XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Цифровые сервисы на основе искусственного интеллекта
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Активное погружение в мир новых технологических решений, связанных с робототехникой, беспилотными автомобилями, интеллектуальными играми, голосовыми помощниками, произведениями искусства и т.п., должно помочь создать атмосферу «сопричастности» нас к той удивительной эпохе, в которой мы живем, тем открытиям, которые делаются нашими современниками. Искусственный интеллект ускорил темп нашей жизни и привел к появлению множества ИИ-приложений и сервисов, оказывающих значительное влияние на жизнь людей [1]. В данный момент разрабатываются множество усовершенствованных программ, которые по мышлению не уступают человеку. Они облегчают быт, труд, экономят время человеку. Недостаточный уровень осведомленности людей всё ещё не позволяет использовать данные возможности более эффективно.
Актуальность выбранной темы проекта заключается в желании привлечь внимание к таким, наиболее перспективным областям ИТ-индустрии, каким является искусственный интеллект, в частности, к цифровым сервисам на основе искусственного интеллекта.
Данная тема исследования определяет цель работы: исследовать цифровые сервисы с использованием искусственного интеллекта.
Исходя из поставленной цели, были определены следующие задачи исследования:
Изучить необходимые сведения об искусственном интеллекте.
Рассмотреть классификацию, возможности и применение цифровых сервисов на основе искусственного интеллекта.
Исследовать уровень информированности и предпочтений в использовании цифровых сервисов на основе искусственного интеллекта.
Гипотеза исследования: возможность использования технологий искусственного интеллекта в различных доступных цифровых сервисах.
Объект исследования – цифровые сервисы на основе искусственного интеллекта в сфере коммуникаций, сбора и анализа информации и принятия решений.
Предмет исследования – применение доступных цифровых сервисов на основе искусственного интеллекта.
Методы исследования:
теоретический метод: изучение и обобщение, анализ и синтез
эмпирический: опрос, беседа, сравнение
метод статистической обработки результатов: количественный и качественный анализ полученных в ходе диагностики результатов.
Новизна и теоретическая значимость работы состоит в выделении значимости данной проблемы для современного общества.
Глава 1. Теоретическое исследование цифровых сервисов на основе искусственного интеллекта
1.1.Определение и типы искусственного интеллекта
В России искусственный интеллект — это научная сфера и область разработки высокоинтеллектуальных технологий, которая является приоритетным направлением развития в Российской Федерации. Для развития и поддержки разработок в области искусственного интеллекта утверждена «Национальная стратегия развития искусственного интеллекта на период до 2030 года» (Указом Президента РФ от 10 октября 2019 г. № 490 «О развитии искусственного интеллекта в Российской Федерации»). [10]. Как отметил президент, технологии искусственного интеллекта-это одно из ключевых направлений технологического развития, которое определяет и будет определять будущее всего мира. Россия должна обеспечить технологический суверенитет в сфере искусственного интеллекта. Для решения в сфере технологий искусственного интеллекта в стране есть хорошие стартовые условия и серьёзные конкурентные преимущества [4].
Искусственный интеллект — это инженерно-математическая дисциплина, занимающаяся созданием программ и устройств, имитирующих интеллектуальные функции человека [3]. Примерами таких функций могут быть: игра в шахматы, управление автомобилем, общение на естественном языке, сочинение стихов. Цель искусственного интеллекта — расширить возможности человека и помочь нам в принятии сложных решений с далеко идущими последствиями. ИИ выполняет регулярные автоматизированные задачи большого объема, а не автоматизирует ручную работу. И делает это последовательно и без усталости. Конечно, человеку все равно нужно настраивать систему и задавать правильные вопросы [6].
Все чаще люди, которые не связаны напрямую с наукой, слышат об искусственном интеллекте и о нейронных сетях. Всё потому, что технологии машинного обучения начинают занимать серьезное место в повседневной жизни.
