Поняття про штучний інтелект, інтернет речей, Smart-технології та технології колективного інтелекту.

Поняття про штучний інтелект, інтернет речей, Smart-технології та технології колективного інтелекту.

Мета: сформувати знання про штучний інтелект, інтернет речей, Smart-технології та технології колективного інтелекту, їх використання.

Очікувані результати: після цього уроку учні зможуть пояснювати, чому зараз багато уваги приділяють розвитку штучного інтелекту, інтернету речей, Smart-технологій та технологій колективного інтелекту.

Тип уроку: урок-семінар.

Наочність і обладнання: мультимедійне обладнання.

Підготовчий етап

Основні принципи організації уроку-семінару (за Туманцовою О.О.)

1. Напередодні уроку учні класу об’єднуються в групи за будь-яким принципом групування.

2. Учитель заздалегідь оголошує тему і план проведення семінару

3. Учитель знайомить учнів із методом формування критичного мислення «Капелюшки, що думають».

4. Кожен член групи бере участь у підготовці до семінару.

Основні правила уроку-семінару (за Туманцовою О.О.)

1. Під час проведення уроку-семінару обов’язковим є дотримання регламенту (це дає змогу виступити на уроці якомога більшій кількості учнів класу).

2. Учні повинні бути проінформовані про критерії оцінювання виступу кожної групи

3. Учні повинні бути проінформовані про критерії оцінювання виступу кожної групи. Оцінюється:

• Науковість інформації;
• Доступність викладу інформації;
• Презентабельність (наявність ілюстрацій, схем, комп’ютерної презентації);
• Відповідність регламенту;
• Виступ усіх учасників групи чи показ внеску кожного учасника в групову роботу;
• Участь групи в підбитті підсумків семінару.

Питання, які розглядаються на уроці-семінарі з теми «Поняття про штучний інтелект, інтернет речей, Smart-технології та технології колективного інтелекту.»

• Розвиток штучного інтелекту
• Розвиток інтернету речей
• Smart-технології
• Технології колективного інтелекту

Регламент кожної групи до 7 хв. В основу роботи даного семінарського заняття покладено метод «Капелюшки, що думають»:

• «Білий капелюшок» - «статистика, факти»
• «Жовтий капелюшок» - «позитив»
• «Чорний капелюшок» - «негатив»
• «Синій капелюшок» - «життєвий  урок»
• «Червоний капелюшок» - «емоції»

ХІД УРОКУ

“Давайте розглянемо приклад технології автомобіля без водія. Ідея з’явилася ще в 1990-х. Перший прототип був представлений в 2004 році, десять років тому. Але тільки зараз, через 20 років від появи ідеї, технологія починає виходити на ринок, і більшість з нас все ще не має подібного авто. Іншими словами, процес появи нових технологій займає набагато більше часу, ніж багато хто думає “- Ерік Шмідт, голова ради директорів компанії Google.

І. Організаційний етап

ІІ. Мотивація навчальної діяльності

Учитель оголошує епіграф до уроку – слова голови ради директорів компанії Google Еріка Шмідта та просить учнів його прокоментувати.

Учитель повідомляє тему і мету семінару. Оголошує питання, які будуть розглядатися в ході семінарського заняття, та критерії, за якими оцінюватиметься робота кожної групи.

ІІІ. Вступне слово вчителя

Чи маєте ви пристрій, що відправляє дані на ваш смартфон? Як, знаходячись в дорозі, за допомогою лише девайсу і мобільного інтернету зберігати свою оселю в безпеці і контролювати витрати електроенергії?

Чи маєте ви пристрій, що відправляє дані на ваш смартфон? Як, знаходячись в дорозі, за допомогою лише девайсу і мобільного інтернету зберігати свою оселю в безпеці і контролювати витрати електроенергії? За цим стоїть інтернет речей - технологія, що набирає популярності у світі. Квартири, будинки та цілі міста все активніше використовують цю концепцію у своєму повсякденному житті. Чим вона зручна та як масовий прихід 3G вплине на розвиток цієї сфери в Україні?

Наприклад, сміттєві баки зможуть сповіщати міські служби про необхідність їх очищення від сміття. Розумний кондиціонер, в свою чергу, може відстежувати місце розташування свого власника і включатися, коли той прямує додому, а домашній холодильник - стежити за кількістю та асортиментом продуктів.

