Tehnoloogiainstituudi robootikaõppest eile, täna ja homme

Sandra Schumann, tehnoloogiainstituudi robootika spetsialist

2020. aasta kevad on toonud kaasa pretsedenditu aja e-õppe arengu ja kasutusulatuse osas ning Tartu Ülikooli robootikaõpe ei ole erandlik. Kui märtsikuus selgus, et kogu tegevuse peab kiiresti täielikult kaugõppevormi ümber kolima, korraldasid bakalaureuse- ja magistriainete õppejõud oma senised plaanid kiiresti ümber ja jätkasid tööd tudengitega koduseinte vahelt. Kuigi robootikaõpe põhineb suuresti praktilisel tööl, siis nii mõnelegi õppejõule ei valmistanud kaugõppevormile üleminek erilisi raskusi. Robootikas on e-õppe vahendeid aktiivselt kasutatud juba pikalt.

MOOCide tegemine on andnud hea kogemuse

2017. aastal avati prof Alvo Aabloo töörühma juhendamisel laiemale avalikkusele e-kursus “Robootikast puust ja punaseks”. Sarnaselt teiste MOOCidega oli see mõeldud erineva taustaga inimestele interneti teel õppimiseks, kus iganes nad ka ei viibinud. Erinevalt aga traditsioonilisest lähenemisest otsustasid autorid, et kursus peab siiski sisaldama praktilist komponenti. Selleks tegutseti koostöös kahe veebipoega, kust oli võimalik tellida kursusel osalemiseks vajalikku riistvara. Lisaks vajalike robootikakomplektide soetamisele oli võimalik komponente kursusel osalemiseks ka rentida. Tänase päeva seisuga on materjalid robootikaga tutvuse tegemiseks MOOCi veebilehel https://sisu.ut.ee/robot endiselt väljas ja riistvarakomplekte soetada on endiselt võimalik, kuid komplektide rentimise võimalus oli osalejatel vaid kindlatel ajaperioodidel, mil kursust aktiivselt läbi viidi.

Pilt 1. E-kursuse “Robootikast puust ja punaseks” esileht

Ka tihedalt seotud ala – elektroonika – õpetamisel distantsilt on robootikutel kogemusi alates 2017. aastast tänu MOOCi loomise ja juhendamisele. Sarnaselt robootikale on ka elektroonikat võimalik õpetada teatud ulatuses vaid teoreetiliselt, kuid praktiline komponent pakub võimaluse saavutada oluliselt kõrgema taseme õpiväljundeid. Seetõttu kasutati ka elektroonika e-kursuses strateegiat, kus kursusel osalejatele jagati nimekiri elektroonikakomponentidest ja pakuti võimalus vastavad komponendid tellida kursuse organiseerijate abiga. Sarnaselt robootikakursusele on ka “Elektroonikast puust ja punaseks” materjalid endiselt kõigile soovijatele kursuse veebilehel https://sisu.ut.ee/elektroonika leitavad ja praktiliste tööde sooritamiseks vajalike komponentide nimekiri avalikult kättesaadav.

Suuremad muudatused on tulnud teha praktikumides

Kõik MOOCide korraldamisel saadud kogemused kuluvad hetkel robootikutele marjaks ära. “Robootikast puust ja punaseks” üks loojatest, praegu visuaalprogrammeerimise aine õppejõud Veiko Vunder märgib:

“Kui uudis õppetöö virtuaalsesse vormi viimise kohta tuli, siis kolisime kohe operatiivselt üle e-õppele. Üleminek oli lihtne, sest aine tugines juba eelnevalt suuresti e-vahenditele ja on käesoleval aastal saanud märkimisväärse uuenduskuuri. Moodle’i keskkonda kasutasime juba varem ja ka aine sooritamiseks vajalik tarkvara on tänaseks kõigil tudengitel kodus kättesaadav. Suuremad muudatused on tulnud teha praktikumides, mis nüüd enam ei sõltu konkreetsest riistvarast. Selle asemel näitame virtuaalsetes loengutes võimalusi õpitu rakendamiseks riistvara peal.”

Optimistlik Veiko arvab, et mõningad praegu paika pandud suhtlusvõimalused tudengite ja õppejõudude vahel võiksid õppetööd toetama jääda ka järgmistel aastatel.

Nutilahenduste aine vastutav õppejõud ning arvutitehnika ja robootika õppekavade programmijuht Heiki Kasemägi on vähem entusiastlik.

“Nutilahenduste aine on praktiline kursus. Riistvara põhjustab praegusel hetkel suuri raskusi.”

Heiki selgitab, et praeguse korralduse kohaselt on nutilahenduste aines kokku pandud 13 praktikumikomplekti, mida tudengid koju laenutavad. Riistvarakomplekti tagastamisel desinfitseeritakse see hoolega enne järgmise tudengi käsutusse andmist. “Riistvara väljalaenutamisel on aga omad piirid, näiteks mõne aine tarvis vaja minevaid mikroskoope tudengid endale koju ei tassi. Probleeme on ka loenguvideote hoidmiseks sobiva keskkonna olemasoluga,” märgib programmijuht, tuues välja ülikoolis kasutatavate Panopto, UTTV, Moodle ja ka Youtube keskkondades videosalvestuste tudengitele jagamise plusse ja miinuseid.

Magistritaseme robotitehnoloogia ainet juhendav Karl Kruusamäe jagab aga mõtteid, kuidas ära kasutada tudengitel kodus juba olemasolevat riistvara.

