Crédit: Randi Williams

PopBots: une plate-forme STEAM pratique pour la génération d'IA

Par Randi Williams, groupe Personal Robots; conseiller, Cynthia Breazeal

Ma première expérience en programmation était en 10e année, lorsque j’ai commencé l’initiation au cours d’informatique de mon école. Je me souviens d'avoir travaillé sur une mission où nous devions faire rebondir la balle sur les bords de l'écran. Quand j'ai finalement réussi à le faire fonctionner, j'ai regardé la balle rebondir sur l'écran devenir de plus en plus excitée. Il y avait tellement de choses que je pouvais faire pour améliorer le projet: le faire rebondir dans des directions inattendues, changer de couleur ou même se multiplier. C'est le pouvoir d'apprendre à programmer - vous apprenez à utiliser la technologie pour résoudre des problèmes qui vous tiennent à coeur.

Presque une décennie plus tard, l'informatique est toujours mon outil de résolution de problèmes préféré. Surtout en ce qui concerne l'accès et l'autonomisation des communautés mal desservies, je trouve que la technologie peut être assez puissante. C’est pourquoi les plateformes de pensée informatique des enfants sont extrêmement importantes: elles enseignent aux enfants les compétences dont ils ont besoin pour changer le monde.

Mais les plateformes existantes se concentrent sur la programmation et je pense que nous devons aller plus loin. Les enfants ne grandissent plus seulement avec des ordinateurs et des jeux vidéo; ils grandissent à l'ère de l'intelligence artificielle (IA). Les chercheurs et ingénieurs d’aujourd’hui occupent donc une position privilégiée pour responsabiliser les enfants avec cette nouvelle technologie passionnante. Mon rêve est d'être à l'avant-garde de ce changement, en créant une technologie qui favorise la créativité, l'expression et l'accès équitable à l'éducation en matière d'intelligence artificielle. Mes deux principaux objectifs de recherche sont: premièrement, permettre aux enfants de comprendre et de créer avec l’IA. Deuxièmement, comprendre ce que les enfants pensent des appareils intelligents et comment leur compréhension évolue à mesure qu'ils apprennent comment ils fonctionnent.

Ce faisant, j’ai également l’occasion d’aborder des questions éthiques difficiles concernant les relations des enfants avec des robots. Les premières questions que je me pose lorsque je dis aux gens que je construis des robots pour aider les enfants à apprendre sont les suivantes: «Essayez-vous de prendre les emplois d'enseignant?» Et «Pourquoi remplacez-vous les parents par des robots?» Lorsque les parents voient leurs enfants passer des heures à parler à un haut-parleur intelligent, en l'appelant leur meilleur ami, cela signifie-t-il qu'ils choisissent des robots plutôt que des personnes? Mon groupe, le groupe Personal Robots, a enquêté sur cette question et a constaté que les jeunes enfants, dont les aptitudes socio-émotionnelles sont encore en développement, peuvent parler à des dispositifs d'IA comme des personnes, mais à l'intérieur, ils les voient comme autre chose, comme entre un animal domestique et un ami. (lien, lien). Je cherche cette relation depuis le début de mes études et continue à poser des questions sur la manière dont cette nouvelle technologie pourrait changer la façon dont les enfants se rapportent à leur monde.

Que sont les PopBots?

Deux filles programmant et concevant leurs propres personnages PopBot. Crédit: Randi Williams

Les PopBots sont des robots sociaux intelligents programmables qui jouent avec les enfants pour les aider à se renseigner sur l'IA. Le système complet comprend un compagnon d’apprentissage de robot social basé sur un téléphone portable, des blocs LEGO et des périphériques LEGO / Arduino, ainsi qu’une tablette ou un ordinateur pour une interface de programmation. Autour de ce système, nous avons développé des activités d'intelligence artificielle permettant aux enfants d'implémenter leurs propres algorithmes.