Експерти стверджують, що інтернет речей є однією з найперспективніших технологій останніх років, що вже сьогодні фактично створює сотні нових продуктів і призводить до появи нових компаній на ринку, які диктують свої умови IT-гігантам. Ви можете не помічати, але ви самі, ваші друзі чи колеги вже не перший рік користуються такими пристроями кожен день. Більше того, у чималій кількості українських домівок вже встановлені системи "розумного будинку", в які інтегровані десятки датчиків. Переваги інтернету речей, які вже доступні і які ще в процесі розробки можна краще продемонструвати на прикладах, тим паче, що сфер використання цієї технології чимало.

IV. Презентування учнями теми «Поняття про штучний інтелект, інтернет речей, Smart-технології та технології колективного інтелекту.»

Приклад виступу з теми «Інтернет речей»

• «Білий капелюшок» - «статистика, факти»

1926 року американський винахідник Нікола Тесла в інтерв’ю щотижневику «Collier’s» сказав, що в майбутньому радіо перетвориться на «великий мозок», а всі пристрої стануть частиною єдиного цілого. Засоби, що дозволятимуть це, поміщатимуться в кишені.

На початку XXI століття кількість пристроїв, під’єднаних до інтернету, перевищила населення Землі, а отже, виник  інтернет речей,  або IoT (Internet of Things).

Інтернет речей — це система, що об’єднує реальні речі у віртуальну мережу. Завдяки цьому ефективність їхньої роботи підвищується, а втручання людини майже не потрібне.

Гарним прикладом є Smart Home від Xiaomi:

чайник закипить, щойно ви прокинетеся;

очищувач повітря працюватиме, коли ви біля нього,

робот-пилосос зробить усю роботу, поки вас немає вдома;

світло працюватиме, лише коли хтось є у кімнаті, відстежуючи це датчиками руху.

Apple, Amazon та Google також розробляють власні екосистеми, що у майбутньому мають приємно нас здивувати.

Як це працює? Архітектура IoT-пристроїв досить проста. Для роботи прилади мають розпізнавати один одного, отримувати інформацію з довкілля, мати мережу для зв’язку між собою та комп’ютер, який все це оброблятиме.

Пристрої розпізнають один одного завдяки інфрачервоним міткам чи QR-кодам, які дозволяють кожному приладу мати власне «ім’я». Інформацію з довкілля отримують завдяки різним датчикам, сенсорам, а також Bluetooth та Wi-Fi. Обробляє все це невеличкий вбудований комп’ютер.

Для того, аби ефективно взаємодіяти між собою, пристрої мають «спілкуватися» однією мовою. Виробники намагаються прийти до загального стандарту, але ситуація далека від остаточного вирішення. Відсутність єдиної мережі зв’язку між девайсами сьогодні найбільше гальмує розвиток інтернету речей.

• «Жовтий капелюшок» - «позитив»

У житті людей стане менше місця для побутових проблем, а значить – більше часу можна буде приділяти сім'ї, творчості, хобі. Підключені до інтернету пристрої також дадуть людям більше можливостей для раціонального управління ресурсами. Вже сьогодні вони допомагають оптимально витрачати тепло, воду, світло і економити на оплаті комунальних послуг.

Важливо відзначити, що зміниться не тільки життя окремих людей, а й цілих індустрій. Однією з найбільш схильних до змін галузей, мабуть, буде телеком, оскільки мобільні оператори потроху будуть змінювати свої бізнес-моделі від провайдерів мережі до провайдерів «розумних» сервісів і додатків.

Усі екосистеми бувають двох типів: масові та критичні.

Масові — це такі, де один сервер приймає багато запитів від великої кількості пристроїв, обробляє їх та аналізує. Масовий IoT вже навколо нас — система Eway  відстежує рух громадського транспорту в містах України, Нова пошта моніторить посилки і дає вам інформацію про доставку, а MiBand аналізує ваш сон і порівнює його з результатами інших користувачів. Масові системи зазвичай дешеві та не споживають багато електроенергії.

Важливу роль у нашому житті відіграють критичні екосистеми IoT. Їхнє завдання — оперативно передавати інформацію через надійну стійку мережу, бо від цього часто залежить людське життя. Наприклад — автопілот Tesla.

Автопілот Tesla, графічний інтерфейс

Він працює завдяки чотирьом елементам, які обробляє центральний комп’ютер. Фронтальний радар дозволяє системі «бачити» крізь дощ чи туман. 12 невеличких ультразвукових сенсорів, розташованих по всій машині, допомагають автопілоту розуміти, де і на якій відстані перебувають машини навколо. Фронтальна відеокамера розпізнає та фіксує дорожні позначки, а надточний GPS-трекер, який водночас є й контролером, відстежує та аналізує дії всієї системи.

