Phase d’expérimentation sur l’IA en langage Python

Un groupe d’élèves voulait effectuer des recherches en intelligence artificielle à partir de la programmation de jeux mathématiques. Ils se sont très rapidement intéressés à la notion de codes secrets à découvrir, en lien avec le thème de la première guerre mondiale , ce qui leur permet de travailler en mathématiques sur les notions de nombre, de gestion de données, de programmation, et en histoire. Après avoir découvert Scratch l’an passé, ils s’initient à des langages informatiques et à leurs syntaxes.

Ils ont été conseillés , comme tous les autres élèves, par leur mentor Vincent Barra, qui est chercheur et enseignant en programmation et robotique à l’ISIMA de Clermont-Ferrand.

« Vincent Barra travaille , entre autre, sur des robots qui imitent le comportement humain, notamment dans la façon de tenir une conversation ou de développer différentes stratégies de jeux.

robot Nina

Il travaille avec d’autres chercheurs en informatique, et avec des spécialistes d’autres disciplines, comme des psychologues. » Reprise des notes de Léïna 

Découvrir un programme en ouvrant son script, l’observer et en déduire certaines de ses données

Vincent leur a conseillé de programmer des jeux de nombres de type Nombre Mystère ou Mastermind.

Il leur a envoyé trois jeux de Nombre Mystère qui correspondent  à trois étapes d’enrichissement d’un programme en langage Python. Il a expliqué à la classe que pour concevoir un programme, il fallait :

  • l’imaginer en fonction des besoins recherchés
  • le scénariser
  • le schématiser sous forme d’organigramme par exemple
  • commencer par rédiger un programme simple que l’on enrichit au fur et à mesure.

Organigramme 

Les élèves  ont « ouvert » les programmes envoyés  avec le mode EDIT afin de regarder comment ils sont écrits . Certains les ont recopier sous forme de notes dans leurs carnets de chercheurs pour pouvoir les étudier chez eux .Louis.S

Puis ils ont été sur des sites spécialisés dans l’apprentissage du langage Python afin de comprendre différentes instructions .

Louis.A

 

 

 

 

Lucas                                 

Enfin, ils ont réécrit leur programme en tâchant de le rendre plus « immersif » à travers un texte s’adressant directement au joueur en lien avec le thème historique du projet : la première guerre mondiale.

Programme Python sur la 1ère guerre mondiale

Lucas et Mohamed

Ils ont pu se rendre compte qu’un programme ne s’exécute que si son texte est écrit avec la bonne syntaxe , que les espaces en font partie et que le langage Python indique le type d’erreur d’écriture.

Par ailleurs, le fait d’ajouter un texte qui s’adresse directement au joueur en le tutoyant peut lui donner l’impression qu’il dialogue avec une forme d’intelligence et l’immerge davantage dans le jeu en l’invitant personnellement à en devenir l’acteur principal.

B.Assogna

 

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Expérimentation en IA et robotique sociale avec Micro:bit

Certains élèves voulaient créer un robot communicant ayant un caractère animalier . Je leur ai proposé de créer des Tamagotchis d’animaux célèbres de la première guerre mondiale. Ils ont commencé par rechercher sur internet via le moteur de recherche Qwantjunior des histoires d’animaux en lien avec le projet . Ils ont retenu quatre anecdotes : Celle du chien noir « Strong » qui a plusieurs fois sauvé des vies de soldats dans le : « No man’s land » de Verdun, celle des éléphants de cirque et de zoos, réquisitionnés pour creuser et construire les tranchées, celle de pigeons voyageurs décorés pour faits de bravoure, c’est à dire, pour avoir rempli leurs missions de pigeons voyageurs, et la Colombe qui est le symbole de la paix. Ils ont réalisé des exposés sous forme d’affiches ateliers Beneyluschool . Ils les ont enrichis avec des images libres de droit du site Pixabay 

