificiale e più in generale della Computer Science, che si occupa dello studio dei sistemi di algoritmi che consentono ai computer di “imparare” dai dati ed è di fatto un modo per raggiungere l’Artificial Intelligence Alcuni algoritmi sono in grado di apprendere autonomamente (Unsupervised Learning) altri devono essere addestrati da un umano (Supervised Learning) Ad oggi l’intelligenza artificiale intesa nella sua massima espressione non esiste, cioè non esistono ancora macchine che prendono delle decisioni autonome senza l’assistenza dell’uomo, IBM ha realizzato una serie di strumenti in grado di avvicinarsi il più possibile a questo concetto pur restando nell’ambito della cosiddetta Augmented Intelligence, cioè l’intelligenza artificiale che assiste l’uomo e non lo sostituisce e tutti i servizi cognitivi messi disposizione richiedono il Supervised Learning
Che cosa sono i sistemi cognitivi I sistemi cognitivi sono algoritmi basati su machine learning e deep learning che possono essere istruiti dall’uomo per elaborare dati non strutturati quali ad esempio suoni, immagini, testi. • Osservano quantità di dati, teoricamente infinita, in un dato dominio, tipicamente suoni – immagini e testi • Interpretano i dati trasformandoli in conoscenza di un particolare fenomeno • Valutano le opzioni possibili in relazione alla interpretazione • Si affiancano ai processi decisionali umani fornendo ipotesi in base alle possibili interpretazioni
A cosa servono i sistemi cognitivi I sistemi cognitivi non hanno l’obiettivo e ’non possono’ sostituire l’uomo ma aiutarlo a rendere l’innovazione alla portata di tutti scalando la conoscenza. Oggi i sistemi cognitivi sono necessari perché aumentano esponenzialmente i dati che produciamo e l’uomo non è capace di analizzarli senza l’aiuto di uno strumento automatizzato Human: Common Sense • Morals • Imagination • Compassion • Abstraction • Dreaming • Generalization Cognitive Systems: Locating Knowledge • Pattern Identification • Natural Language • Machine Learning • Eliminating Bias • Endless Capacity
Perché Pepper con i sistemi cognitivi Per fornire ai sistemi cognitivi gli input adeguati abbiamo bisogno di nuove tipologie di dispositivi I robot umanoidi, ad esempio, hanno proprio la caratteristica di poter interagire con gli umani attraverso il linguaggio parlato, le immagini e molti altri sensori Gli utilizzi tipici di un robot associato ai servizi cognitivi sono: - Concierge / receptionist ( Attract & Welcome, info, directions, queue mgmt …. ) - Sales assistant (Inform & Assist customers – up/cross selling – marketing info…) In ogni caso le aziende che usano Pepper hanno un enorme vantaggio derivato dal fatto che tutte le interazioni tra il robot e gli umani possono essere registrate e analizzate successivamente per capire meglio il rapporto tra azienda e cliente
Scenario di riferimento Conversation Welcome CRM Optional Customer Qrcode o customer number Identification ERP Customer Consierge Conversation Needs Sales assistant Receptionist Understanding Product maybe: • Physical product Location Conversation Product • Financial product Meeting Info Discovery Information • Leisure / attraction Visual recognition Meeting Campaign Product Location Feedback / Product managmement management location info survey information (queue management) (discount) in store
Pepper interaction details All Pepper inputs produces hundreds of ‘events’ in the runtime • Voice detection • Visual detection (objects / qrcodes / human ...) • Sensors detection (obstacle, tacticle....) • Tablet touch detection (button pressed etc...) Pepper can interact with cloud REST/HTTPS services (using Python or C++ languages) IBM Cognitive Services (Watson APIs) are provided through IBM Cloud Platform via REST APIs
IBM Cloud e Watson Platform… spiegato agli studenti Il Cloud non è una nuvola nel cielo… …ma è un insieme di computer interconnessi tra loro tramite Internet che si scambiano dati e programmi Watson non è l’assistente di Sherlock Holmes… …ma molto più simile a J.A.R.V.I.S.
