Искусственный интеллект и нейронные сети

РОБОТРЕК ИИ

Технологии искусственного интеллекта и нейронных сетей

Единая образовательная траектория: от первых проектов с готовыми нейросетями до самостоятельного создания, обучения и использования моделей ИИ

Основная идея Обучение строится по принципу постепенного усложнения содержания образовательных программ: виртуальные проекты и простые робототехнические модели, применение готовых нейросетей, эксперименты с данными, создание собственных моделей в NNTrack, автономная работа нейросетей на роботах и применение в проектах с БАС. Каждую программу можно использовать как в системе единой траектории обучения «от простого к сложному», так и автономно каждый курс обучения.

Программные и программно-аппаратные решения «Роботрек»

Линейка объединяет несколько программных сред, учебно-методические материалы и робототехническое оборудование. За счёт этого технологии искусственного интеллекта можно изучать как в компьютерном классе, так и в составе проектов с физическими моделями роботов и БАС.

Программный комплекс

Для обучения используются ПО ТрекиКод и NNTrack. В зависимости от курса учащиеся работают в одной из этих сред или используют их совместно. В ТрекиКод учащиеся создают проекты со спрайтами и фонами, используют готовые нейронные сети для управления виртуальными персонажами и робототехническими моделями. В NNTrack изучаются принципы машинного обучения, далее создаются, обучаются и тестируются собственные модели нейронных сетей.

В отдельных курсах возможности двух программ объединяются: нейронная сеть создаётся и обучается в NNTrack, после чего используется в ТрекиКод для управления спрайтами или физическими роботами, смены фонов и выполнения других действий в проекте. Для работы с программной частью достаточно компьютерного класса, робототехническое оборудование подключается в тех курсах и практикумах, где предусмотрена работа с физическими моделями роботов.

Программно-аппаратный комплекс

1. Для практической работы с робототехническими моделями используются образовательные наборы Роботрек и программные среды ТрекиКод и Роботрек IDE. В ТрекиКод можно использовать готовые нейронные сети для управления физическими моделями, собранными из конструкторов Роботрек.
2. Можно использовать готовые или предварительно обученные нейросети на вычислительном модуле Артинтрек. В этом случае нейронная сеть работает непосредственно на роботе, то есть модуль получает данные с камеры, обрабатывает их и передаёт результат на контроллер для выполнения нужного действия. Это позволяет создавать автономные робототехнические системы, которые могут распознавать объекты и принимать решения без постоянного подключения к компьютеру.
3. Есть возможность интеграции нейронных сетей, обученных в NNTrack, с программируемыми квадрокоптерами и БАС для анализа данных с камеры и выполнения автономных действий.

Программное обеспечение

Среда	Назначение
ТрекиКод	Визуальное программирование спрайтов, фонов и физических роботов, создание интерактивных проектов и использование готовых и обученных в NNTrack нейросетей для управления ими.
Роботрек IDE	Программирование физических робототехнических моделей, работа с контроллером и исполнительными устройствами в курсе ИИ и робототехники от 12 лет.
NNTrack	Визуальное моделирование архитектуры нейросетей, обучение, тестирование, анализ и экспорт нейронных сетей. Работа с изображениями, табличными данными и звуком.

Образовательная траектория

Траектория охватывает разные возрастные уровни. На младших ступенях ребёнок видит понятный результат действия готовой нейросети. Дальше появляются эксперименты, работа с данными и первые собственные модели. В старших классах учащийся проходит полный цикл разработки нейросети и использует её в программных, робототехнических и беспилотных системах.

Уровень	Что делает обучающийся
1. 6-8 лет. «Малыш 1»	Простые модели роботов, первые алгоритмы и первые проекты с готовыми нейросетями.
2. 7-9 лет. «Малыш 2»	10 моделей и 20 практикумов. Управление по алгоритму, датчикам, жестам, голосу и другим результатам работы нейросетей.
3. От 6 лет. Спрайты и интерактивные проекты	15 практикумов по работе со спрайтами, фонами и готовыми нейросетями. Три блока по пять практикумов.
4. От 8 лет. «Стажёр А»	27 практикумов на программирование роботов и 5 практикумов, в которых нейросети управляют физическими моделями роботов.
5. 5-9 классы. Вводный курс ИИ (в разработке).	Не менее 20 занятий: знакомство с основными понятиями и принципами разработки нейросетей через практические и игровые задания. Учащиеся используют готовые нейросети для распознавания жестов и детектирования объектов, управляют персонажами в компьютерных играх, а затем переходят к созданию первых собственных моделей.
6. 7-8 классы. Практикумы к учебнику по ИИ	10 универсальных практикумов, связывающих теорию учебников  с практической работой в NNTrack и «ТрекиКод».
7. От 12 лет. ИИ и робототехника	Роботрек IDE, «Базовый расширенный» и «Артинтрек». Сборка физических моделей роботов, автономные сценарии работы робота и обработка видеопотока нейросетями на нём.
8. 10-11 классы. Углублённый ИИ	Не менее 26 занятий в NNTrack: создание, обучение, тестирование, экспорт и исследование нейронных сетей.

