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机器人秀,科艺融合,自动展演系统,大众互动
随着教育改革的深化和机器人技术的发展,教育机器人开发和应用正在成为科技工作者和教育工作者共同关注的热点。
东北大学赵姝颖教授团队作为中国智能机器人产业创新联盟首批成员、全国科普创作与产品研发示范团队,创建了以智能机器人技术开发和普及为特色的全国科普教育基地,通过多年探索实践,提出了“科艺融合”的教育理念,给出了一系列关于教育机器人资源开发与创新应用的思路和方法,并通过内地、澳门和中日韩机器人技术交流等活动得到进一步检验,对推进我国机器人教育事业发展具有良好借鉴作用。
科艺融合将科技与艺术结合起来,相互渗透,促进大众科学素养和综合能力的提升,通过科艺融合的机器人科普活动,让更多的人通过接触机器人,感受机器人,为机器人技术的长远发展创造了机会和条件。
本期连载的主要内容包括:
(一)“科艺融合”的教育理念
(二)机器人秀
(三)大众互动的机器人科普秀
0 引言
随着机器人技术的发展,机器人已经可以在很多方面模拟人类,例如,工厂中代替人工的机械手,运送物料的AGV,执行侦察、拍摄全景或者喷洒农药的飞行机器人等。
此外,在更多的服务领域,机器人也都展现了不同凡响的作用。
如科教领域应用的机器人,以寓教于乐为宗旨,在内容与形式上科艺融合,更体现了其独特优势。
“科普秀”是展示科技魅力常见的科普活动形式。
以人们喜闻乐见的机器人表演来展示机器人技术,增加大众对机器人的认识和关注,培养潜在的机器人研究者,是近年来教育机器人应用的一个新方向。
1 “科艺融合”的教育理念
“科”指“科学和技术”,简称“科技”,“艺”指“艺术”。
“科艺融合”就是科技与艺术相互渗透,交叉融合,形成在内容和形式上的高度相关。
科学与艺术是人类整体文化的两朵奇葩,是人类认识世界和改造世界的不同手段,也是具有不同规律但又相互紧密联系的两个领域。
教育机器人服务于教育过程,不仅向受教育者传播有关机器人的科技知识,同时也搭建起一个让受教育者更广泛接触科技前沿的平台。
这种教育过程,既有可能因为机器人的多学科交叉所带来的复杂性让学习者望而却步,也完全可以因为采取良好的教育方式,让具有一定复杂度的机器人发挥其“多才多艺”的能力,让学习者感受学习的乐趣,增强学习的兴趣,从而使更多的人成为主动学习者。
中国有句老话:
“兴趣是最好的老师”,本文所提倡的教育模式——“科艺融合”,就是从培养学生的兴趣出发,到培养学生的学习能力。
很多大科学家和大艺术家都在科艺融合的道路上身体力行,成果颇丰。
如被誉为“文艺复兴时期最完美代表”的达·
芬奇,其著名作品《蒙娜丽莎》现在是巴黎卢浮宫的三件镇宫之宝之一。
达·
芬奇晚年极少作画,潜心科学研究,去世时留下大量笔记手稿,内容从物理、数学、生物解剖、医疗到机器人,几乎无所不包。
几百年后,有人依据其构思的图纸设计制作了人形机器人,发现达·
芬奇对机器人技术的精准把握让人叹为观止。
图1 按照达芬奇设计图纸制作的机器人
再如伟大的科学家爱因斯坦,他曾经是一位十分优秀的小提琴家。
1915年11月,爱因斯坦完成了广义相对论的创立,半年后又预言了引力波。
2015年9月14日,美国的激光干涉引力波天文台(LIGO)探测到来自13亿光年外的两个黑洞并合所产生的引力波,验证了爱因斯坦当年的预言。
图2 小提琴家爱因斯坦
世界著名物理学家、诺贝尔奖获得者李政道教授积极倡导科艺融合,曾经在中国组织过大型的科学家与艺术家的研讨会,对科学与艺术的交流、融合、发展产生了重大而深远影响。
被誉为“中国航天之父”、“中国导弹之父”的钱学森先生也非常推崇科技与艺术融合,他说:
“艺术里所包含的诗情画意和对人生的深刻理解,使我丰富了对世界的认识。
受到了这些艺术方面的熏陶,我才能避免死心眼,避免机械唯物论,想问题能够宽一些,活一些。
”
2 机器人秀
图3 与机器人共舞(2005年日本)
当人和机器人同时站在舞台上唱歌、跳舞、吹喇叭,大家的注意力会更关注谁?
事实证明,机器人会很抢风头!
