First Learning | 首次學習
學習目標 :
在本次活動中 , 我們將教導 Thymio 當有物件非常接近它時做出一些反應。
● 具體來說，如果 Thymio 前置的 Proximity Sensor 檢測到物體，它會嘗試駛離物件。
● 假如Thymio被四面八方包圍而無法逃脫，它會原地自轉。
● 為了讓 Thymio 學習這種行為並能夠自主地重現出來，我們將使用人工智能中其中一種技術來訓練 Thymio。
這種技術稱為監督式學習 (supervised learning)。
一些關於人工智能的概念 :
● (天然的)智能是人類和一些動物所擁有的一種屬性。
它是透過神經元(neurons)交換訊息所產生的。 人類的大腦有數十億個神經元。
● 在計算機科學上 ( Computer Science) , 我們嘗試製作人工神經網絡來模仿智能 ,
這些神經元有著相似的行為 , 但人工製作的比真實的神經元(natural neurons)簡單很多。
● 這些人工神經元實際上是使用特殊演算法的電腦程式。
● 它們可以重現某些只有人類才能自然完成的任務。
例如 : 識別和分析圖像、聲音、語言....
● 剛開始時 , 這些神經元什麼都不會 , 因此必須教導它們在訓練時所得到的期望是什麼。
● 對於幼童 , 我們亦以同樣的方式進行 : 展示該做什麼(學習階段)
學童嘗試重覆我們的行為 。最後一步是 Thymio 的自主行動。
● AlphAI software 建議以神經網絡向 Thymio 教授。
當我們熟悉 AlphAI Software後 , 我們將能不斷地訓練 Thymio。
First steps with AlphAI | AIphAI 的第一步
● 請開啟 AlphAI Software
● Software 視窗顯示 , Thymio 機械人旁邊的內容 : (由左至右):
IR sensors, neural network 以及 actuator icons (執行器).
● 神經網絡顯示的線是輸入 neurons (左邊與 sensors 相關) , 中間神經元 ( intermediate neurons) 以及 output neurons (右面與 actuators相關)的連系。
● 在右邊的圖示是 Thymio 可做的動作 :
向前行 , 轉向 , 停止....等等...。利用 Motor 轉動車輪 , 這些我們稱作為 actuators (執行器) 。
● 對於每一個行為 , 你可利用左面的 Setting Bar 作出修改。
設定 Sensors :
● 打開 Sensors tab
● 已選擇的 Sensor 會呈現黃色
● 取消 Ground IR Sensors 的選擇
● 按下 「 Ground IR Sensors」 , 會出現上圖的狀況 , 按最左面的「-」
● Ground IR Sensor 會轉成白色
● 保持關上 Accelerometer
設定 Actuators :
● 打開 Actions tab.
● 只使用「backward」以及「stop」
設定 Artificial intelligence (AI) :
打開 AI Tab
● supervised learning , neural network 以及 learning speed 保持不變
intermediate layers of neurons (hidden neuron layers) : 輸入10 20
注意 「10」及「20」之間保留一個空格鍵
● 當你返回 dashboard , 你應看到神經網絡變成這樣 :
First observation | 第一次觀察 :
● 打開 Self-drive (autonomous) button 並關上 learning
● 將你的手移至前方及後方的 IR Proximity sensors 。
問題 1 : 你看到什麼 ?
ANS: [ 什麼都沒發生 , 因為 Thymio 從未接受過訓練 ]
Training phase | 訓練階段 :
關上 Self-drive (autonomous) mode 然後打開 learning .
● 為了確保訓練的品質 , 按「reset learning」刪除過往的學習內容
● 由現在開始 , 所有動作都會紀錄來訓練 Thymio
● 第一步是教授 Thymio 如果前方有障礙物時就向後行駛 , 否則什麼都不做
在動作之間暫停 :
● 你應能發現 Thymio 在每個動作之間都會稍作停頓。
● 這些停頓可預防因為需計算 sensor 發送出來的數據的延遲。你可在 「Actions」 tab上取消勾心選「pause between actions」來消除停頓。
問題2 : 假如我們將手擺放至 Thymio 的前方中心 , 它應怎樣做 ?
Thymio 將向後行
操作 : 把一隻手指放至 Thymio 前方中心的 IR Sensor 然後按下 backward action icon。
問題 3: 當 Thymio 偵查不到任何物件時該做什麼 ?
Thymio 應停止行駛或保持不動。
操作 : 確保 Thymio 的 Sensor 沒有探測到物件 , 然後按下停止
測試 :
測試 Thymio 是否已經學習過這2種情況。
操作 :
○ 關上「 learning button」
○ 打開「 self-drive (autonomous) button」
○ 重覆剛才的訓練內容測試 Thymio 的行為
延伸 :
● 只有兩個動作 / 兩個 Input (情況) 的 Thymio 有足夠的智能嗎 ?
● 請考慮 Thymio 可能會遇到的不同情況 。 請考慮每一個 Thymio 預到的問題 i.e. 每一個 Sensor 偵測到到物件時 , Thymio 需執行的動作 , 你可使用附件的表格作幫助。
● 請注意，每次在「Actions Tab」增加或刪除 Action 時，Thymio 都會忘記所有學習內容，你需重新進行訓練。
附件 :
