Elevii de la Quantum Bits dezvoltă o dronă care să ajute salvamarii și o aplicație pentru arheologi

Pentru Quantum Bits, un proiect începe cu o întrebare, continuă cu discuții cu specialiști și ajunge, uneori, la un prototip care trebuie refăcut. Echipa, coordonată de mentorul Mihai Popescu, s-a format în 2019 și participă la competiția FIRST LEGO League Challenge. Componența se schimbă pe măsură ce elevii depășesc limita de vârstă, iar în formula prezentată în interviul pentru start-up.ro sunt opt membri, cu vârste între 11 și 15 ani.

„Ne-a unit pasiunea pentru robotică. Suntem curioși, ne place să învățăm lucruri noi și să devenim din ce în ce mai buni în ceea ce facem. Pentru că în competiție există o limită de vârstă, echipa se schimbă în timp, dar pasiunea rămâne aceeași”, au spus membrii Quantum Bits.

Competiția le cere să lucreze în două direcții. Pe de o parte, construiesc și programează un robot LEGO care trebuie să îndeplinească autonom cât mai multe misiuni în două minute și jumătate. Pe de altă parte, dezvoltă un proiect de inovare pornind de la o problemă reală, legată de tema sezonului. Responsabilitățile nu îi separă în două grupuri: toți elevii lucrează la ambele componente.

„La proiectul de inovare alegem o problemă reală legată de tema sezonului, căutăm o soluție nouă, o discutăm cu specialiști și o prezentăm în fața juriului. La ambele părți lucrăm toți membrii echipei, împreună”, a explicat Mihai Popescu, mentor și coordonator echipa de robotică Quantum Bits.

Ideea Stratum a pornit de la o vizită pe situl arheologic de la Măriuța. Elevii au observat cât de mult contează păstrarea informațiilor despre fiecare descoperire și cât de dificil poate fi să urmărești datele atunci când sunt răspândite între documente pe hârtie, dispozitive de stocare și aplicații diferite.

„Am vizitat situl de la Măriuța și am văzut cât de atent trebuie să lucreze arheologii: fiecare strat, obiect și notiță contează, iar dacă pierzi o informație, o parte din istorie poate dispărea. Datele sunt notate pe hârtie, pe stickuri USB sau în aplicații diferite. Atunci am înțeles că e nevoie de o soluție digitală în care totul să fie într-un singur loc, în siguranță. Așa a luat naștere proiectul Stratum”, au spus elevii.

Echipa Quantum Bits alături de coordonatorul Mihai Popescu (dreapta).

Aplicația permite crearea unui sit arheologic și adăugarea membrilor echipei care lucrează acolo. Informațiile despre descoperiri sunt reunite într-o evidență comună, iar accesul la internet nu trebuie să fie permanent: datele pot fi salvate pe telefon și sincronizate ulterior.

„Fiecare artefact primește o „identitate digitală”: poze, fișiere, cod QR, notițe scrise sau vocale, toate legate între ele. Una dintre problemele cu care se confruntă arheologii este aceea că nu au acces constant la internet, astfel, aplicația salvează datele în telefon și se sincronizează automat când revine conexiunea.”

Discuțiile cu specialiștii au influențat direct funcționalitățile dezvoltate. Elevii au spus că au introdus instrumente cerute de arheologi și au prezentat aplicația atât în fața unor reprezentanți ai domeniului, cât și la Ministerul Culturii.

„Am discutat cu arheologi și cu instituții din domeniu și am ținut cont de sfaturile lor. Unele dintre sugestii au fost implementate în Stratum, precum: modulul Harris Matrix, posibilitatea de a lucra offline și o busolă digitală.”

Dintre proiectele realizate până acum, Stratum este cel pe care echipa îl vede cel mai aproape de o utilizare practică. Argumentul elevilor și al lui Mihai Popescu este legătura dintre modul în care a fost construită aplicația și cerințele celor care ar urma să lucreze cu ea.

În discuția cu András Demeter a fost menționată și posibilitatea integrării în proiectul național e-Patrimoniu, fără ca aceasta să reprezinte o implementare confirmată.

„Am construit Stratum după sfaturile lor. Ministrul Culturii, dl. Andras Demeter, a văzut potențialul ei și a spus că ar putea fi integrată în proiectul național e-Patrimoniu.”

AIDRONe: o dronă care ar putea ajuta salvamarii să găsească mai repede oamenii în pericol

Un alt proiect al echipei, AIDRONe, a pornit de la tema sezonului „Submerged”, dedicată mărilor și oceanelor. Înainte să aleagă o direcție, elevii au căutat informații și au discutat cu profesori, părinți și colegi. Pe lista inițială s-au aflat inclusiv plase de pescuit inteligente și bariere împotriva inundațiilor.

„Fiecare a venit cu idei: plase de pescuit inteligente, bariere împotriva inundațiilor, sisteme care avertizează din timp. Am discutat mult și am votat să lucrăm la siguranța oamenilor în apă”, a spus Mihai Popescu.

