Jak jste se poprvé dostala k vývoji mobilního dálkově ovládaného zařízení detekujícího mikroplasty?
Poprvé jsem se k tomu nápadu dostala, když jsem se procházela po pláži nedaleko místa, kde žijeme. Ráda sbírám obroušené sklo, které moře vyplaví. Ale všimla jsem si, že místo skla často nacházím kusy plastu. Plast byl úplně všude.
Třináctiletá programátorka„Používám infračervené senzory, které zaznamenávají mikrograf vzorků pod různými vlnovými délkami a dokážou rozpoznat plasty od neplastů. Využívám také senzor detekující nepřirozené barvy a umím tak odlišit barvy typické pro plasty. K tomu teď trénuji umělou inteligenci,“ vychrlila ze sebe s neskrývaným nadšením Anna Du. Jestli jsme měli nějaké pochybnosti o tom, zda proti nám sedí skutečná programátorka, nebo jen dítě papouškující naučené fráze, velmi rychle jsme se jich zbavili. Třináctiletá Anna Du nevidí nic neobvyklého na tom, že navrhuje robota, píše pro něj software, kalibruje jeho navigaci a senzory a vše konzultuje s odborníky na výzkum oceánů. Vyrůstala od malička s tím, že když neví, jak něco funguje, vyzkouší to, znovu a znovu, dokud to neovládne. Od malička ji rodiče vedli k programování, od deseti píše v Pythonu. Což se jí teď hodí, protože její největší projekt využívá strojové učení. Její podvodní robot vyhledávající plasty v oceánu, obvykle zvaný pouze ROV (dálkově ovládaný robot), už posbíral několik studentských ocenění. Ke všem zájmům tak Anně přibyla i další povinnost: založila organizaci Deep Plastics Initiative a jezdí po různých akcích, kde ukazuje, jak může vypadat výchova dětí k zájmu o vědu a technologie. My jsme se s ní potkali na konferenci Týden inovací, která probíhá tento týden v Praze. |
Nemohla jsem to dostat z hlavy. Jaký vliv má všechen ten plast na životní prostředí? A tak jsem si řekla, že zapřemýšlím, co by se s tím dalo dělat a jak tomu problému lépe porozumět. Říkala jsem si, že napřed je potřeba změřit rozsah toho problému. Dálkově ovládaný robot je k tomu ideální. Časem bych ráda udělala i autonomního robota, který nemusí být ovládaný kabelem.
Jakými senzory je nyní robot osazen?
Používám infračervené senzory, které zaznamenávají mikrograf vzorků pod různými vlnovými délkami a dokážou rozpoznat plasty od neplastů. Využívám také senzor detekující „nepřirozené“ barvy a umím tak odlišit barvy typické pro plasty.
K analýze jsem zapřáhla strojové učení, abych rozpoznala záběry ze senzorů z kamery, kde jsou vidět plasty. Využívám TensorFlow (opensourcová knihovna pro strojové učení, kterou v roce 2011 představil Google, pozn. red.).
Neuronovou síť trénuji na reálných fotografiích, také vytvářím vlastní trénovací sady, abych vylepšila úspěšnost vyhledávání v různých prostředích. Konkrétně jsem využila architekturu Faster R-CNN (regionální konvoluční neuronová síť, pozn.red.) pro detekování objektů.
Anna Du při testování svého robota v terénu
Nákres robota
Běží rozpoznávání přímo na místě?
To není nutné. Dálkově ovládaný robot pouze sbírá data pomocí videokamery a dalších senzorů. Tato data ukládá na přenosný pevný disk a data jsou pak později analyzována. Protože se ukládá poloha, lze zpětně přiřadit výsledky k daným lokalitám.
Jak sledujete pod vodou lokaci?
Poslední dobou jsem do robota přidala několik různých senzorů. Kromě koordinátů ukládám i tlak vody nebo slanost, z čehož jde spočítat hloubka. Nejde mi však až tak o přesnou polohu, spíše o to popsat, v jaké lokalitě a v jakém typu prostředí se mikroplasty shromažďují. Výsledkem by mělo být lepší porozumění tomu, jaké vlivy prostředí mohou ovlivnit různou koncentraci mikroplastů ve vodě.
Zmapovat problém mikroplastů v oceánech
Na zmapování oceánu však roboti nebudou stačit.
Není myslím potřeba zmapovat podrobně každé místo. Jde mi spíše o to lépe poznat, jaké prostředí je pro výskyt mikroplastů typické, pak bude možné lépe predikovat jejich výskyt i na základě již existujících map.
Konečným cílem samozřejmě je situaci nejen monitorovat, ale také s ní něco dělat. K tomu by šlo použít třeba autonomní roboty, kteří jsou schopni chovat se jako roj (swarm, pozn. red.), což usnadní jejich koordinaci. Čištění však ještě není na pořadu dne, zatím jsme ve fázi analytiky. Konkrétně teď kalibruji senzory, testuji jejich voděodolnost a trénuji neuronové sítě pro detekci plastů.
Na jaké problémy jste při návrhu narazila?
Při trénovaní strojového učení jsem si napsala program, který generoval sady trénovacích fotografií. Aby se síť natrénovala na různé orientace obrazu, udělala jsem si program, který fotky různé otáčel. Nenastavila jsem však, podle jakého středu se má otáčet, a tak se vygenerovaly tisíce fotek, na kterých nezbylo z daného kousku plastu skoro nic, protože většina plastu se otočila mimo prostor fotky. A to byl problém, protože pak se neuronová síť učila rozpoznávat něco, co na obrázku vlastně nemohla najít. Když jsem na to přišla, tak to byla jednoduchá oprava.
Jste v kontaktu s nějakým výrobcem, který má zájem o vaše roboty?