“Praktikumid said moondatud kodutöödeks. Mõnes kohas pidi riistvara kasutamisest loobuma, teistes kohtades sai aga mõelda, kuidas kasutada kodus olemasolevat. Näiteks Androidi nutitelefoni inertsiaalandurist sai teha ROSi sensori.”

Nutikaid lahendusi eriolukorra tingimustes riistvarapõhiste ülesannetega toimetulemiseks leidub veelgi. Edasijõudnute aines “Robootika II”, mida juhendavad Janno Jõgeva ja käesoleva artikli autor, kasutatakse mitut erinevat riistvaraplatvormi. Ühe platvormi puhul on tudengitele võimaldatud roboti semestri lõpuni koju laenutamine, mida toetab osalejate väike arv. Ülejäänud platvorme on aga igale tudengile personaalsesse kasutusse andmiseks liiga vähe. Nende kasutamiseks on robotid juhendajate enda valduses, tudengid saavad aga robotile kaugteel ligi. Mõne ülesande jaoks on võimalik füüsiliselt juhendaja käes, kuid interneti vahendusel tudengi kontrolli all oleva roboti tegutsemist jälgida videosilla vahendusel.

“Selline ülesehitus avab võimaluse tutvuda telerobootika baasküsimustega: kuidas töötada andmetega, mis on tavapärasest suurema ning varieeruva viitega; mida peaks robot tegema, kui katkeb ühendus operaatoriga, ning kui suur on käigus oleva operatsiooni puhul risk, et robot vajab välist abi,” kirjeldab Janno Jõgeva.

Mõningate ülesannete eesmärgiks aga ongi roboti sensorite abil tundmatu ala kaardistamine või sellel navigeerimine. “Sellisel juhul pakub teadmatus, kus robot täpselt asub, sobiva väljakutse ning tudengid õpivad paremini hindama eri sensoritelt tulevat infot ja mida sellega tegelikult korda saata annab.”

Mis saab pärast eriolukorra lõppu?

Robootika distantsõppe osas on tehnoloogiainstituudi robootikutel suured plaanid tegelikult juba mõnda aega. Kavas on luua maailma oluliseima robootika arendusplatvormi ROS teemaline MOOC. Kursuse väljaarendamise ühe osana on plaanis luua klassiruum hulga Robotontidega. Robotont on Tartu Ülikooli koostöös välja arendatud avatud robotiplatvorm, mis on sobiv nimelt robootika-alaseks õppeks ja teadustööks. Uue MOOCi käigus saaksid kursusel osalejad võimaluse distantsilt kontrollida klassiruumis olevat Robotondi robotit ja veebikaamera vahendusel jälgida, mida robot kaugelt saadetud käskudele vastuseks teeb.

Pilt 2. Avatud robotiplatvorm Robotont

Lisaks robootika arendusplatvormi ROS-teemalise MOOCi arendusele toimub aktiivne õppematerjalide arendus Euroopa Innovatsiooni- ja Tehnoloogiainstituudi tootmisinnovatsiooni juhtimise kogukonna EIT Manufacturing projektide raames. Koostöös juhtivate Euroopa tehnoloogiaülikoolide ja ettevõtetega valmivad robootika õppematerjalid, mis integreerivad praktilisi ja teoreetilisi robootikaalaseid oskuseid.

“Robootika ja tootmistehnoloogiate probleem on alati olnud see, et õpitakse roboti kõrval seistes ja praktikas läbi proovides,” räägib Karl Kruusamäe, kes on üks projektide vedajatest. “Üritame seda lahendada nii digikaksikute ja simulatsioonidega kui ka nii, et kusagil on füüsiline taristu, mille peal saab käia testimas või mida saab koju tellida, nagu tehtud elektroonika ja robootika MOOCides.”

Hetkel EIT Manufacturing kogukonna projektide raames loodavate õppematerjalide struktuuri plaanitakse selliselt, et materjalidest oleks kasu võimalikult paljudele õppuritele. Uute õppematerjalide vähim üksus on niinimetatud õpiamps, mis pakub teadmisi ühe kitsa teema ulatuses. Õpiampse on eri tüüpi: mõned on peamiselt mõeldud uue taustainfo edastamiseks, teised aga pakuvad praktilisi harjutusi õpitu kinnistamiseks. Ampsudest moodustuvad õpirajad, mida järgides õppurid järk-järgult oskusi omandavad. Oluline on see, et õpiradasid on võimalik kujundada individuaalselt nii vastavalt materjalide läbija varasemale taustale, õppeprotsessi lõppeesmärkidele kui ka vastavalt sellele, mis stiilis materjalidega vastav õppur kõige efektiivsemalt teadmisi omandab. Selline struktuur pakub võimaluse kujundada kogemust vastavalt vajadustele võimalikult lihtsalt, kasutades valmivaid õpiampse paindlikult.

Õpiampsud, füüsiliste robotite peal korraldatav MOOC ja ka eriolukorras kiiresti valmivad uued lahendused pakuvad ülevaadet TÜ tehnoloogiainstituudi robootikute arendatavatest uutest e-õppe materjalidest. Kui kõik läheb hästi, siis on juba varsti võimalik näha, kuidas ka riistvarapõhiseid teadmisi on võimalik omandada distantsõppemeetoditega. Püsib lootus, et nii on võimalik veelgi suuremale publikule robootika imeline maailm aina enam kättesaadavaks teha.