1. «Малыш 1». 6-8 лет

Курс является дополнением к базовому курсу по робототехнике (45 занятий) и предназначен для первого знакомства с алгоритмизацией и простыми сценариями использования искусственного интеллекта. Ребенок собирает модели из конструктора, запускает программу, наблюдает действие механизма и видит, как готовая нейросеть может стать одним из способов управления.

Модель	Практическая работа
Качели	Базовый алгоритм управления моделью.
Автореклама	Работа с моделью и программой без обязательного применения нейросети.
Вентилятор	Практикум с применением готовой нейросети.
Фонтаны	Управление моделью с помощью нейросети распознавания жестов.
Самолёт	Сценарий с нейросетью распознавания лица.

Оборудование	Рекомендуемое кол-во на группу 10 человек, шт.	Описание
Робототехнический конструктор «РОБОТРЕК МАЛЫШ-1» Номер реестровой выписки Минпроторга РФ №10587206	5	https://robotrack-rus.ru/portfolio-item/robototehnicheskij-konstruktor-robotrek-malysh-1/
ПО «ТрекиКод» Номер реестровой выписки Минцифры РФ № 31062	Бесплатно в комплекте с конструктором	https://robotrack-rus.ru/portfolio-item/trekikod/

2. «Малыш 2». 7-9 лет

Курс включает 20 практикумов к 10 моделям роботов. Обучающиеся собирают роботов по образцу или собственному замыслу, создают алгоритмы управления, подключают датчики и в части проектов используют готовые нейросети. Для робототехнической модели предусмотрено несколько вариантов практической работы: базовое программное управление и управление с помощью нейросетей, распознающих жесты или голосовые команды.

Модели курса

Модель	Варианты работы
Вертолёт	Стандартная программа, управление жестами, управление голосом.
Миксер (при наличии сервопривода)	Базовый алгоритм управления.
Мельница	Стандартная программа, управление с помощью жестов, голосом.
Машинка	Стандартная программа, распознавание эмоций, голосовое управление.
Автокот	Базовый алгоритм управления.
Стиральная машинка	Базовый алгоритм и голосовое управление.
Мост	Базовый алгоритм управления.
Автоматические двери	Базовый алгоритм управления.
Лифт	Базовый алгоритм управления.
Подъёмный кран (при наличии сервопривода)	Базовый алгоритм

Принцип курса Учащийся осваивает основы работы алгоритмов, учится использовать готовые нейросети как дополнительный способ управления роботами. Нейросеть дополняет программирование и расширяет возможности проекта.

Оборудование	Рекомендуемое кол-во на группу 10 человек, шт.		Описание
Робототехнический конструктор «РОБОТРЕК МАЛЫШ-2» Номер реестровой выписки Минпроторга РФ №10587207	5		https://robotrack-rus.ru/portfolio-item/robototehnicheskij-konstruktor-robotrek-malysh-2/
ПО «ТрекиКод» Номер реестровой выписки Минцифры РФ № 31062	Бесплатно 1 лицензия в комплекте с одним конструктором	https://robotrack-rus.ru/portfolio-item/trekikod/

3. Спрайты и интерактивные проекты. От 6 лет

Курс включает 15 практикумов и разбит на три блока по пять занятий. В каждом блоке два практикума по работе со спрайтами и фонами, ещё три используют готовые нейронные сети. Логика практикумов позволяет сначала освоить сцену, события, координаты и взаимодействие объектов, а затем подключить интеллектуальное управление.

Практическая работа: что делают обучающиеся

• создают спрайты и настраивают фоны;
• управляют персонажами с помощью событий, клавиатуры и условий;
• используют координаты, сообщения между спрайтами, показ и скрытие объектов;
• подключают готовые нейросети для распознавания речи, жестов, положения головы и других данных;
• используют результат нейросети как условие для изменения поведения спрайта или сцены.

