Robôs educacionais estão virando tutores nas escolas

Robôs educacionais estão virando tutores nas escolas

Pesquisadores estão testando uma equipe de robôs educacionais para servir como professores e companheiros de aprendizado para crianças nas escolas ou em casa.

“O que estamos tentando encontrar?”, Pergunta o robô de pelúcia vermelho e azul chamado Tega, que está empoleirado na mesa ao lado da garota. O robô se assemelha a um Furby do tamanho de um ursinho de pelúcia.

“Estamos tentando encontrar coisas de cor roxa”, explica a garota. Roxa é uma nova palavra do vocabulário. “OK!” Tega responde.

A garota usa o dedo indicador para percorrer a cena. Ela finalmente seleciona uma imagem de uma garota – não vestindo roxo. O jogo coloca uma marca vermelha em sua escolha: errado.

A garota desaba na cadeira, a cabeça abaixa quando Tega diz: “Tenho certeza que você vai fazer melhor da próxima vez. Eu acredito em você.”

O robô, que os pesquisadores do MIT estão testando com alunos em uma escola pública da área de Boston, inclina-se para a garota, que se inclina de perto para que sua bochecha fique bem ao lado da de Tega.

Agora é a vez do robô. “Hora de se apresentar!” Diz. A cena muda na tela, como se o robô estivesse controlando telepaticamente o tablet. “Hmm …”

Tega olha para a menina, como se procurasse confirmar que está fazendo isso direito, e a garota põe a mão nas bochechas do robô eduacional de forma encorajadora. O robô olha para a tela. A garota passa a mão no pelo macio do robô e murmura: “Eu acredito em você.”

Esse tipo de conexão íntima é típica das interações criança-robô, diz a pesquisadora de robótica social do MIT e da interação homem-robô Cynthia Breazeal. Sua equipe está investigando como esse robô educacional pode ajudar os alunos a aprender. As crianças têm um “tipo especial de afinidade” com os robôs, diz ela.

Embora os adultos possam se desencantar rapidamente com máquinas que não são muito perspicazes ou não falam mais do que frases escritas, as crianças tendem a conversar, escutar e até mesmo tratar robôs básicos como seres sociais e conscientes, diz Tony Belpaeme, roboticista social na Universidade de Ghent, na Bélgica. Pesquisadores como Breazeal e Belpaeme estão tentando alavancar essa conexão para criar robôs que se envolvam com crianças como professores e alunos.

Esses robôs educacionais não devem substituir professores humanos, diz Paul Vogt, pesquisador de robótica social e desenvolvimento de linguagem da Universidade de Tilburg, na Holanda. Mas os autômatos personalizáveis ​​e infinitamente pacientes podiam dar aos alunos atenção individualizada em salas de aula lotadas. Esse apoio extra pode ser especialmente útil para crianças com necessidades especiais ou para estudantes que estão aprendendo um idioma diferente do que estão acostumados, diz Belpaeme, que está estudando como os robôs educacionais podem ajudar crianças imigrantes na Europa a aprender uma segunda língua.

Os robôs também podem ajudar os alunos educados em casa, dizem os proponentes, ou ensinar em áreas onde os especialistas humanos são escassos. Robôs que falam inglês estão programados para entrar em cerca de 500 salas de aula japonesas este ano exatamente para esse fim. Centenas de aulas de jardim de infância chinesas também adotaram robôs educacionais. Mas nos países ocidentais, esses dispositivos ainda precisam ser usados nas salas de aula.

Assim como qualquer tecnologia educacional cara, os robôs de sala de aula podem nunca chegar a todas as salas de aula. O cientista cognitivo Brian Scassellati da Universidade de Yale e seus colegas tiveram sucesso com um dispositivo chamado Keepon que se parece com duas bolas de tênis amarelas com olhos e nariz. “Quando os produzimos no laboratório, eles provavelmente estão nos custando cerca de US $ 200 no total”, diz ele. Mas muitos pesquisadores usam o robô humanoide Nao, que custa vários milhares de dólares a mais, levantando a questão de quantas escolas serão capazes de pagar os ajudantes da sala de aula.

“Há muito hype sobre robôs”, diz Goren Gordon, pesquisador de curiosidade natural e artificial da Universidade de Tel Aviv. Neste ponto, a maioria dos testes foi de curto prazo em pequenos grupos de crianças. Tão pouco se sabe sobre os riscos potenciais envolvidos quando as crianças pequenas se aproximam dos autômatos. No entanto, os primeiros testes sugerem que os robôs podem ajudar os alunos a aprender novas habilidades e promover bons hábitos de estudo e atitudes positivas em relação ao aprendizado. Os pesquisadores ainda têm muito a descobrir sobre as melhores práticas e potenciais impactos se os robôs educacionais conseguirem a posse.