Les PopBots se distinguent par le fait qu’ils ont été conçus pour rendre l’enseignement de la robotique créatif, pratique et peu coûteux. Toutes les activités sont centrées autour des jeux et de l’art, et le caractère robotique ludique rend l’expérience particulièrement attrayante pour les jeunes enfants.

Un PopBot programmé pour répondre à des salutations humaines comme une poignée de main ou un geste de la main. Crédit: Randi Williams

Par exemple, une activité aide les enfants à apprendre l’apprentissage automatique supervisé en apprenant à un robot à classer les aliments. Cela commence par une question: comment apprendre à un robot (ou à un ordinateur) à manger des aliments sains? Les enfants suggèrent généralement d’abord que nous informions le robot de tous les aliments et qu’ils soient en bonne santé ou non, comme lors de la création d’une liste. Mais les enfants réalisent rapidement qu'enseigner à un robot chaque aliment prendrait beaucoup de temps et représenterait beaucoup de travail. Il est bien préférable que le robot puisse apprendre un schéma permettant de séparer les aliments sains des aliments malsains. C'est ainsi que nous introduisons l'idée d'apprentissage automatique supervisé: l'idée de pouvoir fournir des exemples, puis de les utiliser pour mieux deviner. Les enfants commencent donc à rechercher des motifs (les fruits et les légumes sont sains et les sucres riches en sucre sont malsains). Ils enseignent ces motifs au robot en faisant glisser des exemples de ces idées vers différentes parties de l'écran pour les étiqueter. En cours de route, ils peuvent demander au robot de deviner si un autre aliment non étiqueté est sain ou malsain. Très vite, le robot est capable de deviner assez bien et avec seulement quelques exemples, il peut dire si les aliments qu’il rencontre sont sains ou malsains.

Les enfants sont généralement assez impressionnés par le fait qu'un robot peut connaître cinq aliments et en connaître 30 autres, mais ce qui frappe vraiment à la maison, c'est quand nous parlons de la façon de confondre le robot. Et si nous apprenions au robot que les aliments malsains étaient vraiment en bonne santé et vice versa? Et si on lui enseignait seulement que les aliments rouges étaient sains et les aliments jaunes malsains et rien sur les aliments bleus? Le robot n’en connaîtrait pas mieux et ferait beaucoup d’erreurs. Même les très jeunes enfants sont persuadés que l’IA dépend beaucoup de ce que les gens racontent. Donc, si une IA fait beaucoup d’erreurs, comme si Alexa avait du mal à répondre aux questions, c’est probablement parce que les gens ne lui ont pas appris à bien faire les choses. Ce sont des idées que tout le monde doit comprendre sur l'IA. Il est donc passionnant de voir des enfants les affronter de bonne heure à travers la métaphore d'un robot triant des aliments.

Élargir la portée de l'éducation à l'IA

Nous pensons que cette plate-forme contribuera à changer le discours sur qui peut faire de l'IA en rendant l'éducation à l'IA plus largement disponible. Je souhaite que l'enseignement de l'IA soit davantage axé sur l'art que l'enseignement CS traditionnel. La plupart des kits robotiques se concentrent sur la résolution de labyrinthes et de constructions évidentes telles que les voitures, en laissant de côté les enfants qui pourraient être plus intéressés par la fabrication d'artefacts et la conception de personnages. Je conçois également cette plate-forme pour lutter contre les milliers d'applications éducatives pour ordinateurs et tablettes qui ont inondé le marché ces dernières années. Bien qu’il soit plus facile de concevoir et de déployer des activités d’IA sur un ordinateur, l’apprentissage pratique est une partie importante de l’expérience des enfants; travailler avec un artefact physique permet aux enfants de travailler ensemble pour construire leurs connaissances. En fait, au cours de mes études, la collaboration aux activités a aidé les enfants à mieux comprendre les concepts de l'IA.