« LES  ANIMAUX DE LA PREMIERE GUERRE MONDIALE
Les pigeons servaient de messagers pour atteindre des endroits où les communications passaient mal : les sous-marins, les tanks, les avions… L’histoire de l’un d’entre eux est célèbre. Le pigeon « Cher Ami « avait été remis au 77e régiment d’infanterie américain par des Britanniques. Bloqué par une ligne ennemie, le 77e régiment s’est retrouvé sous le feu des troupes ennemies. Les deux premiers pigeons envoyés ont été tués par les soldats allemands. Un message a été accroché à la patte de Cher Ami qui s’est envolé sous une salve de balles allemandes. Touché à la patte, aux yeux, au poumon, l’animal a quand même apporté son message aux destinataires, 40 km plus loin.
Des animaux peuvent aider les soldats comme coussins, ou mascottes, ce sont des braves bêtes qui ont aidé des millions de soldats.
Des chiens ont poussé des charrettes pour leurs maîtres amputés ou des cochons ont servi de coussins.
Les chiens de la Croix-Rouge allaient chercher des blessés sur le champ de bataille. Quand ils ne pouvaient pas directement les ramener, ils rapportaient un morceau d’uniforme pour avertir qu’un soldat blessé avait besoin de soins. Ici, l’animal tire un véhicule miniature pour récolter des dons. » Léina

Puis ils ont recherché ce qu’est un Tamagotchi :  » Dans les années 90, une sorte d’animal virtuel connu sous le nom de Tamagotchi était populaire dans le monde entier.  » Alexia

Ils ont découvert le site d’une personne qui s’est amusée à recréer le Tamagotchi de son enfance, que l’on pouvait en inventer et en programmer grâce à Microbit et Scratch . cf : making-my-own-tamagotchi

 

Ils ont donc recherché ce qu’était Micro:bit , et ont renoté ceci du site officiel : « Micro:bit est une petite carte avec des circuits imprimés, préconçue pour aider les enfants à apprendre à programmer et à créer des choses à l’aide de la technologie. elle comporte plein de fonctionnalités… » Léina

   

J’ai investi dans du matériel #Micro:bit et les élèves l’utilisent pour programmer leurs tamagotchis .  Ils ont commencé à s’entraîner sur Scratch, puis sur l’excellente plateforme d’apprentissage  Groklearning à laquelle je nous ai inscrits. J’apprends à me servir de ce matériel en même temps qu’eux.

Expérimentation des élèves – Micro:bit

Enfin ils se sont lancés dans la scénarisation puis dans le programmation de leurs propres tamagotchis. L’étape suivante sera tout le travail de recherche en design autour des  représentations physiques de ces petits robots auxquelles les élèves ont déjà commencé à réfléchir en collectant ici et là du matériel (tissus, plumes, cartons colorés…).

En tant qu’enseignante, je constate que ce type de travail les rend plus autonomes et leur apprend que les disciplines n’existent pas indépendamment les unes des autres : tout est lié. Le fait que leurs apprentissages reposent sur l’élaboration d’un projet de leurs choix les motive également davantage. Par ailleurs, au niveau de l’EMC, je trouve très intéressant que les élèves réfléchissent sur ce thème à travers le tamagotchi de la colombe : Comment nourrit-on la paix ? Comment la fait-on prospérer ? Qu’est ce qui peut la réduire, la supprimer ?

B.Assogna

« 

Troisième question de recherche : Qu’est ce qu’un paradoxe temporel ?

Le travail de scénarisation du robot EV3 a apporté de nouvelles questions de recherches plus ouvertes :

« Peut-on voyager dans le temps ? »

« Si le robot tue par erreur le grand-père de son créateur pour se défendre , pourra-t-il exister ? Existera-t-il toujours ? Aura-t-il jamais existé ?  »

Afin d’aider les élèves à réfléchir sur ces sujets, François Jourde, professeur de philosophie du second degré et chargé de missions numériques, a accepté une nouvelle fois d’échanger avec eux via un Skype projeté par  le VPI de la classe sur le tableau blanc . Une fois encore, j’ai été très agréablement surprise par les capacités de raisonnements des enfants .

Voici des extraits de leurs notes de chercheurs concernant le concept de paradoxe temporel :

Le mot « paradoxe » vient de la contraction des mots grecs anciens : « Para » qui signifie « à côté » et « doxa » , « opinion ».

Par définition, le paradoxe est donc une opinion qui s’oppose à ce que pensent généralement la plupart des gens. A titre d’exemple, en regardant le journal  ou des reportages à la télévision, on peut avoir l’impression que le monde est plus violent qu’avant, mais paradoxalement, cela est faux . Le monde était beaucoup plus brutal il y a cinq siècles. On a des chiffres , dans des registres tenus à travers les siècles, concernant le nombre de morts violentes, qui le prouvent.