Soluția gândită de Quantum Bits presupune supravegherea apei cu ajutorul unei drone și analiza imaginilor prin inteligență artificială. Dacă sistemul identifică o persoană care pare să aibă nevoie de ajutor, ar trebui să transmită poziția acesteia unui salvamar și să rămână deasupra ei pentru a ușura localizarea.

„AIDRONe este o dronă care zboară autonom deasupra apei, lângă plajă. Un program de inteligență artificială analizează imaginile de la cameră și identifică oamenii din apă. Dacă cineva pare că se îneacă, programul trimite un mesaj pe telefonul celui mai apropiat salvamar, cu locul unde se află persoana. Drona rămâne deasupra persoanei, ca să fie găsită repede.”

Pentru primul prototip, echipa a folosit o dronă DJI Tello, programată în Python. Ulterior, pentru o competiție din Grecia, elevii au pregătit o dronă mai mare, echipată cu un Raspberry Pi și un AI HAT, pentru a procesa imaginile direct la bord. Modelul de inteligență artificială a fost antrenat cu aproximativ 9.000 de imagini.

„Am antrenat modelul YOLO cu aproximativ 9.000 de poze cu oameni care înoată și oameni care au probleme. Așa a învățat modelul să facă diferența dintre ei.”

Prototip funcțional, dar netestat pe o plajă reală

AIDRONe rămâne un proiect educațional, iar elevii și mentorul acestora precizează că mai sunt pași de parcurs până la o eventuală utilizare pe litoral.

„Avem un prototip care funcționează: drona zboară singură pe un traseu stabilit și se oprește deasupra unei persoane aflate în pericol. Dar nu a fost testat pe o plajă în condiții reale.”

Identificarea persoanelor a fost și cea mai dificilă problemă tehnică. Prima variantă a programului nu oferea rezultatele dorite, astfel că echipa a schimbat modelul și a reluat antrenarea. În timp, detecția s-a îmbunătățit, dar echipa nu a măsurat încă precizia sistemului și nu l-au testat în condiții de valuri sau vânt.

„La început am folosit YOLOv5 împreună cu un CNN, dar nu detecta bine oamenii în pericol. Apoi am antrenat un model YOLO nou, întâi v11, apoi l-am actualizat la v12. Detecția s-a îmbunătățit. Nu am măsurat exact precizia și nu am încercat cu valuri și vânt. Pentru a avea o detecție mai bună, un coleg de la școală ne-a propus să montăm camera termică pe dronă.”

În paralel cu dezvoltarea tehnică, elevii au cerut feedback de la oameni care cunosc intervențiile în apă. Au discutat cu Adrian Ripa, de la școala de salvamari, iar pentru zborul autonom au primit ajutor de la Andrei Dragoș, de la EcoGeoMar. Andrei Badea, doctorand în Olanda, le-a sugerat folosirea unor stații de încărcare automate.

„Ne-a spus că plajele nu sunt destul de supravegheate, că fiecare secundă contează când cineva se îneacă și că nu există sisteme moderne de monitorizare”, au povestit elevii despre discuția cu Adrian Ripa.

O posibilă dezvoltare a proiectului ar fi transportul unui dispozitiv de salvare până la persoana aflată în apă. Deocamdată, aceasta este o idee analizată de echipă, funcțiile descrise pentru dronă fiind identificarea, alertarea și marcarea poziției.

„Ne-am gândit și la o variantă în care ar transporta un dispozitiv autogonflabil ușor, adică acesta se umflă automat când atinge apa.”

Pentru a continua testele pe litoral, Quantum Bits ar avea nevoie de echipamente mai performante și de colaborarea salvamarilor și a autorităților.

„Pentru teste pe litoral ne-ar trebui o dronă mai bună și ajutorul salvamarilor și al autorităților. Am calculat că o dronă profesională, o stație de încărcare (dock) și un controller costă împreună în jur de 17.000 de euro. La asta se adaugă un calculator performant, care să ruleze modelul de AI pe imaginile video trimise de dronă.”

Deși proiectul pornește de la o problemă reală și presupune dezvoltarea unui prototip, echipa nu îl prezintă drept un startup. Valoarea lui, în această etapă, stă și în lucrurile pe care elevii au învățat să le facă pe parcurs.

„AIDRONe este un proiect educațional. Prin el am învățat să lucrăm cu inteligență artificială, cu drone, cu date și cum să verificăm o idee împreună cu specialiști.”

Munca echipei a fost răsplătită cu Marele Trofeu la FIRST LEGO League, o performanță pe care elevii o leagă de felul în care reușesc să lucreze împreună și să continue atunci când apar dificultăți.

„Pentru noi a fost o mare bucurie să câștigăm Marele Trofeu. După multă muncă în laborator, rezultatele au venit, iar noi suntem mândri de această performanță. Credem că ne-a ajutat cel mai mult faptul că suntem o echipă unită și că nu renunțăm când lucrurile nu ies din prima.”