Spolupracuji s institucemi MBARI a WHOI, jejich vědci mi řekli, že inovativní je na mém robotu hlavně to detekční zařízení, především rozpoznávání pomocí strojového učení. Což odpovídá i tomu, na čem teď nejvíce pracuji. Loni jsem vyvíjela hlavně navigaci, zatímco letos pracuji zejména na senzorech.
Prezentace robota na soutěži 3M (říjen 2018)
Jakou otázku vám lidé neustále pokládají a už vás na ni nebaví odpovídat?
Poslední dobou se všichni ptají, čím chci v dospělosti být. Láká mě kombinace techniky, programování a enviromentálních věd, chtěla bych pracovat na něčem užitečném.
Od malička řešit problémy a učit se formou projektů
Ne každý si při pohledu na problém řekne: „Postavím robota a něco s tím udělám“. Měla jste v té době nějaké zkušenosti s vývojem podobných zařízení? Jak vás napadlo pustit se do zkoumání?
Vyrůstala jsem v rodině, kde rodiče vždy kladli důraz na vzdělání v oblasti přírodních věd a technologií (tzv. STEM, pozn. red.) a povzbuzovali nás, abychom se učili formou praktických projektů. Také chci říct, že na začátku jsem si nemyslela, že robota dotáhnu tak daleko, jen jsem chtěla načrtnout pár nápadů, které by mohly někam vést. Ale začalo se to nabalovat a skrze různé pokusy a omyly se mi dařilo to rozvíjet.
Konstrukce robota z levných materiálů, například PVC trubek
Řada rodičů hledá způsoby, jak své děti povzbudit k zájmu o vědu a techniku. Co byste jim, jakožto někdo, kdo se o tyto oblasti aktivně zajímá, poradila? Co v dětství povzbudilo vás?
Rodiče nás vždycky učili prostřednictvím projektů (project-based learning, pozn. red.), je to skvělý způsob, jak se zblízka seznámit s různými zajímavými problémy. Není to jen teoretické a dává to člověku inspiraci a povzbuzení. Díky tomu jsem tak zvědavá.
Účastnila jste se nějakých akcí se zaměřením na technologie?
Chodila jsem každou sobotu na „maker“ workshopy MIT určené pro veřejnost. To mě hodně inspirovalo a dalo mi chuť experimentovat. Člověk tam má k dispozici materiály a vybavení a může pracovat na vlastních projektech. Když jsem narazila na něco, s čím jsem si nevěděla rady, vždycky byl na místě někdo, kdo se na to se mnou podíval. Dodnes si pamatuji na svůj úplně první projekt, kdy jsme do plyšového medvídka zabudovali LEDky a on pak měnil barvy.
Jste mezi svými přáteli jediná, kdo se takto zajímá o techniku?
Ani ne, hodně mých kamarádů baví věda a technika. Naši rodiče nás dost povzbuzují. Někdy pracujeme i na skupinových projektech. Chodím do školy, kde je zaměření na STEM dost výrazné.
V čem programujete?
Pracuji hlavně v Pythonu, protože je kolem něj dobrá komunita a hodí se právě pro TensorFlow a OpenCV, se kterými teď dělám. S Pythonem jsem začala v deseti letech, ale už předtím jsem si hrála s různými programovacími nástroji pro děti, kde kód nepíšete, ale sestavujete z předem připravených bloků, třeba Scratch. Rodiče chtěli, abych si zkusila programování, a já chtěla víc proniknout do světa počítačů a hackování.
Vždycky mě posílilo, když se mi podařilo překonat nějakou překážku. |
Co byste poradila rodičům, kteří chtějí své děti povzbudit k programování?
Jako malá jsem se nechala rozhodit, když jsem narazila na překážku, se kterou jsem si nevěděla rady. Bylo pro mě důležité tyto překážky překonávat. Byl to skvělý pocit a pokaždé mě to posílilo a motivovalo do příště.
Píšete také knihu pro děti o vědě a technice. O čem je?
Moje knížka „Já a mikroplasty“ popisuje, jak jsem vyvíjela a vyvíjím tohoto robota. Mám dva cíle: poukázat na problém, který mikroplasty představují, a také chci ukázat, jaké principy jsem při vývoji použila. Chci ukázat ostatním dětem, jak na to, že to není problém. Cílím na děti staré jako já nebo na děti mladší. Předpokládám, že kniha vyjde na podzim.
Bavilo vás psaní, nebo raději programujete?
Psaní a čtení mě vždycky bavilo a ráda bych se tomu věnovala vedle programování, vždycky mě to lákalo.
Dáváte rozhovory do médií, co na to vaši spolužáci?
Nemyslím si, že by nás to nějak ovlivnilo. Všichni ve škole se známe od malička, takže si nemyslím, že mě vnímají nějak jinak než dřív.
Od malička pracujete s moderními technologiemi. Pro dospělé je strojové učení něco nového, nejsou na něj zvyklí. Pro vás je konvoluční neuronová síť úplně přirozeným nástrojem. Jak podle vás bude vypadat svět, kde je strojové učení všudypřítomné?
Řekla bych, že strojové učení už všudypřítomné je. Uplatňuje se v celé škále různých odvětví. Časem bude řada odvětví na AI zcela závislá. V různých oblastech vědy, ale také v každodenním životě. Samořídící auta, letadla bez pilotů, to svět ovlivní ohromným způsobem.
Už dnes strojové učení pomáhá při analýze dat a pomáhá tak vědcům i lékařům v jejich výzkumu nebo třeba při detekci rakoviny. Takže celkově jsem v tomto docela optimistická.
Aktualizace: Do článku jsme doplnili video a fotografie. Doplnili jsme další odkazy.
