KI-Bildung zugänglicher machen

Von intelligenten virtuellen Assistenten und selbstfahrenden Autos bis hin zu digitalen Gesundheits- und Betrugspräventionssystemen verändert die KI-Technologie fast jeden Aspekt unseres täglichen Lebens – und Bildung ist da nicht anders. Trotz aller Versprechen wirft der Aufstieg der KI, wie jede neue Technologie, einige drängende ethische und gerechtigkeitsbezogene Fragen auf.

Wie können wir sicherstellen, dass alle Studierenden unabhängig von ihrem Hintergrund auf ein so leistungsstarkes Tool zugreifen können?

Inspiriert von diesem Aufruf zum Handeln haben USC-Forscher ein kostengünstiges, zugängliches Lernkit entwickelt, um College- und Oberstufenschülern dabei zu helfen, ihren eigenen „Roboterfreund“ zu bauen. Schüler können den „Körper“ des Roboters personalisieren, den Roboter so programmieren, dass er ihre Kopfhaltung nachahmt, und auf ansprechende und leicht zugängliche Weise etwas über KI-Ethik und Fairness lernen.

„Wir schlagen dieses Open-Source-Modell vor, um nicht nur die KI-Ausbildung für alle Studenten zu verbessern, sondern auch, um die Forschung zur menschlichen Interaktion für Labore und Forschungseinrichtungen erschwinglicher zu machen“, sagte Shi. „Letztendlich wollen wir den Zugang zu menschenzentrierter KI-Ausbildung für College-Studenten verbessern und einen Weg zu zugänglicherer Forschung schaffen.“

Um Kosten und Entwicklungszeit für Lernende zu reduzieren, hat das Team Blossom angepasst und vereinfacht, einen kleinen Open-Source-Roboter, der ursprünglich von Hoffman an der Cornell University entwickelt wurde. Blossom ist ein fester Bestandteil im Interaction Lab der USC – Shi nutzte den Roboter zuvor, um bessere KI-Stimmen für Achtsamkeitsübungen zu entwickeln, während O’Connell ihn so programmierte, dass er als „Lernpartner“ für Schüler mit ADHS-Symptomen fungierte.

Letztes Jahr begann das Duo, Wege zu finden, den Roboter für Bildungszwecke einzusetzen, und machte sich an die Arbeit, ein kostengünstiges, anpassbares und „auf den Menschen ausgerichtetes“ Modul zu entwickeln, das einige der Arten widerspiegeln könnte, wie Schüler in ihrem Alltag mit Technologie interagieren Leben.

Das System wird in einer neuen Studie mit dem Titel „Bauen Sie Ihren eigenen Roboterfreund: Ein Open-Source-Lernmodul für barrierefreie und ansprechende KI-Ausbildung“, das auf dem Pre-Print-Server erscheint arXiv und wurde auf der AAAI-Konferenz über künstliche Intelligenz im Rahmen eines Bildungssymposiums vorgestellt.

„Wir glauben, dass es wichtig ist, dass Schüler auf die gleiche Weise etwas über Fairness und Ethik in der KI lernen, wie wir in der K-12 etwas über Mathematik und Physik gelernt haben“, sagte Co-Hauptautor Zhonghao Shi, ein Doktorand in Informatik, der seine Studie durchführt Forschung im USC Interaction Lab unter der Leitung von Professorin Maja Matarić.

„Wir verwenden diese Themen vielleicht nicht jeden Tag, aber ein grundlegendes Verständnis dieser Konzepte hilft uns, besser zu arbeiten und neue Technologien im Auge zu behalten.“

Praxiserfahrung

Das dreiteilige Open-Source-Lernmodul bietet Studierenden praktische Erfahrungen und Einführungsunterricht zu verschiedenen Aspekten der KI, darunter Robotik, maschinelles Lernen, Softwareentwicklung und Maschinenbau. Es trage dazu bei, eine Lücke auf dem Markt für KI-Ausbildung zu schließen, sagten Shi und O’Connell.