Ouverture de l'IA "boîte noire"

La conclusion est que les jeunes enfants (4 à 6 ans) sont complètement équipés pour apprendre les algorithmes d'intelligence artificielle de systèmes comme PopBots. Des facteurs de développement tels que l'âge et la capacité de prendre des points de vue ont parfois une influence sur ce que les enfants comprenaient. Cependant, les plus grandes différences sont apparues lorsque nous avons examiné la manière dont différents enfants utilisaient la trousse à outils. Les enfants qui ont exploré les activités de manière plus approfondie ont mieux réussi à résoudre les questions difficiles que les autres enfants ont généralement mal comprises. Cela suggère qu'une amélioration supplémentaire de ce système serait plus personnalisée pour chaque enfant, l'aidant à explorer de nouvelles idées au fur et à mesure.

En ce qui concerne la perception de l’IA par les enfants, nous avons constaté qu’ils développaient une compréhension des robots en tant qu ’« êtres apprenants ». Après avoir enseigné le robot eux-mêmes, ils le considéraient comme un objet de la double nature: quelque chose de vivant, mais de machine; et quelque chose qui avait un esprit, mais pas de motivations indépendantes.

Les enfants ont besoin d'une plus grande exposition à l'ingénierie et à la technologie dans les premières classes. Pour la plupart des enfants, il s'agissait de leur première expérience en matière d'éducation technologique formelle bien que chaque enfant ait déjà eu une expérience antérieure avec des robots et des agents virtuels interactifs tels que Siri, Alexa et Google. Seule une poignée d'enfants avec qui j'ai travaillé savait ce qu'était un ingénieur, et même ceux qui avaient une idée ne se sont pas identifiés en tant qu'ingénieurs. Pourtant, les enfants d’âge préscolaire et de maternelle sont sans doute les meilleurs ingénieurs de toutes les écoles - leurs salles de classe regorgent de petits projets et de jeux de construction. Comparez cela avec la science; presque tous les enfants voulaient être des scientifiques parce que les programmes préscolaires exposent les enfants à la science et renforcent positivement le domaine. La même chose doit être faite pour l'ingénierie.

Ce que PopBots fait différemment

La chose la plus cool à propos de ce projet est la façon dont il s’appuie sur ce qui a été fait auparavant. PopBots s'appuie sur la technologie de robot social de Tega. Tega est une puissante plate-forme utilisée par le groupe Personal Robots pour enseigner aux enfants les compétences en alphabétisme, les langues secondes, les compétences socio-émotionnelles et même les programmes. Nous avons vu maintes et maintes fois comment un compagnon d'apprentissage du robot social aide les enfants à apprendre par le jeu interactif.

PopBots s’appuient également sur des plates-formes de pensée informatique telles que Scratch et ScratchJr. Cela a permis aux enfants du monde entier d’adopter une programmation créative. Nous avons également beaucoup appris des programmes d'IA conçus pour les élèves du secondaire et des niveaux supérieurs. Au cours des deux dernières années, nous avons été ravis de voir que l'éducation à l'IA gagnait du terrain, mais il en existe très peu pour les plus jeunes enfants. PopBots habilite de manière unique les enfants à se familiariser avec l'IA avant même de pouvoir lire ou d'avoir appris un calcul complexe. Il utilise un robot social comme fenêtre dans la machine, permettant aux enfants d'utiliser l'interaction sociale pour explorer l'IA.

Nous pensons que cette approche unique est importante car elle aborde des sujets en informatique sous un angle complètement différent de celui de la programmation. Toute personne non programmée, non technique peut tirer profit des métaphores que nous présentons pour comprendre les algorithmes d'intelligence artificielle qui les entourent.

Ce printemps, nous formons les enseignants locaux à dispenser ce programme dans leurs classes. Outre le financement, l’un des problèmes les plus difficiles de l’enseignement technologique consiste à donner aux enseignants les moyens de fournir le matériel. Nous sommes très heureux de passer à l'étape suivante.

Si vous êtes intéressé par les moyens d’explorer l’intelligence artificielle avec votre enfant aujourd’hui, consultez cette liste de ressources compilée par Blakeley Hoffman.

Cet article a été publié à l'origine sur le site Web du Media Lab.