Robôs educacionais estão aqui para ajudar

Antes de classificar os robôs em suas habilidades de ensino, considere por que os educadores automatizados podem funcionar melhor como entidades físicas em vez de virtuais. Acontece que o corpo de um robô pode ser tão importante quanto seu cérebro. Uma revisão de 33 estudos que examinaram como adultos e crianças respondem a robôs fisicamente presentes, vídeos dos robôs e versões animadas desses mesmos robôs revelaram que as pessoas geralmente vêem os robôs físicos mais positivamente e os acham mais persuasivos do que robôs animados e gravados em vídeo. Jamy Li, da Universidade de Twente, na Holanda, relatou esses resultados em 2015 no International Journal of Human-Computer Studies.

“Há algo sobre robôs que os diferencia de um computador”, diz Belpaeme. “O mesmo conteúdo entregue por um robô de alguma forma faz nosso cérebro sentar e prestar atenção…. Ainda não sabemos por que isso acontece. ”Ainda assim, os roboticistas exploraram essa vantagem que chama a atenção para construir máquinas que transmitem informações sobre tudo, desde matemática até nutrição e linguagem gestual.

Naturalmente, uma educação completa é muito mais do que aprender fatos. Trata-se também de desenvolver bons hábitos de estudo e atitudes em relação à educação que farão com que os alunos aprendam por toda a vida. Nesta área, os robôs se mostraram úteis.

Em um nível muito básico, os robôs podem tornar os trabalhos escolares mais divertidos, afirmam os proponentes. “Se as crianças gostam de aprender, elas aprendem mais”, diz Belpaeme. “É realmente simples assim.” Pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison testemunharam o poder dos robôs de tornar o trabalho escolar divertido quando criaram um bot chamado Minnie para apoiar a leitura infantil em casa. Minnie, descrita em agosto passado na Science Robotics, comenta sobre um livro enquanto a criança lê em voz alta, mostra respostas emocionais a histórias e resume pontos de trama para ajudar na compreensão de leitura.

O roboticista Bilge Mutlu e o pesquisador de aprendizado Joseph Michaelis designaram aleatoriamente 24 estudantes de 10 a 12 anos para duas semanas de leitura em voz alta ou com Minnie. Depois disso, os leitores solo deram à atividade mais críticas, relatando, por exemplo, “Eu gostei, mas não gostei muito”. Apenas quatro disseram que a atividade os motivou a ler mais. As crianças do grupo de robôs disseram que ler para Minnie foi “divertido” e “uma experiência bacana”. Sete estudantes disseram que se sentiram mais motivados para ler.

Os robôs também podem incentivar estratégias de raciocínio específicas, como pensar em voz alta, o que supostamente ajuda os alunos a elaborar planos mais deliberados e organizados para resolução de problemas em várias etapas. A cientista de computação Chien-Ming Huang, da Universidade Johns Hopkins, e seus colegas programaram um robô Nao para acenar com a cabeça junto com o discurso de uma criança e relembrar os alunos que ficam em silêncio para seguir em frente.

Para testar se esse robô ajudou os alunos a aprender, os pesquisadores designaram aleatoriamente 26 crianças com cerca de 11 anos para resolver problemas com palavras matemáticas enquanto pensavam em voz alta com ou sem o incentivo do robô. De um pré-teste a um pós-teste realizado cerca de uma semana depois, as crianças treinadas com robô aumentaram suas próprias pontuações em média 52%. Os estudantes solos se auto-melhoraram em uma média de 39%, relataram os pesquisadores em março passado em Chicago na Conferência Internacional sobre Interação Homem-Robô, ou HRI 2018.

Para um efeito mais profundo sobre as experiências educacionais dos alunos, os robôs podem modelar certas crenças sobre o aprendizado, como uma mentalidade de crescimento: a ideia de que o sucesso vem do esforço e da perseverança, e não da capacidade inerente.

Em um experimento, 33 crianças de 5 a 9 anos resolveram quebra-cabeças geométricos chamados tangrams com um Tega. Metade das crianças fez parceria com um robô que fez comentários de mentalidade de crescimento, como: “Você não tem medo de um desafio. Eu gosto disso! ”Outros estudantes trabalharam com um bot que apenas declarava fatos:“ Você resolveu o quebra-cabeça ”.

Antes e depois de trabalhar com o robô, cada criança completou uma avaliação que classificou a mentalidade de crescimento de 0 a 10. As pontuações da turma de crescimento aumentaram em média 7,63 a 8,06, mas as pontuações do grupo de bots neutros caiu de 6,94 para 6,59, Breazeal e colegas relataram em Viena no HRI 2017.