La Terre ne semble pas bouger , mais Galilée a prouvé qu’elle tourne. Pourtant cela lui a coûté cher. L’opinion peut être dangereuse, trompeuse. Le paradoxe vient nous réveiller et provoque le débat . La science nous plonge souvent au coeur de paradoxes.

En ce qui concerne le temps :

Le passé concerne ce qui n’existe plus. C’est le domaine des souvenirs. Le présent est ce qui est maintenant, et le futur est le domaine de ce qui existera peut-être. On pense au futur, mais on ne peut y être, ni le construire au moment présent puisqu’il n’existe pas encore. On ne peut pas  mélanger le passé, le présent et le futur car ils ne se passent pas au même moment. A l’instant où l’on parle, seul le présent est.

La meilleure preuve qu’on ne peut pas voyager dans le temps est le fait que l’on n’ait jamais rencontré de touriste du futur , comme nous l’a démontré l’expérience de Stephen Hawking. Ce scientifique qui a écrit Une brève histoire du temps avait organisé une fête pour des voyageurs du futur auxquels il avait donné rendez-vous par écrit. Or ils ne se sont pas présentés à sa porte le moment venu.

L’idée du voyage dans le temps est donc une expérience de la pensée, ainsi que les paradoxes temporels qui en découlent au gré des imaginations : « Si le robot qui voyage dans le temps tue son créateur, peut-il avoir été inventé ? Si on voyage dans le temps et que l’on tue notre grand-père, peut on avoir existé ? » . Tout ces raisonnements ne peuvent pas se passer dans la réalité . Ils sont, en quelques sortes, des jeux de l’esprit.

Enfin, le paradoxe temporel est très présent dans la littérature, les films , et les séries . Voir, pour les enfants,  les prédictions du devin Tyrésias  dans l’Odyssée d’Homère, le roman de J.K.Rowling Harry Potter et le prisonnier d’Azkaban , la série de livres  La Cabane magique de Mary Pope Osborn , la bande dessinée  Le Piège diabolique d’Edgard P.Jacobs, le dessin animé Mister Peabody et Sherman des Studios Dreamworks …. Ce sujet  semble nous avoir toujours fascinés et à tout âge.

Suite à cet échange avec François Jourde , certains élèves,   passionnés par le sujet, ont décidé de rédiger et de présenter numériquement leurs notes qui seront affichées lors du congrès des Savanturiers le 7 juin au C.R.I .

Phase d’expérimentation :la conception d’un robot narrateur EV3

Six élèves de CM2  ont décidé de programmer un EV3 dans le cadre de leurs recherches sur l’Intelligence artificielle   : Le robot témoin de la première guerre mondiale.

Extrait d’un carnet de chercheur

Les enfants novices en informatique se sont entraînés à réaliser des minis programmes sur Scratch.

Pour donner au robot des aspects pouvant passer pour des traits d’intelligence, les élèves ont décidé, en partant de leurs réflexions et des conseils de leur mentor scientifique Vincent Barra:

  • de lui construire un corps proche de celui des humains (une tête, un tronc, 2 bras et 2 jambes) afin qu’il nous ressemble (ce qui suggère qu’il pourrait également être doté d’un esprit),
  • de lui programmer un texte lu  pour qu’il semble doué de parole et de capacités sociales (qu’il paraisse aimer communiquer) , et relatant son vécu . Un être intelligent a une histoire qu’il garde en mémoire. La mémoire sert à se souvenir, à apprendre .
  • De théâtraliser avec l’expression d’émotions ce texte , scénario co-construit par les élèves, dans le but de donner l’impression que le robot est capable de ressentir des sentiments associés à des pensées, donc qu’il est capable de penser, qu’il est doué d’intelligence.

voici un extrait du texte avec des annotations d’émotions des élèves:

Le robot dit : » Bonjour, je m’appelle L.J.S.E.C 2.0 . J’ai été créé par le docteur Python, un grand philosophe. Docteur Python est décédé en 2230. Juste avant de mourir, il m’a donné une mission assez curieuse. Il voulait que j’aille enquêter sur la guerre de 14-18 afin d’en comprendre les raisons. Alors j’ai réparé sa vieille machine de téléportation, j’ai préparé ce dont j’aurais besoin : piles subatomiques, clés USB, câbles…., j’ai tout mis dans mon sac et j’ai sauté dans le portail temporel. Ca tournait très vite et ça faisait des bruits très bizarres, comme des sortes de bloup bloup ! J’ai atterri en plein sur un champs de bataille et je ne comprenais pas trop …« 

Consignes de lecture des élèves pour enregistrer le texte dans le programme du robot :

en rose : joie , enthousiasme

en bleu : tristesse

en orange : surprise, intérêt

Les élèves ont également prévu de programmer des mouvements au robot car nous avons vu en classe que nous parlons et que nous communiquons également avec le corps.

Ils veulent donc qu’il tende un bras pour « serrer la main » et qu’il puisse bouger au rythme des paroles du texte.

Ce travail a amené d’autres questions de recherches pour les élèves :

« Peut-on voyager dans le temps ? »

« Si le robot tue par erreur le grand-père de son créateur pour se défendre , pourra-t-il exister ? Existera-t-il toujours ? Aura-t-il jamais existé ?  »

Autant de questions philosophiques pour François Jourde . Fort heureusement, celui-ci a accepté très gentiment d’échanger à nouveau avec les élèves autour de ce sujet : le paradoxe temporel .

Protocole de recherche

Vincent barra, mentor de ce groupe classe depuis l’an passé, est intervenu sur Skype deux fois  afin d’apporter son expertise et ses conseils en tant que chercheur en robotique .

Lucas et d’autres de ses camarades lui ont lu leurs scénarios fictifs d’histoires de robots agissant pendant la première guerre mondiale.

Les élèves ont pris des notes tout au long de l’entretien dans leurs carnets de chercheurs , sous forme de textes, de sketchnotes ou de fiches liées à la carte de navigation des Savanturiers :

sav sketchnote 1                  sav-notes-ls.jpg

La première remarque de Vincent a été qu’il fallait d’abord imaginer un scénario assez simple que l’on pourrait enrichir ensuite lors de la phase de programmation.  Puis ,réaliser un schéma organisationnel pour permettre un travail de pré-programmation qui faciliterait le passage à l’ordinateur en dernière étape.

sav schéma organisationnel

Ensuite, Vincent , répondant aux envies d’élèves voulant programmer des jeux, leur a parlé de jeux en langage Python type Master Mind, Nombre Mystère ou Pendu .

Chacun restant sur son envie , il a été décidé que la classe sera scindée en trois groupes de programmeurs travaillant tous sur la recherche en IA à travers des prototypes de robots différents:

  • Le groupe  » robot narrateur » utilise un EV3 Lego MindStorm . Le robot est ici témoin d’évènements de 14-18 qu’il transmet à un public en manifestant de l’émotion à travers un dialogue. Ce groupe est donc focalisé sur une recherche autour des schémas narratifs et psychologiques en IA .
  • Le groupe « Tamagotchi » focalisé sur les mêmes recherches, se sert de Scratch et de Microbit pour concevoir des « tamagotchis d’animaux ayant existé pendant la première guerre mondiale.
  • Le groupe « jeu de codes » utilise du langage python pour élaborer des codes secrets de robot espion . La recherche se base ici à la fois sur les scénarios et les calculs que l’on fait réaliser par des programmes.

Chacun continue donc à effectuer des recherches en fonction de ses envies, de ses affinités, et de son niveau d’avancée en technologie numérique.

sav gp lego 1                                          sav gp tamago 1

sav gp pyt 1

sav gp pyt 2

Question de recherche 2 : choix du sujet de conception high tech

Les élèves ont réuni toutes leurs envies de fabrication de robots « intelligents » lors d’un brainstorming en classe : chacun a écrit ce qu’il souhaitait concevoir sur un post it que j’ai ensuite placé au tableau selon le genre auquel il  s’apparentait .

Très vite, nous nous sommes retrouvés avec beaucoup de robots narrateurs , joueurs, et quelques robots aidants. Nous avons écarté assez rapidement, ceux qui n’étaient pas concevables, comme des robots aidant les personnes agées faute de moyen, les robots proposant trop d’options diverses, etc. Comme j’enseigne l’histoire et la technologie à ce groupe classe , les scénarios proposés ont majoritairement tourné autour de robots narrateurs ou espions pendant des guerres . Le contexte historique de 14-18 a été retenu, compte tenu du centenaire de la première guerre mondiale que les élèves étaient en train d’étudier. Le rôle du robot sera donc de transmettre des faits historiques aux personnes qui interagiront avec lui.