Derzeit sind vorgefertigte Roboter wie der NAO für Schulen mit begrenzten Ressourcen unerschwinglich, während pädagogische Roboterbausätze wie LEGO Mindstorms zwar erschwinglich, aber nicht für Schüler unterschiedlicher Niveaus geeignet sind.

Um den Roboter erschwinglicher zu machen, entwickelten sie Strategien zur Subventionierung seiner Kosten. In der in der Studie vorgestellten Version von Blossom werden die Materialien mithilfe von 3D-Druckern anstelle des teureren Laserdrucks hergestellt. Derzeit kostet die Herstellung eines der anpassbaren Roboter des Teams etwa 250 US-Dollar. Im Vergleich dazu kostet ein NAO-Roboter etwa 15.000 US-Dollar.

O’Connell, der während der Pandemie das Häkeln gelernt hat, entwarf fünf neue Blossom-Außenhüllen und erstellte detaillierte, leicht verständliche Muster und Tutorials für jede Version, darunter einen Baby-Strampler sowie Strick- und Häkeloptionen, die alle kostengünstig und kostengünstig sind anpassbar.

Nachdem sie ihren Roboterfreund gebaut haben, werden die Schüler ermutigt, Blossom weiter zu individualisieren, zum Beispiel mit mechanischen Augenbrauen, farbwechselnden Lichtern oder sogar einem ausdrucksstarken Gesichtsbildschirm. Für O’Connell war Kreativität ein entscheidender Teil ihrer eigenen Ingenieurskarriere.

„Handwerk und Ingenieurwesen erfordern ähnliche Stärken wie Zählen, Planen und räumliches Denken“, sagte O’Connell. „Durch die Einbeziehung des Handwerks in dieses Projekt hoffen wir, kreative Studenten anzulocken, die vielleicht noch nicht darüber nachgedacht haben, wie ihre Fähigkeiten mit der Robotik und dem Ingenieurwesen harmonieren.“

Ethik und Fairness verstehen

Das System wurde im Rahmen eines zweitägigen Workshops im Mai 2023 mit 15 Bachelor-Studenten einer örtlichen Minderheiteneinrichtung erprobt. Vier Studententeams bauten Blossom-Roboter nach der Montageanleitung des Lernmoduls mit einer blank gestrickten Außenseite, um sie mit Zubehör zu personalisieren. Am zweiten Tag nutzten die Studierenden vorab trainierte Kopfhaltungsverfolgungs- und Gestenerkennungsmodelle, um Nickverhalten des Benutzers zu erkennen und nachzuahmen.

In Umfragen nach dem Workshop fanden sie heraus, dass 92 % der Teilnehmer der Meinung waren, dass der Workshop ihnen geholfen habe, mehr über die behandelten Themen zu lernen, und alle Teilnehmer waren der Meinung, dass der Workshop sie dazu ermutigt habe, sich in Zukunft mehr mit Robotik und KI zu befassen.

„Benutzer mit KI-Kenntnissen auszustatten, einschließlich eines Verständnisses für KI-Ethik und -Fairness, ist von entscheidender Bedeutung, um unbeabsichtigte Diskriminierung von Randgruppen zu vermeiden“, sagte Shi.

Im Rahmen seiner weiteren Arbeit plant das Team, das Modul für Oberstufenschüler und K-12-Schüler weiter zu evaluieren und zu verbessern. Letztendlich hoffen die Forscher, den Zugang für Schüler verschiedener Bildungsniveaus zu erweitern.

„Wir freuen uns, mehr über unser Projekt mit Menschen aus der ganzen Welt zu teilen“, sagte Shi. „Wir möchten sicherstellen, dass Menschen mit unterschiedlichem sozioökonomischem Hintergrund die Möglichkeit haben, eine Ausbildung zum Thema KI zu erhalten und sich am Prozess der Verbesserung der KI für den zukünftigen Einsatz zu beteiligen.“