Problemas de personalização

Embora os robôs mostrem o potencial de influenciar positivamente os alunos, adaptar o comportamento de um robô a um indivíduo ainda é um grande desafio. Os roboticistas criaram máquinas que podem tomar algumas decisões simples, como escolher quando incentivar um aluno a fazer uma pausa. Em um estudo apresentado no HRI 2017, a equipe de Scassellati descobriu que, quando os robôs ofereciam intervalos como recompensa pelo bom trabalho, ou uma oportunidade de refocalizar se um aluno estava com dificuldades, as crianças aprendiam mais do que se o robô chamasse intervalos em intervalos regulares.

Projetar robôs que acompanham o desempenho dos alunos para ajustar o ritmo e escolher o que ensinar em seguida é mais complicado. Alguns robôs foram programados para ajustar a dificuldade da atividade com base na proficiência dos alunos, mas os pesquisadores tiveram problemas para mostrar que esses bots ajudam os alunos a aprender mais do que os robôs genéricos.

E se os robôs pudessem ir além de responder ao desempenho, observando como o aluno está se sentindo? Gordon e seus colegas do MIT exploraram essa ideia criando um robô Tega que analisou expressões faciais para níveis de envolvimento, que é basicamente “a bondade da emoção”, diz Gordon. Por exemplo, a felicidade tem valência positiva e a raiva é negativa. Enquanto trabalhava com estudantes em um jogo de aprendizagem em espanhol que envolvia fazer as malas para uma viagem à Espanha, o robô ofereceu vários tipos de feedback, desde um animado “Woo-hoo, você está se esforçando tanto!” Até comentários relacionados ao jogo como “A mala parece pesada.”

“O robô aprende lentamente quais os comportamentos resultam em alta valência e alto engajamento”, e se torna mais propenso a usar esses comportamentos no momento certo, diz Gordon. Em três a sete sessões durante dois meses, dois grupos de nove pré-escolares trabalharam com este Tega adaptável ou com um Tega não adaptativo. Da primeira à última sessão, as crianças do grupo personalizado geralmente ficaram mais positivas sobre a interação, com sua valência aumentando em média sete pontos em uma escala de -100 a 100. No grupo impessoal, a valência caiu em média 18 pontos. , os pesquisadores relataram em Phoenix em 2016 em uma conferência da Associação para o Avanço da Inteligência Artificial.

Os robôs sintonizados com os pensamentos e sentimentos dos alunos podem ser melhores tutores e companheiros de aprendizado se puderem oferecer o nível certo de personalização sem se tornarem previsíveis. Mas alguns educadores estão preocupados com a quantidade de dados que as máquinas teriam de coletar e armazenar para realizar esse trabalho corretamente. Professores humanos podem obter uma leitura geral do estado de espírito de um aluno. Mas um robô projetado para analisar exaustivamente todas as expressões faciais ou jogadas que uma criança faz pode coletar informações tão detalhadas sobre crianças que constituiria uma invasão de privacidade.

Essa preocupação foi levantada em uma série de grupos focais com professores certificados e alunos discutindo robôs educacionais. Alguns participantes temiam que as empresas pudessem tentar comprar os dados dos alunos nas escolas, Sofia Serholt, pesquisadora de interação robô-infantil da Chalmers University of Technology, na Suécia, e colegas relataram em novembro de 2017 na AI & Society.

A especialista em robótica, Amanda Sharkey, também observa que as crianças podem se sentir compelidas a compartilhar informações pessoais com um robô que age como um amigo. Um remédio pode incluir exigir que os robôs divulguem continuamente quais informações estão sendo coletadas e com quem os robôs as compartilham, diz Sharkey, da Universidade de Sheffield, na Inglaterra.

Conhecimento social

Se preocupações quanto à privacidade em relação ao compartilhamento excessivo com robôs pudessem ser abordadas, o conforto das crianças com os companheiros robóticos poderia ser uma força para o bem na sala de aula. Scassellati lembra um garoto de primeiro grau que trabalhou em inglês com um robô. “Ele estava com tanto medo de falar em sala de aula, ele estava tão preocupado em cometer erros”, diz Scassellati. Mas quando o aluno trabalhava cara-a-cara com um colega robô sem julgar, “a primeira vez que cometeu um erro… e o robô o corrigiu, ele parou por um segundo, e então continuou, e tudo bem. “

Gordon também se lembra de um aluno especialmente tímido, que “só sussurrava em seu ouvido, ele não falou nada ”, diz ele. Mas “após a quarta ou quinta interação [com um robô], ele começou a abraçar o robô. A cada três ou quatro minutos, paramos e começamos a abraçar o robô. ”

Capitalizar esse potencial com robôs infantis pode ajudar a manter os alunos interessados mesmo depois que o efeito da novidade desaparece, para que os robôs educacionais não acabem acumulando poeira em um canto, diz Michaelis. Para esse fim, os pesquisadores começaram a investigar como os robôs programados para serem mais sociáveis ​​podem prender melhor a atenção dos alunos e melhorar o aprendizado.