Есть разные подходы к искусственному интеллекту. Выделяют сильный и слабый ИИ. Эту терминологию ввел философ Джон Сёрл. Слабый искусственный интеллект – тип искусственного интеллекта, при котором машина не способна мыслить, а лишь имитирует когнитивную функцию [3]. Области использования: зрение, обработка естественного языка, обработка речи. Сейчас большая часть искусственного интеллекта достигается как раз за счет слабого ИИ. Основной инструмент для создания слабого искусственного интеллекта, который используется сейчас, это машинное обучение (Машинное обучение – это область знаний, которая дает возможность компьютерам обучаться без необходимости непосредственного программирования (Артур Семюэл 1959г)). Технология машинного обучения – компьютер, который способен на обработку данных и принятие решений вне зависимости от строго обозначенных схем. Он может обнаружить закономерности, точные ответы и грамотные прогнозы в заданиях с обширными параметрами, на что не способен человек [8]. Есть большое количество различных вариантов алгоритмов машинного обучения, один из самых популярных сейчас-это глубокие нейронные сети. Модель искусственного нейрона основана на модели биологического нейрона, которые находятся внутри мозга человека. Искусственные нейроны объединяются в нейронные сети, которые позволяют решать сложные задачи машинного обучения и искусственного интеллекта.
Сильный искусственный интеллект – тип искусственного интеллекта, при котором машина способна мыслить и обладает самосознанием [3]. Сильный ИИ сейчас не реализован и мы, к сожалению, не знаем инструментов, которые могут позволить нам создать такой ИИ.
По мере того как роль искусственного интеллекта повышается во всех аспектах жизни общества, науки и бизнеса, мы видим все больше примеров блестящей реализации этой технологической парадигмы. Сегодня «машины» помогают людям автоматизировать производство, анализировать большие объемы данных, улучшить качество обслуживания клиентов или находить новые вдохновляющие идеи творчества.
Искусственный интеллект — это кропотливый процесс создания особенностей и талантов человека на компьютере, а затем использование его вычислительной мощности для того, чтобы превзойти человеческие способности[2]. Машинное обучение, глубокое обучение, нейронные сети, компьютерное зрение и обработка естественного языка являются примерами многочисленных областей искусственного интеллекта.
Таким образом, ясно одно, что искусственный интеллект будет незаменимой вещью в жизни человека, ведь если труд миллионов людей заменят алгоритмы, жизнь станет более насыщенной, интересной и откроет множество перспектив.
1.2 Классификация цифровых приложений на основе искусственного интеллекта
Можно провести классификацию сервисов, которые используют искусственный интеллект.
Это можно сделать на основе того, какие у них данные на входе и на выходе и основные типы данных, с которыми работают такие приложения [11]. Основные типы данных: видео, изображения, тексты и речь.
Готовые сервисы на основе искусственного интеллекта бывают: бесплатные и платные.
Вариант классификации сервисов на основе искусственного интеллекта – это то, что на входе и на выходе:
Обработка данных одного типа - когда на входе в систему то же самое, что и на выходе.
Раскрашивание изображений. На входе изображение черно-белое, на выходе – раскрашенное.
Повышение качества изображений. На входе изображение с низким качеством, а на выходе изображение более высокого качества.
Следующий тип сервисов:
Преобразование данных из одного типа в другой.
Создание речи на основе текста. Есть текст, а система на основе искусственного интеллекта на основе этого текста генерирует речь, которую мы слышим.
Генерация данных нового типа, на основе какого - то одного:
Генерация изображения по текстовому описанию. На основе текстового описания система на основе ИИ может сгенерировать картинку.
Существует большое количество комплексных сервисов на основе ИИ, которые сочетают в себе несколько функций:
Генерация видео. Есть сервисы, которые позволяют генерировать видео, а в видео есть аватар, который произносит речь. Таким образом, эти сервисы используют преобразование текста в речь, генерируют цифровой аватар, и в это видео можно вставить дополнительное изображение или презентацию.
Голосовые помощники. На первом этапе, когда мы говорим голосовому помощнику, он распознает речь, далее идёт преобразование речи в текст, для этого текста готовит подходящий по смыслу ответ, а после снова происходит преобразование текста в речь.
Закадровый перевод видео. Такой перевод создала компания Яндекс. Когда мы смотрим видео, происходит автоматическое снижение звука оригинала: английская речь в текст, перевод текста с английского на русский, русский текст в речь, вставка речи в звук видео.
Четкой классификации цифровых приложений на основе искусственного интеллекта нет, и это объясняется многообразием интеллектуальных задач и интеллектуальных методов, кроме того, искусственный интеллект – активно развивающаяся сфера, в которой новые прикладные области осваиваются ежедневно [2].
Таким образом, технологии искусственного интеллекта выходят на плато продуктивности, следуя определённым программным решениям, могут выполнять вещи, выходящие за рамки традиционного представления информации, моделируют те виды человеческой деятельности, которые традиционно считаются интеллектуальными, творческими и решение которых долгое время оставалось прерогативой человека.
