حقائق رئيسية
- ثلاثة مراهقين في الخامسة عشرة من العمر من سانتا كلارا، كاليفورنيا، بنوا نظارات ذكية بالذكاء الاصطناعي بتكلفة أقل من 100 دولار
- يقوم النموذج الأولي بتحويل النص إلى كلام في الوقت الفعلي مع دقة تتجاوز 90٪ ومتوسط وقت تحميل يبلغ 13 ثانية
- تستخدم الجهاز لوح حاسوب راسبيري باي، وكاميرا، وبطارية، ومكبرات صوت لالتقاط النص ومعالجته
- فاز الفريق بجائزة بقيمة 10,000 دولار في تحدي المبتكرين الصغار التابع لشركة ثيرمو فيشر ساينتيفيك
- تم تدريب النظارات باستخدام 800 صورة من كتب مدرسية تم جمعها في ظروف إضاءة ثلاثية
ملخص سريع
طور ثلاثة مراهقين من كاليفورنيا نظارات ذكية بالذكاء الاصطناعي تحول النص إلى كلام لطلاب ضعاف البصر. تبلغ تكلفة الجهاز أقل من 100 دولار.
قضى أخيل ناغوري، وإيفان سون، ولوكاس شنغون ين خمسة أشهر في إنشاء النموذج الأولي. تستخدم النظارات لوح حاسوب راسبيري باي، وكاميرا، وبطارية، ومكبرات صوت لالتقاط الصور واستخراج النص وتشغيل الصوت عبر مكبرات الصوت المدمجة.
دخل الطلاب مشروعهم في تحدي المبتكرين الصغار التابع لشركة ثيرمو فيشر ساينتيفيك وفازوا بجائزة بقيمة 10,000 دولار. يختار المسابقة فقط 300 مرشح نهائي وطني من بين حوالي 2,000 متقدم.
ت להשיג النظارات دقة تتجاوز 90٪ مع متوسط وقت تحميل يبلغ 13 ثانية. قام الفريق بتدريب برنامجهم باستخدام 800 صورة من كتب مدرسية تم جمعها في ظروف إضاءة ثلاثية.
حصل ناغوري أيضاً على جائزة القيادة من ثيرمو فيشر ساينتيفيك، بينما فاز سون بجائزة الاختراع من مؤسسة ليميلسون. تلقى الطلاب منحاً بقيمة 5,000 دولار لتوسيع نطاق الإنتاج وينون توزيع النظارات في جميع أنحاء كاليفورنيا.
الابتكار وراء النظارات
قام ثلاثة مراهقين في الخامسة عشرة من العمر من سانتا كلارا بإنشاء نظارات ذكية تحول النص إلى كلام تعمل بالذكاء الاصطناعي. تساعد التكنولوجيا القابلة للارتداء الطلاب ضعاف البصر على الوصول إلى مواد القراءة من أي صيغة.
تطلب النموذج الأولي خمسة أشهر من التطوير و أقل من 100 دولار للبناء. شرح أخيل ناغوري الدافع وراء المشروع: "كان هدفنا الرئيسي هو إنشاء طريقة سهلة ومتكلفة بكفاءة لتحويل النص من أي صيغة لطلاب ضعاف البصر".
تعمل النظارات التقاط صور للنص، واستخراج المحتوى، وتحويله إلى صوت يتم تشغيله عبر مكبرات صوت صغيرة مدمجة في الإطارات. يستخدم الجهاز لوح حاسوب راسبيري باي، وكاميرا، وبطارية، ومكبرات صوت. كما يتضمن مفتاح تشغيل وإيقاف صغير.
تظهر مقاييس الأداء أن النموذج الأولي يحقق دقة تتجاوز 90٪ عند تحويل النص إلى كلام. أشار لوكس شنغون ين إلى أهمية السرعة: "أحد أهم الجوانب في مشروعنا هو وقت التحميل. وكان متوسطه حوالي 13 ثانية".
جاء الإلهام من تجربة شخصية. سافر ناغوري إلى الهند لزيارة عائلته، بما في ذلك عمه الأكبر الذي يعاني من ضعف البصر ويعمل ككاشير. لاحظ: "لديه جميع هذه الصناديق مليئة برواسب بريل. عليه المرور بها سطرًا سطرًا. عندما رأيت ذلك، قلت، 'يجب أن يكون هناك طريقة أسهل لا تكون مملة إلى هذا الحد'".
عملية التطوير التقني
واجه الطلاب ثلاثة تحديات رئيسية أثناء التطوير: تصميم الأجهزة، وبرمجة البرامج، وجمع البيانات من خلال الاختبار.
تصميم الأجهزة
قاد إيفان سون تصميم الأجهزة باستخدام برنامج التصميم المحوسب Fusion 360 وطابعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء إطارات مخصصة. بحث الفريق عن أبعاد النظارات المتوسطة لطلاب المدارس الإعدادية والثانوية لضمان الملاءمة المناسبة. شرح سون: "بما أننا نحاول وضع جميع المكونات على النظارات، اضطررنا إلى تصميم المناطق المخصصة لجميع هذه المكونات".
