Инженерное образование, возможно, никогда не было таким захватывающим и в то же время таким сложным. Методы, определяющие современную робототехнику — проектирование на основе моделей, компьютерное зрение, обучение с подкреплением — быстро меняются, и промышленность движется в сторону автоматизации, основанной на ИИ и предварительном моделировании. Учебные программы не рассчитаны на изменения с такой скоростью. Если перестраивать курс каждый год, чтобы угнаться за отраслью, можно истощить преподавательский состав; если оставить его без изменений, выпускники придут в индустрию, уже отставая на шаг.
Существует и вторая проблема. Студенты учатся моделировать, но лишь немногие получают возможность увидеть, как их работа выдерживает проверку реальной машиной. Моделирование помогает понять теорию, но работа с оборудованием формирует суждение — то самое, которое приходит, когда видишь, как идеальная модель сталкивается с несовершенным миром. Преодолеть этот разрыв сложнее, чем должно быть. Безопасные, пригодные для лабораторий роботы дороги и редки, а доступ к ним неравномерен в разных учебных заведениях и странах.
Создание учебных материалов, отражающих текущую промышленную практику, и поддержание их в актуальном состоянии — это само по себе серьезная задача. В результате многие программы глубоко преподают теорию робототехники, в то время как практика остается недосягаемой.
Учебная программа, созданная университетом для университетов
From Code to Robot — это учебная программа по робототехнике, разработанная профессорами и магистрантами Политехнического университета Каталонии (UPC) при участии MathWorks и Universal Robots. Это один из ответов на вышеупомянутую проблему, и он заслуживает внимания отрасли отчасти из-за того, что он собой представляет, а отчасти из-за того, как он был создан. Люди, которые понимают ограничения университетского преподавания, — это те, кто сам преподает. Роль индустрии заключалась в том, чтобы материалы соответствовали тому, как робототехника проектируется сегодня, а не в том, чтобы решать, чему именно учить.
Студенты проходят через полный инженерный рабочий процесс, а не через набор разрозненных упражнений. Они проектируют и моделируют алгоритмы управления в MATLAB и Simulink, проверяют их в симуляции и, если в программе есть оборудование, развертывают их на реальном коллаборативном роботе. Содержание охватывает моделирование и управление роботами, обнаружение объектов с помощью компьютерного зрения и планирование задач с использованием обучения с подкреплением: методы, от которых все больше зависит современная автоматизация. Программа модульная, поэтому она подходит для целого семестра или может быть интегрирована в существующий курс по робототехнике, мехатронике или системам управления как отдельный блок.
Часть, которая снижает барьер
Учебная программа бесплатна. Руководства к занятиям, упражнения, код и демонстрационные видеоролики находятся в открытом доступе, и для обучения не требуется наличие робота — стандартной рабочей станции с установленным MATLAB достаточно, чтобы провести студентов через полный цикл проектирования и моделирования. Оборудование используется только в тех программах, где требуется, чтобы студенты физически замкнули контур, и это является опциональным, а не обязательным условием.
Это деталь с самым широким охватом. Программа, не имеющая лаборатории робототехники или обладающая скромной базой, все равно может преподавать актуальную, соответствующую промышленным стандартам робототехнику. Для учебных заведений, находящихся вне хорошо финансируемых исследовательских центров, и для многих инженерных программ, взвешивающих свои возможности, устранение затрат на материалы и требования к наличию оборудования меняет представление о том, что реально можно преподавать.
Модель, а не просто продукт
Конкретная учебная программа менее важна, чем механизм, стоящий за ней. Университеты знают, чего требует преподавание; компании знают, куда движутся их отрасли; ни одна из сторон не справится с задачей другой в одиночку. Учебная программа, созданная учеными, поддерживаемая в актуальном состоянии промышленностью и предоставляемая бесплатно, а не продаваемая, является разумным шаблоном того, как может работать такое сотрудничество — и полезным аргументом против опасений, что участие промышленности в обучении означает контроль над ним.
Общие, открыто доступные, актуальные материалы, которые ведут студентов от строки кода до движущегося робота, сокращают дистанцию между инженерным образованием и быстро развивающейся областью, не требуя от каждого преподавателя параллельно перестраивать один и тот же курс.
Программа From Code to Robot доступна бесплатно и уже готова к использованию.