1.3. Обзор доступных цифровых сервисов на основе искусственного интеллекта
Бум технологий машинного обучения и систем искусственного интеллекта на базе нейронных сетей привёл к появлению на рынке множества инновационных приложений и сервисов, по функциональным возможностям на голову превосходящих классические программные решения. Мы изучили ассортимент «умных» продуктов и выбрали среди них самые оригинальные цифровые сервисы на основе искусственного интеллекта (Приложение 3).
Если я скажу, что теперь, с помощью искусственного интеллекта, можно создавать видеолекции? Звучит неправдоподобно? Сервис для создания видеолекций Visper от компании Сбер, в нем возможностей много. Видео может включать несколько слайдов: как с презентацией, так и без неё, добавляется аватар, который можно менять на каждом слайде (Приложение 5 Рисунок 9), в нижней части сервиса пишется текст, чтобы произнес аватар[11]. Сервис Visper позволяет добавлять в видеолекцию не один слайд, а несколько. Также можно использовать любые графические элементы, картинки, выбрать язык, на котором будут говорить аватары, меняя его.
Сегодня нейросети сервиса Midjourney выполняют разноплановую работу: пишут отличные тексты, генерируют уникальные изображения, обрабатывают звук для треков. Значимых успехов в стирании языковых барьеров удалось добиться команде «Яндекса», активно совершенствующей собственную технологию машинного перевода видео, которая позволяет смотреть с русской озвучкой ролики на английском, немецком, французском и испанском языках.
Преимущества: если бы над созданием видеолекции трудился человек, то он потратил бы очень много финансовых вложений и времени. Нейросеть же мгновенно обработала ваши пожелания и выдала видеолекцию в качестве результата. Создание видео без студии и дорого видеооборудования. Низкие трудозатраты на создание видео.
Недостатки: высокая стоимость некоторых сервисов, голос не всегда кажется естественным. Бесплатные версии сервисов выставляют логотип. Со временем недостатки эти могут быть преодолены, и технология получит существенное распространение.
Сейчас существует огромное количество сервисов для обработки изображений, который применяет искусственный интеллект. Сервис AvtoDraw позволяет по наброску подобрать максимально подходящую картинку [11]. Совместная разработка команд SberDevices и Sber AI (входят в экосистему «Сбера») способны создавать изображения на основе текстового описания на русском языке, могут быть использованы как для оценки возможностей искусственного интеллекта, так и в практических целях.
Сбер ruDALL-E для генерации картинок по описанию – это создание изображений, которое происходит в три этапа: сначала одна нейросеть анализирует текстовый запрос и генерирует заданное количество картинок, затем следующая выбирает, какие из них наиболее удачны и максимально соответствуют описанию, а третья увеличивает их в размере без потери качества. Таким образом, можно получить неограниченное количество новых неповторяющихся изображений, подходящих под указанные характеристики.
Сервис ColoRize позволяет преобразовывать черно-белые фотографии в цветные. При обработке изображения, с которой мы часто сталкиваемся, при увеличении происходит снижение качества изображения. В отличие от традиционных алгоритмов алгоритмы на основе искусственного интеллекта позволяют увеличить изображение во много раз, при этом качество изображений не снижается.
Алгоритмы Сервиса Remove BG на основе ИИ прекрасно справляются с задачей удаления фона, переноса стиля изображения.
Еще одна тенденция ИИ — диалоговые интерфейсы. Программы, способные общаться с человеком так же, как делают это люди, с помощью привычной формы: текстом или голосом. Такие программы называют чат - боты, виртуальные ассистенты или виртуальные помощники. Используются диалоговые интерфейсы везде, где есть коммуникация: банки, телеком, сфера услуг. Современные и перспективные технологии самообучающих алгоритмов, где для построения диалога используется машинное обучение - нейросети, например, семейство ботов «Салют» от Сбербанка, виртуальный ассистент «Алиса» от компании Яндекс, интересны тем, что поддерживают неформальное, эмоциональное общение.
Голосовые помощники становятся всё популярнее с каждым днём. Они подскажут погоду за окном, найдут вашу любимую песню и даже решат задачку по математике с ребёнком. Созданы диалоговые интерфейсы в сфере образования, которые могут стать дополнительным инструментом в обучении. Например, в дошкольном образовании создана игрушка MishkaAI, которая обучает ребенка полезным привычкам. Для обучения иностранным языкам поможет виртуальный ассистент от компании Duolingo, разработчик мобильных приложений. Достаточно просто спросить голосового помощника об этом.