Come accedere ai servizi cognitivi IBM www.ibm.com/cloud/ • Dal sito IBM Cloud è possibile effettuare una registrazione PERMANENTE GRATUITA ai servizi. • La registrazione NON RICHIEDE l’inserimento della CARTA DI CREDITO • IBM utilizza la piattaforma per tutti i programmi di ASL facendo registrare gli studenti • Attraverso il meccanismo delle autorizzazioni si possono creare dei gruppi di lavoro che condividono le risorse così come i professori possono controllare in tempo reale il lavoro svolto dai propri studenti
Il catalogo dei servizi Effettuata la registrazione si ha a disposizione un catalogo di servizi applicativi tra cui anche i servizi Watson. I servizi con l’etichetta ‘Lite’ sono quelli disponibili gratuitamente con delle soglie prefissate. Per creare una chatbot è necessario usare il servizio ‘Conversation’. Cliccando sul servizio si accede alla pagina di creazione. Cliccando quindi il pulsante ‘crea’ il servizio è creato e si può usare.
Il servizio Conversation Dalla pagina principale del servizio posso accedere : • alle credenziali che poi vedremo ci serviranno per collegarlo al Pepper 1 • alla documentazione e demo 2 • al tool di creazione della chatbot. 3 • Alle informazioni di quanto ho usato il servizio e quanto mi resta per il mese – nel piano gratuito ci sono 10.000 chiamate al mese che si consumano solo quando la chatbot è acceduta tramite sistemi esterni e non quando la uso o la provo dal tool 4 • All’interno del tool posso creare le mie chatbot 5 4 1 3 2 5
Costruire la chatbot in tre passi ? La batteria si scarica dopo 2 ore “Sono arrabbiato dopo appena tre mesi di La durata della batteria si è ridotta utilizzo la batteria del mio Jupiter H7 si scarica dopo due ore di utilizzo” Dopo poche ore di utilizzo la batteria è già scarica Non riesco ad usare lo smartphone per più di 4 ore La durata della batteria è ridicola
Costruire la chatbot in tre passi ? “Sono arrabbiato dopo appena tre mesi di utilizzo la batteria del mio Jupiter H7 si scarica Intenzione Tenuta batteria dopo due ore di utilizzo”
Costruire la chatbot in tre passi ? Intenzione Tenuta batteria “Sono arrabbiato dopo appena tre mesi di utilizzo la batteria del mio Jupiter H7 si scarica Entità Jupiter H7 dopo due ore di utilizzo”
La creazione della chatbot… come ordinare un hamburger Le entità e i sinonimi
Come usare Pepper con una chatbot creata con Watson
Esempio di scenario più complesso in cui si agganciano molti altri servizi - Big data & Real PUBLIC NETWORK IBM CLOUD NETWORK ENTERPRISE NETWORK time analytics - Customer insight ENTERPRISE USER DIRECTORY ACTIONABLE DATA STORE INSIGHT CUSTOMER /PROSPECT APPLICATION TRANSFORMATION & ENTERPRISE CONNECTIVITY APPLICATION Interaction with ......... Enterprise applications ENTERPRISE DATA (CRM, ERP, Product SOCIAL LOCATION WEATHER COGNITIVE Catalog …) SERVICE SERVICE SERVICE SERVICE Interation with cloud services exposing API: social, location, weather, cognitive, ...
I Voltiani Un’esperienza didattica alla Nao Challenge Prof. Davide Angrilli Ingegnere elettrotecnico IIS A. Volta - Pescara
Nao e lo sviluppo delle competenze Le aziende richiedono sempre più, oltre alle conoscenze ed abilità, competenze specifiche ai nostri allievi La scuola sta cambiando per far fronte alle esigenze del mondo del lavoro… Fino agli anni Settanta -> insegnamento misurazione decimale (voti) per contenuti delle conoscenze Dopo il ’74, decreti delegati, e il ’77, legge 517 -> insegnamento / apprendimento valutazione di criterio (giudizi) per obiettivi delle abilità Anni 2000 -> apprendimento per competenze certificazione delle competenze
Conoscenze, abilità e competenze “Conoscenze”: indicano il risultato dell’assimilazione di informazioni attraverso l’apprendimento. Le conoscenze sono l’insieme di fatti, principi, teorie e pratiche, relative a un settore di studio o di lavoro; le conoscenze sono descritte come teoriche e/o pratiche “Abilità”, indicano le capacità di applicare conoscenze e di usare know-how per portare a termine compiti e risolvere problemi; le abilità sono descritte come cognitive (uso del pensiero logico, intuitivo e creativo) e pratiche (che implicano l’abilità manuale e l’uso di metodi, materiali, strumenti) “Competenze” indicano la comprovata capacità di usare conoscenze, abilità e capacità personali, sociali e/o metodologiche, in situazioni di lavoro o di studio e nello sviluppo professionale e/o personale; le competenze sono descritte in termine di responsabilità e autonomia.