Примеры проектов

В практикумах используются игровые и познавательные сценарии: работа со следами животных, распределение объектов по группам, управление персонажами по положению головы, голосовые команды, проекты по профессиям и другие интерактивные задания. Программа реагирует на результат распознавания и запускает заранее заданный алгоритм.

Программное обеспечение	Кол-во лицензий, шт.	Описание
ПО «ТрекиКод» Номер реестровой выписки Минцифры РФ № 31062	1 лицензия на 1 рабочее место (ПК) – рекомендованное кол-во по кол-ву ПК в учреждении	https://robotrack-rus.ru/portfolio-item/trekikod/

4. «Стажёр А». От 8 лет

Курс является дополнением к базовому курсу по робототехнике (75 занятий). На этом уровне нейросети становятся основным инструментом управления физическими моделями. Все практикумы построены вокруг готовых моделей ИИ: обучающийся сначала собирает робота, затем управляют им с помощью данных от нейронной сети, связывает его результат с алгоритмом и проверяет работу механизма на реальном устройстве.

Практикумы с нейросетями

Практикум	Технология
Вентилятор	Реакция модели на обнаружение лица.
Умный дом	Управление по распознанной голосовой команде.
Умный сейф	Открытие при распознавании заданного лица.
Повторитель	Распознавание поз и реакция модели.
Кран	Голосовое управление механизмом.

Оборудование	Рекомендуемое кол-во на группу 10 человек, шт.		Описание
Робототехнический конструктор «РОБОТРЕК СТАЖЕР А» Номер реестровой выписки Минпроторга РФ №10587201	5		https://robotrack-rus.ru/portfolio-item/robototehnicheskij-konstruktor-robotrek-stazher-a/
ПО «ТрекиКод» Номер реестровой выписки Минцифры РФ № 31062	Бесплатно в комплекте с конструктором	https://robotrack-rus.ru/portfolio-item/trekikod/

5. Искусственный интеллект: от игры к проекту. 5-9 классы

Практико-ориентированный курс объёмом не менее 20 занятий предназначен для внеурочной деятельности, дополнительного образования и проектной работы.

Учебный материал знакомит учащихся с базовыми принципами разработки нейронных сетей в простой и понятной форме, без перегрузки сложными математическими вычислениями. Основные понятия сразу закрепляются на практике через игровые задания. Например, при прохождении лабиринта с помощью жестов и нейросети учащиеся учатся строить архитектуру модели, правильно располагать слои, понимать их назначение и влияние на результат работы нейронной сети. Постепенно от использования готовых моделей они переходят к самостоятельной сборке собственных нейронных сетей и первым экспериментам в NNTrack.

Основное содержание курса

• что такое искусственный интеллект, машинное обучение и нейронная сеть;
• классификация, распознавание объектов, жестов, речи и других данных;
• работа с изображениями, камерой и результатами распознавания;
• первые представления о датасете, признаках и классах;
• визуальное построение простой архитектуры нейронной сети;
• обучение и тестирование собственной модели;
• сравнение результатов нескольких экспериментов.

Принцип работы на занятиях

Каждое занятие обязательно включает практическую работу, которая помогает закрепить изученные понятия в игровой или экспериментальной форме. Учащиеся сразу проверяют теорию на практике: управляют игровыми объектами с помощью нейросети, проводят эксперименты с архитектурой модели, меняют параметры и наблюдают, как это влияет на результат её работы.

Например, нейросеть определяет положение лица или другой объект в кадре, после чего программа использует полученные данные для управления игровым объектом (гоночной машиной на треке).

Программное обеспечение	Кол-во лицензий, шт.	Описание
ПО «Среда визуального моделирования архитектуры нейронной сети, её обучения, тестирования и экспорта NNTrack» Номер реестровой выписки Минцифры РФ № 13372	1 лицензия на 1 рабочее место (ПК) – рекомендованное кол-во по кол-ву ПК в учреждении	https://robotrack-rus.ru/portfolio-item/16340/

6. Практикумы к учебнику по искусственному интеллекту. 7-8 классы

Отдельное направление включает 10 практикумов к учебнику по искусственному интеллекту для 7-8 класса.