Преимущества: не требуют при обучении перечисления всех возможных ключевых слов или вариантов формулировок фразы человеком, удерживает тему диалога, успешно имитирует человеческое общение,
Недостатки: для настройки параметров нейросети нужны дорогостоящие специалисты с компетенцией в этой области.
Сейчас существует большое количество готовых сервисов для работы с текстом на основе искусственного интеллекта, которые позволяют выполнять различные задачи с текстами. Сервис Яндекс.Реферат позволяет сгенерировать текст на одну из заданных тем, что помогает создать реферат.
Сервис Яндекс. Криэйтор позволяет создавать маркетинговые лозунги, которые можно использовать в работе. Существует множество языковых моделей, например, Модель RuGPT3 от Сбер, которая используется для генерации текста. Пользователь вводит начало своего текста, который далее будет осмысленно продолжен языковой моделью.
Сервис CanopyStudy поможет сгенерировать вопросы на проверку знаний с правильными ответами. Сервис Writesonic помогает генерировать достаточно большие тексты в виде статей.
Таким образом, мы узнали, что существует большое количество доступных цифровых сервисов на основе искусственного интеллекта, которые могут выполнять по заданию человека на основании заложенных в неё алгоритмов, в ходе выполнения которых они помогают получать новые данные, тем самым, облегчают и помогают человеку в обучении, работе, экономят время человеку.
Эпоха искусственного интеллекта начинается только сейчас. Что же будет дальше? А дальше будет только лучше!
Глава 2.Исследование уровня информированности учащихся и педагогов о доступных цифровых сервисах на основе искусственного интеллекта
2.1. Анализ результатов опроса
Следующим этапом реализации нашего проекта стало проведение социологического опроса через анкетирование с использованием онлайн-сервиса Google Forms, направленного на своевременное обеспечение наглядной обратной связи. Цель исследования – определить уровень информированности и предпочтений в использовании цифровых сервисов на основе искусственного интеллекта педагогами и учениками нашей школы, и как они осознают влияние этой технологии на окружающую действительность. Данные по результатам исследования, проведенного нами, мы представили наглядно в диаграммах.
Не все респонденты могут похвастаться своими знаниями об искусственном интеллекте, поэтому используют доступные цифровые сервисы только 31% опрошенных. Наиболее информированы на этот счёт (25%) – молодые люди в возрасте от 14 до 18 лет. На распространение подобных технологий может оказывать влияние тот факт, что малая доля людей понимает смысл их существования, что искусственный интеллект лишь упрощает жизнь человека, повышает уровень наших возможностей. Исследования показали, что далеко не все верят в безграничные возможности искусственного интеллекта, способен ли компьютер к творчеству. Реакция общества неоднозначна: одних возможности нейросетей приводят в восторг, а других - заставляют усомниться в их пользе как специалистов. Это видно из результатов нашего опроса. Не все опрошенные смогли правильно определить, где написана картина (пейзаж, портрет) с помощью искусственного интеллекта, а где – человеком.
Таким образом, по результатам нашего исследования можно сделать следующие выводы: тема искусственного интеллекта всем участникам опроса не безразлична. Но не все участники анкетирования понимают, что алгоритмы искусственного интеллекта, подготовленные при помощи машинного обучения, смогут выполнять всю рутинную работу, а людям же останется творческая часть: составление стратегий. Это важный фактор, поскольку машина не может выйти за заданные ей рамки, а человеческий мозг способен мыслить нешаблонно.
Заключение
На первом этапе работы изучалась литература, интернет-ресурсы по теме исследования, определялись базовые понятия темы, их содержание, состояние разработанности темы в теории и практике. В теоретической части мы раскрыли основное понятие «искусственный интеллект» и его типы, рассмотрели классификацию и возможности цифровых сервисов на основе искусственного интеллекта.
Мы пришли к выводу, что уже сегодня цифровые сервисы на основе искусственного интеллекта становятся незаменимой вещью в жизни человека, а жизнь становится с ними значительно легче и интереснее. Индустрия искусственного интеллекта находится на пороге своего развития, и нет никаких сомнений в том, что в ближайшем будущем нас ожидают интересные новинки в данном сегменте и большие перемены на IT-рынке.
