Studenten bauen künstliche Hunde im Robotik-Kurs auf

Einführung ins Bau von künstlichen Robotern: Studenten bauen künstliche Intelligenz-getriebene Roboterhunde von Grund auf Mit einem Starterkit für Roboterhardware und fortschrittlichen Kursen in künstlicher Intelligenz (KI) beherrschen die Studierenden im Kurs CS 123: Eine praxisnahe Einführung ins Bauen von KI-gestützten Robotern das komplette Spektrum der Robotik – von Motorsteuerung bis hin zu maschinellem Lernen. Inzwischen im dritten Jahr angeboten, befassen sich die Studierenden in diesem Kurs mit dem Bau und der Verbesserung des niedlichen Vierbeiner-Roboters Pupper. Sie programmieren ihn, um zu laufen, zu navigieren, auf menschliche Befehle zu reagieren und eine spezialisierte Aufgabe auszuführen, die sie in ihren Abschlusspräsentationen vorstellen. Das Kursangebot, das aus einem unabhängigen Forschungsprojekt des Stanford Robotics Clubs hervorging, wird nun von Karen Liu, Professorin für Informatik an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Jie Tan von Google DeepMind und Stuart Bowers von Apple und Hands-On Robotics geleitet. Liu betont die Bedeutung des praxisorientierten Lernens: "Wir glauben, dass der beste Weg ist, den Studierenden zu helfen und sie zur Robotik zu inspirieren, indem sie einen Roboter von Grund auf bauen. Dieser spezifische Vierbeiner ist die perfekte Einstiegspforte für Anfänger, aber auch leistungsfähig genug, um anspruchsvolle KI-Algorithmen zu entwickeln." Der besondere Reiz des Kurses liegt in seiner geringen Einstiegshürde – Studenten benötigen nur grundlegende Programmierkenntnisse, um mit dem Bau zu beginnen. In den folgenden zehn Wochen erweitern sie ihr Wissen und ihre Selbstsicherheit, um komplexe Herausforderungen in der Robotik und KI zu meistern. Pupper wurde aus Doggo weiterentwickelt, einem Projekt des Stanford Student Robotics Clubs, das es Menschen ermöglicht, einen vierbeinigen Roboter kostengünstig zu erstellen und zu gestalten. Als das Team das Potenzial des niedlichen Vierbeiners erkannte, um Robotik zugänglich und spaßig zu machen, schlugen sie Bowers vor, das Projekt in ein praxisnahes Kursangebot für zukünftige Roboterexperten umzuwandeln. "Wir wollten Studierenden, die noch am Anfang ihrer Ausbildung stehen, die Möglichkeit geben, das zu erkunden, was wir für die Zukunft der KI-Robotik halten," erklärte Bowers. Die aktuelle Version von Pupper ist leistungsfähiger und raffinierter als ihre Vorgänger. Sie ist außerdem unwiderstehlich niedlich und leichter als je zuvor für Studierende zu bauen und zu bedienen. "Wir haben den Hardwarebau erheblich verbessert und effizienter gemacht," sagte Ankush Kundan Dhawan, einer der ersten Studierenden, die im Herbst 2021 den Pupper-Kurs belegt haben und später deren Head Teaching Assistant wurde. "Was mich besonders beeindruckt hat, war die Leidenschaft der Dozenten, den Studierenden den direkten Umgang mit echten Robotern zu ermöglichen. Diese Hingabe ist sehr beeindruckend." Das Bau eines Puppers aus einem Starterkit verbindet verschiedene Ingenieursdisziplinen, darunter Elektrotechnik, Hardwarebau, Codierung und maschinelles Lernen. Einige Studierende stellten sogar eigene Teile für ihre abschließenden Pupper-Projekte her. Der Kurs kombiniert wöchentliche Vorlesungen mit praktischen Laborübungen. Titel wie "Wackele mit deinem großen Zeh" und "Tu, was ich sage" sorgen für eine spielerische Atmosphäre, während echte Fähigkeiten aufgebaut werden. In den ersten fünf Wochen lernen die Studierenden die Grundlagen der Robotik, einschließlich der Funktionsweise von Motoren und der Bewegung von Robotern. Im nächsten Teil des Kurses fügen sie eine Schicht von KI hinzu. Sie nutzen neuronale Netze, um die Fortbewegung, die Wahrnehmung und die Umgebungswahrnehmung des Roboters zu verbessern und erhalten so einen Einblick in die modernste Robotiktechnologie. Viele Studierende integrieren KI auch auf andere Weise in ihre abschließenden Projekte. "Wir wollen, dass sie tatsächlich ein neuronales Netz trainieren und steuern," sagte Bowers. "Wir wollen sehen, wie dieser Code zum Leben erwacht." Zum Ende des Frühjahrssemesters waren die Studierenden bereit, ihr Kapstone-Projekt, die "Dog and Pony Show," vorzustellen. Sechs Teams ließen Pupper kreative Aufgaben ausführen, darunter das Navigieren durch ein Labyrinth und das Lösen eines (schauspielerischen) Brandes mit einem Wasserspritzen. Die Veranstaltung wurde von Gästen aus NVIDIA und Google begleitet, die den Studierenden bei der Demonstration ihrer Fähigkeiten halfen. "Zu diesem Zeitpunkt kennen die Studierenden alle wesentlichen Grundlagen – Fortbewegung, Computersehen, Sprache – und können beginnen, diese zu kombinieren und anspruchsvolle physische Intelligenz auf Pupper zu entwickeln," sagte Liu. "Dieser Kurs gibt ihnen einen Überblick über alle wichtigen Komponenten," ergänzte Tan. "Am Ende des Semesters spiegelt der von jedem Studententeam gebaute und programmierte Pupper die Technologie wider, die heute in Spitzenforschungslabors und Industrieteams verwendet wird." Die Dozenten sind der Überzeugung, dass das Feld der KI-Robotik immer noch an Schwung gewinnt. Sie sorgen dafür, dass der Kurs stets aktuell bleibt, indem sie beinahe jedes Quartal neue Lektionen und technologische Fortschritte integrieren. Die Studierenden zeigen große Begeisterung für den Kurs, und die Dozenten erwarten, dass das Interesse an Robotik sowohl an der Stanford University als auch allgemein weiter wächst. Ihr Ziel ist es, den Kurs auszubauen und die Gemeinschaft, die durch CS 123 entstanden ist, weiterzuführen, um diesen faszinierenden und sich ständig verändernden Bereich zu fördern. "Wir hoffen, dass viele CS 123-Studierende inspiriert werden, zukünftige Innovatoren und Führer in diesem spannenden Bereich zu werden," sagte Tan. "Wir glauben, dass jetzt der richtige Zeitpunkt ist, die Integration von KI und Robotik für mehr Studierende zugänglich zu machen," fügte Bowers hinzu. "Und dieser Aufbau beginnt hier an der Stanford Universität, aber wir hoffen, ihn auch über den Campus hinaus wachsen zu sehen." Industrie-Insider bewerten den Kurs sehr positiv. Sie sehen in ihm das Potenzial, junge Talente in die Robotikindustrie einzuführen und die Entwicklung neuer Technologien zubeschleunigen. Die Stanford University gilt weltweit als Vorreiter in der Forschung und Lehre der KI und Robotik, und der Pupper-Kurs ist ein weiterer Beweis für ihre Engagement in diesem Bereich. Die Dozenten sind sich sicher, dass die Fähigkeiten, die die Studierenden im Kurs erlernen, sie gut auf die bevorstehende Robotik-Blüte vorbereiten.