كانت عمر البطارية اعتبارًا حاسمًا. ذكر سون: "نريد أن يستخدم الطلاب هذا تقريبًا طوال يوم المدرسة. كنا قلقين حقًا بشأن عمر البطارية، خاصة وأننا نستخدم بطارية صغيرة كهذه".
تدريب البرامج
قام ناغوري بتدريب شبكة عصبية متكررة التلافيف (CRNN) مخصصة باستخدام مجموعة بيانات مكونة من 800 صورة. جاءت بيانات التدريب من الكتب المدرسية والمواد التعليمية الأخرى، مع صور ملونة وأنماط خطوط متنوعة.
جمع الفريق الصور بأنفسهم في ظروف إضاءة ثلاثية: إضاءة الفصل، وإضاءة منخفضة، وإضاءة خارجية لضمان عمل النموذج في بيئات مختلفة.
الاختبار والتحسين
أجرى الطلاب اختبارات مكثفة لتحسين الدقة. وصف سون العملية: "بعد اكتمال جميع أجهزتنا وبرامجنا، اختبرنا جزء البرامج الخاص بنا. كنا ندخل صورًا رأيناها على الإنترنت أو التقطناها بأنفسنا إلى نموذج البرامج الخاص بنا. ثم يستخرج النص ويعطينا ملف MP3، يمكننا استخدامه لتحسين دقتنا".
نجاح المنافسة والتحديات
يمثل تحدي المبتكرين الصغار التابع لشركة ثيرمو فيشر ساينتيفيك واحدة من أفضل مسابقات أبحاث العلوم والتكنولوجيا والهند Engineering للطلاب. عملية الاختيار شديدة التنافسية: يجب أن يتنافس طلاب المدارس الإعدادية أولاً في معارض العلوم أو الهندسة المحلية، حيث يختار الحكام أفضل 10٪ من المشاريع. يتقدم حوالي 2,000 فائز بالمسابقة الوطنية، ولكن يتم اختيار 300 فقط. من بينهم، يختار الحكام 30 مرشحًا نهائيًا يقدمون أبحاثهم في واشنطن العاصمة.
واجه الفريق عقبات كبيرة خلال رحلته. اعترف ناغوري: "لقد قضينا الكثير من الليالي الساهرة". كان التحدي الأكثر دراماتيكية حدث قبل ساعات من عرضهم عندما عانت النظارات من فشل خطير.
وصف ين الأزمة: "في الرحلة، انفصل بعض لحامنا عن راسبيري باي. بدون اللحام، لم يعمل شيء، ولم تبدأ النظارات. كنا جميعًا في حالة ذعر".
اضطر الفريق لتصحيح الجهاز بسرعة. تابع ين: "في الليلة التي سبقت عرضنا، رأى والدي أقرب متجر ميكانيكي وحصل على مكواة لحام. وضعنا الثلاثة كمامات، وانحنينا، وأصلحناها".
على الرغم من عدم تلقي ترشيح أولي، إلا أن الحكام من المستوى الولاية حضروا منافستهم وأRecognize قيمة المشروع. انعكس سون على التجربة: "أعتقد أننا تعلمنا حقًا أنه حتى لو لم نحصل على ما نريد في المرة الأولى، طالما نعمل بجد ونبقى ملتزمين، يمكننا العودة والتحسن".
بالإضافة إلى الجائزة البالغة 10,000 دولار لمشروع النظارات، كسب ناغوري جائزة القيادة من ثيرمو فيشر ساينتيفيك، وتلقى سون 10,000 دولار لجائزة الاختراع من مؤسسة ليميلسون.
الخطط المستقبلية وتوسيع النطاق
لا يزال البحث في مرحلة النموذج الأولي، لكن لدى الطلاب خطط طموحة للتوسع. تلقوا منحًا بقيمة 5,000 دولار لتوسيع نطاق نظاراتهم ووصولهم إلى المزيد من مجتمعهم.
حدد ناغوري أهدافهم المباشرة: "نحن نعمل حاليًا على تنفيذ الكثير من نظاراتنا في جميع أنحاء كاليفورنيا".
يعد الفريق نفسه بالفعل للإنتاج واسع النطاق. لاحظ ناغوري أنهم لديهم "طابعة ثلاثية الأبعاد كبيرة في مرآبي الآن مع 30 راسبيري باي، 30 كاميرا، 30 بطارية".
يوضح المشروع كيف يمكن تطوير التكنولوجيا المبتكرة بتكلفة منخفضة، على عكس شركات وادي السيليكون التي تجمع مليارات الدولارات لتطوير منتجات ذكاء اصطناعي قابلة للارتداء. بينما تستثمر شركات التكنولوجيا الكبرى موارد ضخمة، هؤلاء المراهقون أظهروا أن الابتكار لا يتطلب ميزانيات ضخمة.
