SMART laboratórium ako platforma vzdelávania, výskumu a transferu znalostí do praxe

SMART technológie a výskum

V posledných rokoch možno pozorovať výskyt viacerých kľúčových slov (buzz-words), ktoré navodzujú atmosféru modernosti, technologickej perspektívy, SMART riešení a evokujú všetko nové v oblasti IT. Určite môžeme medzi ne zaradiť slovné spojenia ako internet vecí (IoT), analýza veľkých dát (big data), všetko ako služba (EaaS) v cloudovom prostredí, virtuálna realita, Industry 4.0 a množstvo ďalších. Dôležitý je však fakt, že za všetkými týmito slovnými spojeniami stoja štandardné oblasti výskumu ako počítačové siete, elektrotechnika a elektronika, paralelné počítanie, umelá inteligencia, dátová analytika, softvérové architektúry a priemyselná automatizácia. To nové však prináša prepojenie tradičných odborov navzájom, teda interdisciplinárny charakter technológií a ich následná pridaná hodnota. Tá sa skrýva najmä v netradičných, doteraz neobjavených alebo z rôznych dôvodov nemožných prípadoch použitia, ktoré ľuďom značne uľahčujú prácu alebo zvyšujú životný komfort. Práve tieto vlastnosti charakterizujeme ako SMART, a preto považujeme spomenuté technológie aj buzz-words za integrálnu súčasť kategórie vnímanej ako SMART technológie.

Treba poznamenať, že bez zachovania základného výskumu v tradičných oblastiach je istý aj pokles inovácií v nových perspektívnych SMART technologických oblastiach. Riešenia v SMART technológiách nutne vyžadujú angažovanosť odborníkov z rôznych oblastí technického výskumu. Tieto oblasti, súčasný výskum a prípady použitia sme postupne opisovali v jednotlivých častiach série.

SMART technológie a výučba

Podobný trend je zrejmý aj vo výučbe. V tomto prípade však predstavuje prirodzené riziko, že študenti získajú len vybrané doménové znalosti z viacerých disciplín a zníži sa tak ich univerzálnosť a schopnosť tvoriť nové idey a nápady. Preto považujeme za nevyhnutné vyučovať moderne orientované predmety ako nadstavbu štandardných predmetov. Druhou možnosťou je realizácia praktických projektových úloh a záverečných bakalárskych, diplomových alebo dizertačných prác s cieľom skombinovať existujúce znalosti študentov zo štandardných predmetov s doménových znalosťami v oblasti SMART technológií. Zachová sa tak široký rozhľad a odbornosť študentov a zároveň študenti získajú možnosť lepšej odbornej a profesijnej profilácie do budúcna. Z uvedeného dôvodu sme v študijnom programe hospodárska informatika začali vyučovať predmety orientované na kombináciu základných znalostí v záverečných ročníkoch bakalárskeho a inžinierskeho štúdia [2].

Konkrétne predmet vývoj mobilných inteligentných riešení nadväzuje na základné znalosti v oblasti databázových systémov, user experience (UX), objektového programovania, projektového manažmentu, počítačových sietí a webových technológií. Študentom prináša možnosť využiť a skombinovať získané znalosti z prvých dvoch rokov štúdia v reálnej mobilnej aplikácii. Úlohou je generovať myšlienku na mobilnú alebo viacplatformovú aplikáciu, navrhnúť harmonogram, vygenerovať produktový back-log a postupovať metodológiou SCRUM počas celého semestra. Následne študenti v etapách programujú zadania, pričom integrujú povinné súčasti tak, aby boli spomenuté základné znalosti použité v aplikácii. Tento predmet priamo nadväzuje na predmety aplikácia databázových systémov, počítačové siete, webové technológie, analýza a návrh informačných systémov, objektové programovanie a s časti manažment projektov.

V inžinierskom štúdiu sa v rámci záverečného ročníka vyučuje predmet vývoj a testovanie softvérových systémov, ktorý predpokladá už nadväznosť na diplomovú prácu a kombinuje znalosti získané počas celých piatich rokov štúdia v oblasti návrhu a vývoja softvéru či manažovania projektov. Výsledkom je produkt, služba alebo vedecký výstup určený pre konkrétneho zákazníka. Napriek tomu, že tento predmet nie je priamo orientovaný na SMART technológie, pokrýva úlohu návrhu a používania architektúr, vývojový cyklus produktu, testovanie, kvalitu kódu a licencovanie softvéru okrem iného aj pre približne 25 % diplomových prác, ktoré sú realizované v oblasti SMART technológií. Zároveň študenti pracujú s podporným softvérom na manažovanie projektov, akými sú Atlassian JIRA (ak. rok 2018/2019) alebo JetBrains YouTrack (ak. rok 2017/2018).

Tieto predmety zastrešujú predmetovú časť výučby študentov. Na druhej strane existuje potreba špecializácie aj v rámci SMART technológií pri riešení projektových úloh a bakalárskych, diplomových a dizertačných prác [5]. Priestor na spoločné využívanie a tvorbu nových znalostí v týchto oblastiach a zároveň podporu pre inovatívnu a kooperatívnu činnosť vytvára laboratórne prostredie [6].

Innogy SMART Innovation Lab

Cieľom vytvoreného SMART laboratória na Katedre kybernetiky a umelej inteligencie je ponúknuť študentom možnosť integrovať svoje doteraz získané odborné znalosti do rôznych doménových oblastí. Ako sme v jednotlivých častiach série článkov opisovali jednotlivé prípady použitia SMART technológií, tak sa snažíme vytvárať laboratórne podmienky v podobe rôznych modelov pre ich praktickú implementáciu študentmi. Týmto spôsobom vieme umožniť študentom získať skúsenosti, ktoré budú vedieť neskôr využiť v praxi. Zároveň tak vytvárame predpoklady ďalšieho výskumu, ktorý môže podporiť budúcu spoluprácu s praxou a následný transfer znalostí.