Цифровой прогресс неумолим, и ярким подтверждением этого факта служит наша подборка цифровых сервисов. В нашей работе нами проанализированы актуальные достоинства и недостатки цифровых сервисов на основе искусственного интеллекта.
Удивляют новые подвиги компьютерных программ, которые ставят медицинские диагнозы, рисуют не хуже Рембрандта, пишут музыку, генерируют текст, с помощью голосовых помощников помогают определить песню, спросить о погоде и т.д. Чтобы всё это выполнить самостоятельно, человек может потратить десятки минут и часов, машине же потребуется всего пару мгновений. Всё то, что вчера казалось фантастикой, сегодня становится реальностью, поэтому иметь базовые представления и знания об этой технологии полезно.
Таким образом, цель и задачи, ожидаемые результаты, поставленные нами, достигнуты, а выдвинутая нами гипотеза: возможность использования технологий искусственного интеллекта в различных доступных цифровых сервисах подтвердилась.
Список литературы
Описание книги одного автора
Введение в искусственный интеллект: монография / А.В. Остроух. –
Красноярск: Научно-инновационный центр, 2020. – 250 с.
Описание электронного источника
Академия искусственного интеллекта для школьников./ Знакомство с искусственным интеллектом/ https://ai-academy.ru/teachers/materials/welcome-to-ai/
Глоссарий. Быстрый старт в ИИ/ https://topuch.com/iskusstvennij-intellekt--injenerno-matematicheskaya-disciplina/index.html
Деловая жизнь сегодня/ https://b-mag.ru/17-idej-dlja-startap-proektov-v-oblasti-iskusstvennogo-intellekta-ii-s-ishodnym-kodom-na-github/
Кабинет информатики/ https://kabinfo.ucoz.ru/index/urok_cifry_2021_iskusstvennyj_intellekt/0-595
Касперский. Блок/ https://www.kaspersky.ru/blog/chat-gpt-changes-all/34787/
Технологии искусственного интеллекта: что умеют, где используются/https://gb.ru/blog/tekhnologii-iskusstvennogo-intellekta/
https://iite.unesco.org/wp-content/uploads/2020/12/Steven_Duggan_AI-in-Education_2020_RUS.pdf
Урок цифры https://xn--h1adlhdnlo2c.xn--p1ai/lessons/ai-in-startups/materials
Указ Президента РФ от 10 октября 2019 г. № 490 «О развитии искусственного интеллекта в Российской Федерации»)/ http://www.kremlin.ru/acts/bank/44731
Центр развития ИТ – Образования/ Быстрый старт в искусственный интеллект/ https://it-edu.com/member/meroprijatija/pk-dlya-uchiteley-informatiki/online-course/2/3/9/28/
Приложение 1
Анкета для опроса учащихся и педагогов
1.Сколько тебе лет?
10-14 лет
15-18 лет
19-35 лет
35 и старше
2.Я знаю, что такое искусственный интеллект
Да
Нет
3. Я пользуюсь голосовыми помощниками (Алиса, Сири, Маруся и др.)
Да
Нет
4.Пойдет ли человечеству на пользу создание искусственного интеллекта?
Да
Нет
5.Способен ли компьютер к творчеству:
Нет, не способен, это может только человек
Способен, но смотря о каких именно видах искусства мы говорим
Компьютер может самостоятельно обрабатывать графические изображения
6. Сможет ли человек отличить работы человека и искусственного интеллекта
К артины 1, 2, 3 – Ответ: искусственный интеллект
Картины 4,5 – Ответ: человек
7. Знакомы ли Вы с цифровыми сервисами на основе ИИ)? (для создания видео с аватаром, который произносит речь, создания реалистичных изображений и рисунков из описания на естественном языке, для обработки качества изображений и др.)
Да
Нет
Приложение 2
Рисунок 1. Вопрос № 1
Рисунок 2. Вопрос № 2
Рисунок 3. Вопрос № 3
Рисунок 4. Вопрос № 4
Рисунок 5. Вопрос № 5
Рисунок 6.1 Вопрос № 6 Рисунок 6.2 Вопрос № 6
Рисунок 6.3 Вопрос № 6 Рисунок 6.4 Вопрос № 6
Рисунок 6.5 Вопрос № 6
Рисунок 7. Вопрос № 7
Рисунок 8. Вопрос № 7