• «Чорний капелюшок» - «негатив»

Безумовно, ризики є. Головний з них - це питання безпеки. Експерти запевняють, що до 80% пристроїв будуть уразливі ззовні. У сегменті промислового Інтернету речей проблема вирішується радикальним чином: жорсткі правила і нормативи, а також спеціальні протоколи безпеки. Для критичних пристроїв, як уже згадувалося, буде необхідна абсолютна надійність мережі, адже найменший збій може призвести до травм або загибелі людей.

У інтернету речей дуже низький рівень безпеки. Пристрої не мають жодних антивірусів або навіть систем ідентифікації користувача. А коли вони ще й під’єднуються до інтернету, хакери спокійно можуть викрасти будь-яку інформацію.

Дослідники з Массачусетського технологічного інституту (MIT) навіть писали про «ботнет речей»:

«Ботнет — це мережа заражених вірусом комп’ютерів. Вірус відстежує і передає хакерам паролі користувачів та їхні особисті дані або виконує передані йому зловмисниками команди.»

Так само заражають пристрої екосистем. Ботнет речей названо одним з найважливіших технологічних явищ 2017 року.

Для реалізації багатьох сценаріїв використання IoT необхідне впровадження мереж 5G. Мережі п'ятого покоління дозволять знизити затримки, одночасно підтримувати величезну кількість підключень, продовжити службу «розумних» пристроїв до 10 років, а також домогтися неймовірних за нинішніми мірками швидкостей мобільної передачі даних.

Особливість 5G в тому, що в рамках однієї мережі буде одночасно підтримуватися робота додатків і пристроїв з широким спектром характеристик. Як то кажуть, від кожного за здібностями, кожному - за потребами! Це досягається завдяки «сегментації» мережі на фрагменти, кожен з яких призначений для певних потреб.

Хто може і повинен зробити вирішальні кроки для того, щоб інтернет речей став реальністю? Тут складно виділити якусь одну сторону. Для того, щоб реалізовувати потенціал Інтернету речей потрібна тісна співпраця бізнесу, телеком-операторів, урядів і навіть простих користувачів.

Розвиток ринку буде залежати від безлічі факторів, але абсолютно точно всім учасникам цього процесу доведеться змінюватися набагато швидше, ніж це відбувається сьогодні. Тому, цілком ймовірно, що вже зовсім скоро ми будемо оточені сотнями «розумних» роботів і пристроїв. Головне - переконатися, що ніхто з них не планує захопити світ!

• «Синій капелюшок» - «життєвий  урок»

Основний напрям розвитку IoT сьогодні — досягти такого рівня роботи системи, аби ми просто вказували їй, чого ми хочемо, а всі автоматизовані процеси вона взяла на себе.

Наприклад, в Австралії лікарі вже можуть відстежувати стан здоров’я пацієнтів у режимі онлайн завдяки натільним датчикам. Американський гігант стільникового зв’язку AT&T розробив  платформу, яка відсилає сигнал SOS до поліклініки у випадку, якщо літня людина раптом впаде. А у Бразилії навряд чи в когось вийде зрубати лісові дерева, бо на них встановлені  датчики, напряму з’єднані з поліційною дільницею.

Розумне взуття використовується для допомоги в навігації для мандрівників і для покращення показників спортсменів. У листопаді 2016 року аналітики ABI Research повідомили, що датчики, вбудовані в саме взуття, в устілку взуття або в носки, зможуть поліпшити стан пацієнтів, а деякі - буквально поставити на ноги без необхідності регулярного відвідування лікарів.

Устілки з датчиками Orpyx, розроблені канадськими вченими, призначені для пацієнтів з периферичною невропатією - ускладненням діабету, що призводить до порушенню чутливості у кінцівок. Задача устілок - повідомити медичний персонал про надлишкове навантаження на стопу, яке може призвести до пошкоджень кінцівок, лікування яких вимагає великих витрат часу і грошей.

Учені з університету Токіо розробили систему штучного інтелекту для лікування фобій та посттравматичного стресу. Для цього потрібно було знайти ділянки мозку, відповідальні за пам'ять про страх. Тому 17 добровольців з допомогою розрядів струму «створили» пам'ять про страх. Інтелектуальна система швидко і точно визначила необхідні ділянки мозку, що відповідають за цю пам'ять. Тепер ці лікарі виробили ефективну програму лікування.

Дрони незамінні при постачанні медикаментів і донорської крові у віддалені території. Наприклад, в Руанді компанія Zipline (Каліфорнія) з осені 2016 року забезпечує поставки крові і ліків за допомогою безпілотників.