Percentuali di apprendimento Le “percentuali” dell’apprendimento • Leggere 10% • Ascoltare 20% • Vedere 30% • Vedere/ascoltare 40% • Discutere/scrivere 70% • Fare da soli e meglio con altri 80% • Insegnare 95% • Produrre, essere competente 100%
Il futuro del lavoro Siamo nella quarta rivoluzione industriale, industria 4.0 Nel 2016 il World of Economic Forum ha presentato una ricerca , «The Future of the Job» Secondo cui nei prossimi anni i fattori economici e demografici in combinazione con la quarta rivoluzione industriale influenzeranno profondamente l’evoluzione dl lavoro. Nel 2020 il problem solving, il pensiero critico, la creatività ed il saper lavorare in team, saranno competenze chiave per lavorare in un mondo diverso da quello che conosciamo
Lavorare con Nao… È stata l’esperienza che più ha sviluppato le competenze descritte Ma cosa serve affinché tutto vada a buon fine??? 1) La cosa più importante… si deve credere profondamente nel lavoro che si sta facendo 2) Capire bene gli allievi che sono veramente motivati, magari mettendoli alla prova con dei piccoli compiti… ci saranno allievi che faranno tanto, altri che si mostreranno completamente disinteressati 3) Far capire bene ai colleghi che non è un gioco… ma una cosa molto seria… anche se sembra divertente… ma ad alti livelli diventa molto impegnativo… La collaborazione dei colleghi, soprattutto la loro disponibilità a concedere qualche ora nei momenti topici, è essenziale, così come il sostegno nei momenti di scoramento…..ci saranno !!! 4) Un buon metodo di lavoro sarebbe di creare un team di docenti (anche non tecnici) che supportino gli allievi, il problema non è solo la progettazione del sw, è importante anche dare buone idee di regia
Lavorare con Nao… 5) Da dove si parte?… studiare a fondo il regolamento 6) …seguire i corsi webinar… sono essenziali per iniziare 7) Comincia a frantumare il problema in piccoli problemi più semplici… funziona sempre 8) Il problema che non ti fa dormire la notte… come faccio senza NAO? 9) Una volta frammentato il problema, ho dei dubbi sul funzionamento di alcune strategie/istruzioni che ho in mente per risolvere i problemi… Uso il NAO che ho a disposizione nel punto hosting… capisco così se le mie idee sono fattibili e studio le istruzioni , come si applicano, il loro funzionamento… ora sono pronto per scrivere il programma senza timori… 10) Terminato lo sviluppo corriamo di corsa a verificare di nuovo al centro hosting… non ci dovrebbero essere grandi sorprese… ma c’è comunque tempo per correggersi… ATTENZIONE… Non è finita !!! Durante il pre-gara avete un NAO tutto a vostra disposizione… ci siamo capiti!
Lavorare con Nao… Controindicazioni? Se si sono scelti gli allievi giusti… sono molto motivati… forse troppo !!! Il rischio è che perdano troppe ore di lezione e di ore di studio pomeridiane… Quante giustificazioni ho dovuto firmare! Non è finita… dovete sempre avere un bastone a portata di mano per cacciare gli allievi dal laboratorio durante le ore di matematica, italiano e storia… ;-) Un ultimo consiglio… se decidete di partecipare l’anno prossimo… mettete nella vostra programmazione didattica un modulo su NAO… così potete garantire una BASE A TUTTA LA CLASSE e guadagnate tante tempo… Per me che insegno sistemi automatici… con sensori, attuatori e algoritmi… cosa c’è di meglio?
Ecco la mia programmazione UD3 Programmazione robotica umanoide (NAO) # Studio del regolamento del torneo Nao Challenge 2017 # Studio della struttura del robot, sensori, attuatori, ambiente di sviluppo Choregraphe # Programma per raggiungere la scatola: tracker # Programma per far giocare ed intrattenere i bambini # Programma per afferrare e poggiare oggetti Programma per fare la presentazione della squadra Approfondimenti: esercitazioni pratiche con NAO e sistema di sviluppo Choregraphe Metodologia: lezioni frontali, problem solving e posing, didattica laboratoriale, cooperative learning Strumenti: libro di testo, internet, manuali, computer e lavagna luminosa Verifica e modalità di valutazione: relazioni scritte, test a risposta multipla, interrogazioni orali e prove sperimentali
Le potenzialità della robotica umanoide Giuliano Fattorini
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