Ayant compris que les robots dits « intelligents » imitent de façon fine les humains (au niveau des émotions, des réactions par exemple) , ils ont écrit en rédaction des scénarios racontant chacun l’histoire d’un robot fictif . Voici un scénario proposé par Lucas : « Je suis un robot espion. J’ai été créé dans le futur et envoyé dans le passé  pour espionner les allemands durant la première guerre mondiale. J’ai un capteur infrarouge, une vision nocturne et un très bon système de défense. Je dois observer les armes et les cachettes des allemands dans les tranchées.  J’ai un pigeon domestique et je lui donne mon rapport pour qu’il l’amène aux français chaque soir. Il y a un code dans mon rapport comme par exemple : « la pomme est verte » = « vous pouvez récupérer des armes dans cette tranchée abandonnée ». « le citron est rouge = il n y a pas d’armes à récupérer dans cette tranchée. »

sav robot 1ere guerre mondiale

Lucas s’exprime avec du vocabulaire historique et technologique. Très vite ce projet  de recherche est devenu pluridisciplinaire, mêlant des notions d’éducation civique et morale, d’histoire, de français et de technologie. Pour imiter correctement l’humain, une IA a forcément une histoire liée a un ensemble de compétences. C’est donc un support d’apprentissage intéressant pour la classe .

B.Assogna

Question de recherche 1 : Qu’est ce que l’intelligence artificielle ?

Lors d’un skype avec François Jourde, professeur de philosophie et chargé de missions, les élèves ont pu approfondir leurs réflexions sur  l’intelligence artificielle, l’intelligence tout court et le concept de la pensée avant de se lancer dans leurs modélisations en robotique. Voici des extraits de leurs réflexions écrits dans leurs carnets de chercheurs et dans des affiches Beneyluschool en vue du congrès Savanturier.

« Pour répondre à une question, un philosophe (mais également un ingénieur) utilise le    « jeu du frein » . Ca consiste à ne pas répondre immédiatement à une question, mais à la séparer en plusieurs parties et à  y répondre petit à petit.

François Jourde nous a expliqué qui était Aristote.  Aristote était un grand philosophe de l’Antiquité  » Orlane

« Artificiel signifie : qui n’est pas fait par la nature, mais par le savoir-faire de l’homme. Aristote a dit que si tous les gestes répétitifs étaient faits par des machines, on n’aurait pas besoin de les donner à faire à des esclaves. Donc on peut faire faire aux robots des choses qui ne nous intéressent pas ». Mohamed

« Ce qui est artificiel est de l’imitation du réel . » Léonie

« Quand on parle d’intelligence artificielle, il y a tromperie car elle n’est pas faite de pensées mais d’un ensemble de calculs pensés par des humains. » Alexia

« Une intelligence artificielle se nourrit de données. »Neyla

« les intelligences artificielles sont classées sur une échelle . Les plus perfectionnées sont dites « hautes » .  » Servane

« Il faut se méfier de l’intelligence artificielle mal faite ou inventée par une personne méchante. Par exemple, Si on entraîne une intelligence artificielle à reconnaître des visages, il faut la coder et « l’entraîner » en rentrant dans sa base de donnée énormément de visages. Si elle doit reconnaître des visages avec des émotions, il faut rentrer encore davantage de données, si l’inventeur de ce programme est raciste, il peut rentrer des données qui vont pénaliser certains types de visages. Alors cette intelligence artificielle devient un outil mauvais pour les humains. » Servane

« L’intelligence artificielle reste un peu bête derrière l’intelligence humaine car chaque programme a été conçu par une personne. On peut aussi se demander s’il est utile que les robots fassent tout à notre place. Si c’était le cas, on s’ennuierait et on aurait moins de plaisir à vivre  » Orlane

« Une intelligence artificielle peut aussi produire de l’art, de la musique. » Nathan

« Les machines aussi peuvent produire de belles choses  si on les a programmées pour produire ces choses. » Neyla

sav intelligence artificielle