În pregătirea pentru competițiile din Statele Unite, echipa descrie două priorități: robotul să rezolve misiunile cât mai constant, iar aplicația Stratum să fie cât mai ușor de folosit. Asta înseamnă modificări ale programului și ale atașamentelor robotului, dar și lucru la interfața aplicației.

„La proiectul de inovare, Stratum, ne-am concentrat mai mult pe elementele de UI și UX, adică pe felul în care arată aplicația și cât de ușor se folosește. Vrem ca Stratum să arate și să funcționeze foarte bine. Vrem să ne dovedim nouă că ne putem depăși limitele și că rămânem uniți, orice ar fi.”

Participarea internațională depinde însă și de accesul la finanțare. Asociația INACO sprijină echipa în găsirea sponsorilor, iar costurile diferă în funcție de proiecte și de competițiile la care participă.

„Suntem susținuți de către asociația INACO, care ne-a fost mereu alături și ne ajută să găsim sponsori pentru proiectele mari, de la prototipuri până la competițiile internaționale. Banii de care avem nevoie diferă de la un an la altul. Doar drumul și cazarea la competițiile din afară costă zeci de mii de euro. Fără sponsori nu am fi putut ajunge acolo.”

Includerea în campania „100 de tineri pentru dezvoltarea României” este văzută de elevi ca o șansă de a-și face proiectele mai cunoscute și de a întâlni oameni din alte domenii.

„Pentru noi a fost o onoare să fim incluși, pentru proiectele noastre, alături de alți tineri performanți din toată țara. Sperăm să ne ajute să fim mai vizibili și să cunoaștem oameni din domenii diferite. Vrem să contribuim și noi, cu ideile noastre, la dezvoltarea României.”

În relația cu mentorul Mihai Popescu, elevii pun accent pe încredere și pe libertatea de a-și alege singuri direcția. Rolul coordonatorului este să îi ajute să rămână concentrați și să lucreze împreună, inclusiv atunci când soluțiile lor diferă de cele pe care le-ar alege el.

„Mihai ne ajută mai ales să rămânem uniți și concentrați pe ce ne-am propus. Pentru noi e cel mai bun mentor. Ne lasă să alegem singuri ideile și deciziile tehnice, chiar dacă el ar alege altfel, pentru că învățăm cel mai bine din alegerile noastre. Are încredere în noi și noi în el.”

Robotica le oferă ocazia să folosească matematica, fizica și informatica în proiecte concrete. În același timp, îi pune în situația de a căuta informații, de a-și explica ideile în fața unui juriu și de a accepta că o soluție la care au lucrat mult poate avea nevoie de schimbări.

„La robotică înveți să lucrezi în echipă, să rezolvi probleme și să cauți informații. Tot aici aplici în practică ce înveți la orele de matematică, de fizică și de informatică: în loc să rămână doar teorie. Foarte important e și să înveți să vorbești în fața oamenilor și să explici proiectul de inovare sau cum a fost construit robotul.”

Refacerea unui atașament sau schimbarea unui model de inteligență artificială fac parte din acest proces. Pentru elevi, una dintre lecții este să poată renunța la o variantă care nu funcționează, chiar dacă au investit deja mult timp în ea.

„La robot, de cele mai multe ori, nici atașamentele nici programul nu funcționează din prima, iar deseori refacem atașamentele de la zero. Și la proiectul cu drona, prima variantă a programului (YOLOv5 cu un CNN) nu detecta bine oamenii, așa că am antrenat un model nou, care a mers mai bine. Am învățat să nu ne fie frică să schimbăm ceva la care am muncit mult, dacă nu funcționează.”

Echipa a început să exploreze și ce presupune protejarea proiectelor, după primele colaborări cu firme. Membrii echipei și coordonatorul Mihai nu vorbesc încă despre brevete obținute sau despre un plan comercial definit, ci despre următorii pași pe care vor să îi înțeleagă.

„Abia începem să aflăm ce înseamnă brevetele și protecția proiectelor. La parteneriatele cu firme am făcut deja primii pași și am avut câteva colaborări reușite, chiar dacă încă mici. Următorul pas e să aflăm cum ne putem proteja proiectele și să le folosim în parteneriate cu organizații și companii.”

Pentru moment, prioritățile rămân proiectele și competițiile. Studiile în România sau în străinătate, participarea la proiecte internaționale și construirea propriilor companii de tehnologie sunt opțiuni pe care le lasă deschise.

„Acum suntem concentrați pe proiectele noastre, pe competiții și pe tot ce învățăm din ele. Mai târziu, orice e posibil: să studiem în România sau în străinătate, să lucrăm la proiecte internaționale sau chiar să ne facem propriile companii de tehnologie. Ce trăim acum ne dă o bază bună ca să ne găsim drumul.”