Каждый практикум показывает, как технологии искусственного интеллекта применяются в разных отраслях и профессиях. Учащиеся решают прикладные задачи, связанные с сельским хозяйством, промышленностью, транспортом, экологией и другими направлениями отечественной экономики, и на практике видят, где и для чего может использоваться ИИ. Учащиеся не просто знакомятся с теорией, а применяют её при создании и обучении моделей в NNTrack. Например, они могут построить нейросеть для определения заболеваний растений, создать модель для прогнозирования погоды, провести классификацию объектов или исследовать данные и сравнить результаты работы разных моделей.

Что выполняет учащийся в ходе практикумов:

• создаёт проект в NNTrack;
• работает с датасетом и классами;
• собирает архитектуру из визуальных блоков;
• запускает обучение;
• тестирует модель на новых данных;
• сравнивает результаты и делает вывод о качестве работы модели.

Программное обеспечение	Кол-во лицензий, шт.	Описание
ПО «Среда визуального моделирования архитектуры нейронной сети, её обучения, тестирования и экспорта NNTrack» Номер реестровой выписки Минцифры РФ № 13372 ПО «ТрекиКод» Номер реестровой выписки Минцифры РФ № 31062	1 лицензия на 1 рабочее место (ПК) – рекомендованное кол-во по кол-ву ПК в учреждении	https://robotrack-rus.ru/portfolio-item/16340/ https://robotrack-rus.ru/portfolio-item/trekikod/

7. ИИ и робототехника. От 12 лет

Курс для обучающихся от 12 лет объединяет робототехнику и технологии искусственного интеллекта. Работа ведётся в Роботрек IDE с использованием набора «Роботрек Базовый расширенный» и вычислительного модуля «Артинтрек». Учащиеся используют нейронные сети непосредственно на робототехнической модели, то есть робот получает данные, распознаёт объекты, принимает решение и выполняет заданное действие.

Автономные робототехнические модели

«Артинтрек» используется как вычислительный модуль с аппаратным ускорением нейросетевых вычислений. Камера или другие источники данных передают информацию на модуль, нейросеть выполняется на роботе, далее результат поступает на контроллер Трекдуино. Контроллер управляет моторами, сервоприводами и другими исполнительными устройствами. Для работы готовой модели не требуется постоянное подключение к компьютеру.

Содержание курса

Рабочая программа включает 21 занятие. Первые 15 посвящены обработке видеопотока, ещё 6 - обработке аудиопотока и голосовым технологиям.

• классификация изображений, MNIST, распознавание предметов;
• детектирование и распознавание текста;
• детектирование лица и ключевых точек;
• распознавание лица, жестов и эмоций;
• голосовые команды и распознавание звука;
• определение эмоций в речи;
• голосовые роботы и сценарии «умного дома»;
• введение в обработку естественного языка (NLP);
• творческие и итоговые проекты с самостоятельной сборкой модели.

Оборудование	Рекомендуемое кол-во на группу 10 человек, шт.	Описание
Робототехнический конструктор «РОБОТРЕК БАЗОВЫЙ РАСШИРЕННЫЙ» Номер реестровой выписки Минпроторга РФ №10587203	5	https://robotrack-rus.ru/portfolio-item/robototehnicheskij-konstruktor-robotrek-bazovyj-rasshirennyj/
Образовательный комплекс по изучению основ искусственного интеллекта (НЕЙРОСЕТИ) АРТИНТРЕК БАЗОВЫЙ Номер реестровой выписки Минпроторга РФ № 10299110	2	https://robotrack-rus.ru/portfolio-item/obrazovatelnyj-kompleks-po-izucheniyu-osnov-iskusstvennogo-intellekta-artintrek-bazovyj/
ПО «ТрекиКод» Номер реестровой выписки Минцифры РФ № 31062	Бесплатно 1 лицензия в комплекте с одним конструктором		https://robotrack-rus.ru/portfolio-item/trekikod/
ПО «Среда визуального моделирования архитектуры нейронной сети, её обучения, тестирования и экспорта NNTrack» Номер реестровой выписки Минцифры РФ № 13372	Бесплатно 2 лицензии в комплекте с одним Образовательным комплексом по изучению основ искусственного интеллекта (НЕЙРОСЕТИ) АРТИНТРЕК БАЗОВЫЙ		https://robotrack-rus.ru/portfolio-item/16340/

8. Углублённый ИИ. 10-11 классы

Углублённый курс в NNTrack для 10–11 классов включает не менее 26 занятий и охватывает основные направления машинного обучения и разработки нейронных сетей. Курс может использоваться на уроках информатики, во внеурочной деятельности и при выполнении проектных работ. Учащиеся работают с задачами классификации, кластеризации и регрессии, учатся собирать и подготавливать данные, выделять признаки, выбирать подходящий тип модели и строить её архитектуру.

