Инженерное образование, пожалуй, никогда не было столь увлекательным и в то же время сложным. Методы, определяющие современную робототехнику — модельно-ориентированное проектирование, компьютерное зрение, обучение с подкреплением, — стремительно меняются, и индустрия движется в сторону автоматизации на базе ИИ с приоритетом симуляции. Учебные планы не рассчитаны на изменения с такой скоростью. Перестраивать курс каждый год в погоне за отраслью — значит истощать силы преподавательского состава; оставлять его без изменений — значит выпускать специалистов, которые уже на шаг отстают от требований рынка.
Существует и вторая проблема. Студенты учатся моделировать и запускать симуляции, но лишь немногие имеют возможность увидеть, выдержит ли их работа столкновение с реальной машиной. Симуляция помогает понять теорию, но «железо» формирует практическое чутье — то самое, которое появляется, когда аккуратная модель сталкивается с несовершенным миром. Преодолеть этот разрыв сложнее, чем должно быть. Безопасные, пригодные для лабораторий роботы дороги и дефицитны, а доступ к ним неравномерен как между учебными заведениями, так и между странами.
Создание учебных материалов, отражающих текущую производственную практику, и поддержание их в актуальном состоянии — само по себе масштабная задача. В результате во многих программах тщательно преподается теория робототехники, в то время как практика остается труднодоступной.
Учебная программа, созданная университетом для университетов
«От кода к роботу» — это учебная программа по робототехнике, разработанная преподавателями и магистрантами Политехнического университета Каталонии (UPC) при поддержке MathWorks и Universal Robots. Будучи одним из ответов на упомянутую выше проблему, она заслуживает внимания академического сообщества отчасти благодаря тому, что она собой представляет, а отчасти — тому, как она создавалась. Люди, которые понимают ограничения учебного процесса в университете, — это те, кто в нем преподает. Роль индустрии заключалась в том, чтобы материалы соответствовали реальным методам проектирования в современной робототехнике, а не в определении того, чему именно следует учить.
Студенты проходят полный инженерный цикл, а не набор разрозненных упражнений. Они проектируют и моделируют алгоритмы управления в MATLAB и Simulink, проверяют их в симуляции и, если у программы есть соответствующее аппаратное обеспечение, переносят их на реального коллаборативного робота. Материал охватывает моделирование и управление роботами, обнаружение объектов с помощью компьютерного зрения и планирование задач с использованием обучения с подкреплением — методы, на которых все больше строится современная автоматизация. Программа имеет модульную структуру, поэтому она подходит для целого семестра или легко встраивается в качестве отдельного модуля в существующий курс по робототехнике, мехатронике или системам управления.
Фактор, снижающий барьеры
Учебная программа бесплатна. Руководства к занятиям, упражнения, код и демонстрационные видеоролики находятся в открытом доступе, а для преподавания вообще не требуется робот — стандартной рабочей станции с установленным MATLAB достаточно, чтобы провести студентов через весь цикл проектирования и симуляции. Аппаратное обеспечение требуется только тем программам, которые хотят, чтобы студенты физически замкнули контур управления, но и в этом случае оно является опциональным, а не обязательным.
Именно эта особенность имеет наибольший охват. Программа без робототехнической лаборатории или с весьма скромной базой все равно может преподавать актуальную робототехнику, соответствующую отраслевым стандартам, на признанном уровне. Для учебных заведений, не входящих в число хорошо финансируемых исследовательских центров, и для многочисленных инженерных факультетов, оценивающих свои финансовые возможности, устранение как затрат на материалы, так и требования наличия собственного оборудования меняет само представление о том, чему реально можно научить.
Скорее модель, чем продукт
Конкретная учебная программа менее важна, чем стоящая за ней организационная схема. Университеты знают, каков спрос на обучение; компании знают, куда движется их сфера; ни те, ни другие не могут в одиночку эффективно выполнять чужую работу. Программа, созданная академическим сообществом, поддерживаемая в актуальном состоянии индустрией и распространяемая бесплатно, а не на коммерческой основе, является удачным шаблоном для такого сотрудничества — и хорошим ответом на опасения, что участие бизнеса в образовании означает контроль над ним со стороны бизнеса.
Общий, общедоступный, актуальный материал, который проводит студента от строчки кода до движущегося робота, сокращает расстояние между инженерным образованием и стремительно развивающейся отраслью, избавляя каждый преподавательский состав от необходимости параллельно переписывать один и тот же курс.
Учебная программа «От кода к роботу» бесплатна и уже доступна.