Дрон Zip може за добу зробити від 50 до 150 термінових доставок в 21 лікарню країни. Лікарня робить замовлення за допомогою SMS або електронного листа. Дрон, оснащений потужним акумулятором і GPS, вилітає до місця призначення. Максимальна швидкість польоту складає 100 км / год. Майже через 25 хвилин дрон доставляє замовлені ліки. Кожен день в небі над Руандою одночасно знаходяться від 15 до 30 таких БПЛА.

• «Червоний капелюшок» - «емоції»

IoT називають четвертою індустріальною революцією, яка не лише спростить нам побут, а й дозволить великим підприємствам автоматизувати багато процесів та ухвалювати ефективні рішення на основі аналізу величезних обсягів даних.

У майбутньому на нас чекають розумні будинки, які зможуть підбирати температуру в кімнатах відповідно до наших вподобань, автоматично відчиняти замки на дверях, коли ми будемо біля дому. Сподіваємося, проблему заторів вирішить громадський транспорт з автопілотом та система Smart City, але цього ще треба трошки зачекати.

Beyond Verbal - компанія з Ізраїлю, яка у вересні 2016 року представила проект системи, що базується на штучному інтелекті. Задача системи - діагностувати захворювання по голосу. Мова йде про розпізнавання інтонаційних та інших нюансів, які людина на слух не розпізнає. Для навчання систем розробники запропонували їй аналізувати більше 2,5 млн аудіозаписів з голосами  40 різними мовами.

У лютому 2017 року експерти Американського університету Північної Кароліни розробили мініатюрний бездротовий пристрій. Прилад здатний дистанційно діагностувати фізичний стан солдат і спортсменів. Датчик з еластичного полімерного матеріалу кріпиться на зап'ясті або до грудей. Пристрій контролює електричні властивості шкіри. Ці властивості змінюються залежно від рівня потовиділення людини. Отримані дані пересилаються на планшет або смартфон власника. Учені розповідали, що датчик контролює вологість шкіри, а значить, дозволить захистити людей, що працюють у жарких умовах, покращують фізичну підготовку атлетів та ін.

В серпні 2017 року в Китаї презентували  допоміжну систему, що базується на технологіях інституту досліджень, для постановки клінічного діагнозу. Щоб проаналізувати 100 історій хвороби, система потребує 4,8 секунди або 0,05 секунди на кожну історію. Діагнози інституту досліджень на 98% співпадають з тим, що виносить кваліфікований медперсонал. Для створення системи використані мільйони історій хвороб пацієнтів. Точність машинного діагнозу на 20% вище, ніж поставленої лікарем.

Лікування. В грудні 2016 року в Ізраїлі представили прототип браслету з NFC-чіпом, який дозволить надавати екстрену допомогу пораненим в боях солдатам. Пристрій зберігає дані про здоров'я пацієнта, інформацію про вже проведене лікування, фотографії пацієнта та GPS-координати місць, де солдат отримав ураження. Розробники протестують браслет, щоб зрозуміти, чи варто налагодити масове виробництво.

Останньою виступає група учнів, які роблять стислий огляд навчальних закладів України, де можна здобути професії, пов’язані з Інтернетом речей.

V. Підбиття підсумків уроку

• Рефлексія за методом «Сенкан»

Учитель пропонує учням скласти колективний сенкан із ключовим словосполученням «Інтернет речей»

Наприклад:

Інтернет речей

Багатосторонній, несподіваний

Розважає, працює, лікує

Рішення багатьох складних задач

Фантастика

VІ. Домашнє завдання

За бажанням підготувати презентацію, обравши тему із запропонованого списку повідомлень

Список використаних джерел:

1. Навчальна програма з інформатики (рівень стандарту) для 10-11 класів загальноосвітніх шкіл, затверджена Наказом Міністерства освіти і науки № 1407 від 23 жовтня 2017 року
2. Туманцова О.О. Фізика. 9 клас:розробки уроків до підруч. за ред. В.Г. Баряхтара, С.О. Довгого/О.О.Туманцова. – Харків:Вид-во «Ранок», 2018.-240с.
3. https://nv.ua/ukr/techno/popscience/lektorij-shcho-take-internet-rechej-i-navishcho-vin-potriben-1326653.html
4. https://iot.ru/meditsina/internet-veshchey-dlya-meditsiny
5. https://center.lviv.ua/showthread.php?t=3569
6. https://studfiles.net/preview/4364389/page:2/
7. https://tokar.ua/read/26780
8. https://childdevelop.com.ua/articles/develop/784/
9. http://nus.org.ua/articles/krytychne-myslennya-2/
10.