В практической части настраивают параметры обучения, обучают и тестируют модели, анализируют метрики и результаты экспериментов, сравнивают разные архитектуры и исследуют влияние изменений на качество работы нейросети. Отдельное внимание уделяется свёрточным и рекуррентным сетям, детектированию объектов, трансферному обучению, работе с большими данными и экспорту готовых моделей. NNTrack позволяет визуально строить последовательные и разветвлённые архитектуры, изменять гиперпараметры слоёв, использовать предварительно обученные модели, наблюдать графики обучения, анализировать качество результата и проводить серию сравнительных экспериментов.

Что делает учащийся в NNTrack

В ходе курса учащиеся изучают:

• классификацию и свёрточные нейронные сети;
• детектирование объектов и модели семейства YOLO;
• регрессию и анализ табличных данных;
• кластеризацию;
• принципы работы с большими данными;
• рекуррентные нейронные сети SimpleRNN, LSTM и GRU;
• трансферное обучение и готовые архитектуры VGG, ResNet и MobileNet;
• аугментацию данных и способы предотвращения переобучения;
• валидацию, функции потерь, метрики, оптимизаторы, размер пакета данных (batch) и количество эпох;
• тестирование моделей, сравнение результатов и их интерпретацию;
• экспорт обученных моделей для дальнейшего использования.

О программном обеспечении для обучения и разработки нейронных сетей “NNTrack” жми сюда

Программное обеспечение	Кол-во лицензий, шт.	Описание
ПО «Среда визуального моделирования архитектуры нейронной сети, её обучения, тестирования и экспорта NNTrack» Номер реестровой выписки Минцифры РФ № 13372	1 лицензия на 1 рабочее место (ПК) – рекомендованное кол-во по кол-ву ПК в учреждении	https://robotrack-rus.ru/portfolio-item/16340/

Интеграции NNTrack

NNTrack + ТрекиКод

Управление виртуальными и робототехническими моделями

Обученные в NNTrack нейронные сети можно использовать в ПО «ТрекиКод». Результаты работы нейросети применяются для управления спрайтами, смены фонов и управления робототехническими моделями из линейки «Роботрек».

NNTrack + Трекдуино

Управление роботом с помощью нейронной сети

Обученная в NNTrack нейронная сеть анализирует входные данные и формирует результат распознавания — например, определяет объект, жест, команду и т. д.

Полученный результат можно передать на контроллер Трекдуино, а также на любые Arduino-совместимые платформы. Контроллер использует полученные данные в программе для управления моторами, сервоприводами, светодиодами, дисплеями и другими исполнительными устройствами.

Результаты работы нейросети можно использовать для управления реальными робототехническими моделями.

NNTrack + Артинтрек

Автономная работа нейронных сетей на роботе

Обученная в NNTrack нейронная сеть загружается в вычислительный модуль «Артинтрек». Модуль обрабатывает данные и использует нейросеть непосредственно на робототехнической модели, а результаты её работы передаются на контроллер Трекдуино для управления моторами, сервоприводами и другими исполнительными устройствами.

NNTrack + БАС

Применение нейронных сетей на образовательных беспилотных авиационных системах

Обученные модели могут экспортироваться для проектов с программируемыми квадрокоптерами SKYRIS ТЕХНИК 6S, «Клевер 5» или подобные. Такая интеграция позволяет переносить результат обучения нейросети в проект с БАС и использовать модель для задач компьютерного зрения и автономного поведения.

Методическое сопровождение

В состав образовательной линии входят готовые практикумы, презентации, планы-конспекты, рабочие программы и инструкции по работе с программным обеспечением и оборудованием. Материалы могут использоваться на уроках, во внеурочной деятельности, дополнительном образовании и проектной работе.

• готовые сценарии занятий и практических работ;
• методические материалы для педагога;
• пошаговые инструкции для работы в ТрекиКод, Robotrack IDE и NNTrack;
• проекты с виртуальными объектами, роботами и БАС;
• подготовка к профильным проектным соревнованиям и хакатонам.

Результат образовательной траектории От первых проектов с готовыми нейросетями к самостоятельному созданию, обучению, исследованию и практическому применению собственных моделей искусственного интеллекта.

Каталог об Искусственном интеллекте жми сюда

О программном обеспечении для обучения и разработки нейронных сетей “NNTrack” жми сюда