A pesquisadora de robótica social, Ginevra Castellano, da Universidade de Uppsala, na Suécia, e seus colegas programaram o iCat, um robô amarelo com cara de felino, para expressar empatia para testar se isso ajudaria a manter as crianças envolvidas com o robô a longo prazo. Ao longo de cinco semanas, o iCat realizou exercícios semanais de xadrez com 16 crianças em Portugal, com idades entre os 8 e os 9 anos. O robô, descrito em 2014 no International Journal of Social Robotics, monitorizou o estado do jogo e as expressões faciais dos alunos e ofereceu aconselhamento ou apoio emocional. os alunos pareciam infelizes. Após as primeiras e últimas interações, as crianças preencheram questionários que classificaram seus sentimentos de presença social com o robô – ou seja, o quanto trabalhar com o iCat era como interagir com um ser inteligente e emocional – de 1 a 5.

Em um estudo anterior com uma configuração semelhante, mas um robô iCat não empático, as crianças geralmente classificaram seu senso de presença social entre 2 e 4, e essas pontuações diminuíram entre a primeira e a quinta interação. O empático iCat manteve as crianças em um alto nível de presença social – entre 4 e 5 – desde o primeiro até a sessão final.

Mas a sociabilidade dos robôs pode ser uma faca de dois gumes e distração, como a equipe de Belpaeme descobriu ao usar um robô sociável Nao para ensinar aos alunos de 7 e 8 anos no Reino Unido uma estratégia para identificar números primos. Doze crianças trabalharam com esse robô, que usava comportamentos sociais, chamando a criança pelo nome e fazendo contato visual. Outros 11 alunos trabalharam com um bot associal. De um pré-teste a um pós-teste, as crianças que trabalharam com o robô social melhoraram suas pontuações em um teste de 12 pontos, uma média de 2,18 pontos; o grupo de robôs sociais melhorou uma média de 1,34 pontos, relataram pesquisadores em Portland, Oregon, no HRI 2015.

O robô socialmente experiente pode ter desviado a atenção da lição, as crianças gastaram cerca de 45% mais tempo olhando para o robô social do que para o não-social.

Existem outras razões para não tornar os robôs muito atraentes. Huang compara o dilema a preocupações sobre o tempo excessivo de tela, o que pode colocar crianças pequenas em risco de atraso na fala. “Obviamente, temos boas intenções para esses robôs educacionais”, diz ele, “mas os efeitos colaterais de longo prazo … não são claros”. Alguns professores dos grupos focais de Serholt expressaram preocupações semelhantes de que crianças que passam muito tempo conversando com robôs podem perder capacidade de decodificar expressões faciais humanas ou os jovens podem adotar maneirismos mais robóticos.

Para Sharkey, “a principal preocupação seria que [as crianças] passassem a preferir interagir com o robô”. Um robô que é sempre encorajador e que nunca discorda provavelmente seria uma companhia mais fácil do que as outras crianças. Uma criança que passa mais tempo em torno de máquinas agradáveis ​​do que com colegas pode não desenvolver as habilidades sociais necessárias para lidar com o conflito interpessoal, diz Sharkey.

Desafios a serem superados pelos robôs educacionais

Até agora, as investigações das interações aluno-robô duraram, em geral, algumas semanas ou meses no máximo. “O que gostaríamos de fazer é um ano acadêmico completo”, diz Breazeal. Os roboticistas também precisam testar sua tecnologia com crianças de origens mais diversas. Belpaeme e colegas recentemente realizaram um experimento com robôs que ajudaram cerca de 200 crianças a aprender uma segunda língua. Em comparação com a maioria dos estudos sobre robôs educacionais, 200 estudantes são um número impressionante, diz Huang, mas “no mundo real, isso é como nada”.

Em meio a perguntas sobre como elas devem ou não devem se comportar, os robôs de hoje ainda são bastante limitados no que podem fazer. Robôs educacionais são normalmente projetados para trabalhar em tarefas muito específicas. Os robôs ainda têm dificuldade em entender o discurso agudo e gramaticalmente irregular de crianças pequenas e não têm a destreza de participar de muitas atividades de aprendizado físico, como experimentos de laboratório de ciências.

“Ainda estamos muito longe” de robôs educacionais que podem interagir com os alunos como pessoas reais, diz Ana Paiva, pesquisadora de inteligência artificial da Universidade de Lisboa, em Portugal. Ainda assim, é difícil ver uma criança adorando o Tega ou conversando com um Nao aparentemente interessado e não imaginar um futuro em que robôs possam se juntar a professores e alunos em fotos de turma.

Via Science News

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