当一曲《和谐中国》乐曲奏响,一群教师盛装起舞,两位领唱高声欢唱的时候,在舞台上并不显眼的位置,有几个个头很小的迷你机器人演员一起伴着音乐欢快地跳起舞来,引得在场观众纷纷拿出手机不停地拍照。
这是东北大学信息学院2014年度总结表彰大会上真实的一幕。
用音乐舞蹈等艺术形式展示机器人技术,这就是“机器人秀”。
这种形式已经多次出现在科技馆、学校和其他公众场合。
2016年中央电视台春节联欢晚会,几百台人形机器人与著名歌手孙楠共同演绎了人机合作表演,给很多观众留下了深刻印象。
机器人与人共舞,很好地展示了机器人的综合能力。
“秀”是英语“Show”的音译,意为表演。
机器人秀是一种典型的科艺融合,在大众科普教育领域应用十分有效,其形式多样,有“个人秀”、“集体秀”和“互动秀”等。
“个人秀”主要展示机器人个体的能力和特色,让观众能更多了解机器人本体的能力。
例如,机器人表演俯卧撑、侧手翻、金鸡独立等(图4),充分展示了机器人在机电一体化和自动控制等方面的技术进展。
图4 机器人“个人秀”
“集体秀”更多地展示多机器人协同能力。
例如,机器人表演的千手观音舞蹈(图5),让观众在领略机器人表演艺术魅力的同时,对于多机器人协作技术的进展有了更多的了解,也会激发科技爱好者对未来机器人发展更多的想象。
图5 多机器人舞蹈“千手观音”
“互动秀”是最能拉近观众与机器人距离的一种展示形式。
能够完成“互动秀”表演的机器人要具有一定的人机交互能力,这是建立在智能感知、识别和综合控制技术基础上的。
因此,“互动秀”机器人(图6)表演技术内涵更丰富,表演形式更容易引起观众共鸣,具有更好的展示效果。
将各种机器人秀完全交给机器,完成这种展示教育的系统叫做“机器人自动展演系统”。
与前面的“机器人秀”表演不同的是,这种展演系统,为机器人表演营造了更好的艺术氛围,提升了机器人技术展示的效果,增强了科普教育的吸引力。
2015年5月,由东北大学赵姝颖教授团队自主研发的大型机器人自动展演系统“机器人秀”在辽宁省科学技术馆正式向公众开放,在此后1年多的时间里,该项目平均每天接待上千人观览。
观众表面上看到的是十几个机器人在舞台上表演,实际上是一套完整的自动控制和管理系统在支持着这些机器人表演,并实现了舞台灯光、音响、机器人表演、视频直播交相辉映,相映成趣。
比起普通的机器人秀,由于存在成套设备布置、自动控制和网络通信等技术实施要求,机器人自动展演系统(图7)更适合在固定场所进行科普展示,也更能体现科技与艺术融合的魅力。
图6 善于“互动秀”的机器人交交
图7 大型“机器人秀”自动展演系统
3 大众互动的机器人科普秀
智能机器人作为我国高端装备制造研究热点之一,未来需要大量人员从事相关工作。
随着机器人教育需求的不断增加,机器人科研、展示、竞赛活动形式日益丰富,越来越多的普通大众有更多的机会接触机器人、感受机器人、喜欢机器人,很多人因此加入到学习机器人技术的队伍中,也有越来越多的人开始研究机器人,并动手制作机器人。
让机器人与人类走得更近,是研究和开发大众互动机器人的本意。
机器人与人类互动的形式多种多样,包括语音、手势、遥控装置等。
其中,由于机器人对感知环境的要求,语音、手势等互动方式一般只适合小众群体,也就是说,每次跟机器人互动的人数很少,甚至只有一个。
这种互动方式,观赏性良好,但参与性受限。
大众互动是指大量观众可以同时参与的具有一定规模的互动,这种互动的参与者众多,观赏性和参与性更好。
今年5月,在全国科技周(沈阳)中日韩机器人科普秀活动中,举办了大众互动机器人科普秀项目——“科艺馨”杯友好机器人大赛。
赛场上,机器人“方方”分成两队,通过双手拾球、抛球、阻挡对方进攻等方式进行比赛。
参赛的机器人与参赛的人类队员组成了一个人机友好团队,人利用PAD或者手机给机器人发送行为命令,机器人不折不扣地执行任务。
比赛现场气氛十分热烈,很多人因为参与到这种比赛中,喜欢上了机器人,并对其中的技术产生了兴趣。
与以往的机器人比赛有所不同,友好机器人大赛的参赛人群,并不是受过专门训练的机器人研究人员,而是参观此次科技周活动的普通观众。
普通大众可以通过手机或者PAD等便携设备参与机器人大赛,这让很多对机器人感到陌生的人直接接触机器人、操作机器人、与机器人产生互动,增加了机器人的受众人群。
另外值得一提的是,这种大众互动的机器人比赛,还让很多素不相识的人临时组成一个团队,他们互相配合、积极协作、力争上游,也锻炼和增强了大家的团队意识。
机器人科普教育是以机器人为载体,面向广大公众实施科普教育工作,达到普及科学知识、倡导科学方法、传播科学思想、弘扬科学精神的目的。
友好机器人大赛通过大众互动的形式,让更多的人感受到了机器人技术的魅力,让普通大众成为了机器人的朋友。
在活动中人们互相支持、互相配合,积极向上,人与人和谐友好,这对提升公民综合素质也起到了非常好的促进作用。
图8 友好机器人大赛现场
4 结束语
机器人在教育领域的应用对于促进创新人才培养具有十分重要的意义。
通过大众互动的机器人“科普秀”活动,让更多的人接触机器人、感受机器人并喜欢机器人,培养一大批机器人的“粉丝”,这为机器人科普教育的长远发展创造了有利条件。
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