V rámci realizovaných projektov a študentských záverečných prác sme vytvorili tieto laboratórne modely:

  • zber a spracovanie senzorických dát z akcelerometrov Texas Instruments CC2650 STK pomocou protokolu Bluetooth Low Energy (BLE) vytvorením mobilnej aplikácie [1];
  • zber a spracovanie údajov z medicínskych diagnostických zariadení Libelium MySignals;
  • vibračná pomôcka pre ľudí trpiacich Parkinsonovou chorobou prepojením SMART hodiniek a smartfónu pomocou technológie Bluetooth;
  • mobilná aplikácia na meranie krvného tlaku s tlakomerom iHealth BP5;
  • mobilná aplikácia na zber a vizualizáciu údajov z jazdy automobilom vrátane identifikácie cestných defektov [8];
  • súbor aplikácií pre In-Vehicle-Infotainment systém OpenCar na automatizáciu zberu údajov z jázd služobnými vozidlami (realizované v emulátore OpenCar);
  • fyzický model autorádia s operačným systémov Android;
  • softvérový model, ktorý integruje základné stavebné prvky mobilných aplikácií pre operačný systém Android;
  • mobilná aplikácia na riadenie domácnosti v prípade výskytu búrkovej činnosti [4];
  • mobilná aplikácia, ktorá implementuje herné prostredie;
  • mobilná aplikácia na tvorbu prezenčných listín použitím technológie NFC [9];
  • súbor aplikácií na monitorovanie chodu malého prúdového motora [7].

Tieto modely pripravujeme ako referenčné príručky na ďalšiu praktickú výučbu a zároveň na výskum v oblasti SMART technológií. Keďže projekty, ktoré sú tematicky viazané na laboratórium, stále prebiehajú, uvedieme aj aktuálne rozpracované laboratórne modely:

  • mobilná aplikácia vytvorená reaktívnym programovaním pomocou RxJava;
  • SMART priestor vnímajúci používateľa/používateľov (z angl. User aware SMART space) [3];
  • holografický hlasovo ovládaný sprievodca v podobe webovej aplikácie s prvkami zmiešanej reality a s lokalizáciou;
  • vizuálne a akustické pomôcky pre ľudí trpiacich Parkinsonovou chorobou využitím zmiešanej reality;
  • automatizácia domácnosti a aktivít používateľa v sieti Sigfox.

Záver

V tomto článku sme prezentovali sumár celej série Chytré zariadenia v priemysle. Niektoré témy sme ponúkali so zreteľom na prebiehajúci výskum, iné sme sa snažili priblížiť a ponúknuť širší prehľad o ich možnostiach a súčasnom stave. Zároveň sme upozornili na dôležitosť výskumu v základných oblastiach, ktorých kombináciou vznikajú SMART technológie. Ponúkli sme aj pohľad na časť výučby, ktorou v študijnom programe hospodárska informatika pokrývame oblasť vývoja SMART riešení. Na záver sme prezentovali možnosti spoločného využívania a tvorby nových znalostí v laboratórnom prostredí, konkrétne vo vytvorenom laboratóriu Innogy SMART Innovation Lab.

Zdroje

[1] Šatala, P. – Gašpar, V. – Butka, P.: Using IoT devices for movement detection in medical environment – proof of concept. In: SAMI 2018. Danvers: IEEE, 2018, pp. 61 – 65. ISBN 978-1-5386-4773-8.

[2] Babič, F. – Gašpar, V.: Mobile Technologies Education based on Smart Laboratory Models. In: ICETA 2017. Danvers: IEEE, 2017, pp. 25 – 30. ISBN 978-1-5386-3294-9.

[3] Gašpar, V. – Bako, F.: On architecture for a smart classroom. In: Electrical Engineering and Informatics 8: proceedings of the Faculty of Electrical Engineering and Informatics of the Technical University of Košice. Košice: FEI TU 2017, pp. 187 – 190. ISBN 978-80-553-3192-8.

[4] Gašpar, V. – Faško, F.: Case study for storm alerts in a smarthome environment. In: Electrical Engineering and Informatics 8: proceedings of the Faculty of Electrical Engineering and Informatics of the Technical University of Košice. Košice: TU 2017, pp. 302 – 305. ISBN 978-80-553-3192-8.

[5] Babič, F. – Gašpar, V.: A creative ecosystem to improve the students adaptation to current trends in IT companies. In: Advances in Intelligent Systems and Computing 715: Teaching and Learning in a digital World: ICL 2017. Cham: Springer 2018, pp. 708 – 715. ISBN 978-3-319-73209-1.

[6] Gašpar, V. – Babič, F.: Laboratórne IoT modely ako prostriedok výučby dátovej analytiky. [online]. In: WIKT 2017. Košice: TU 2017, s. 20 – 23. ISBN 978-80-553-2876-8. Dostupné na: http://web.tuke.sk/fei-cit/wikt2017/zbornik/index.html.

[7] Gašpar, V. – Andoga, R.: Proposal of an architecture for remote monitoring of systems using mobile and smart devices. In: SAMI 2018. Danvers: IEEE 2018, pp. 179 – 182. ISBN 978-1-5386-4773-8.

[8] Gašpar, V.: Analyzing road quality using a mobile application. In: SAMI 2017. Danvers: IEEE 2017, s. 317 – 320. ISBN 978-1-5090-5654-5.

[9] Pella, Z. – Gašpar, V.: Návrh a implementácia aplikácie pre tvorbu prezenčných listín pomocou mobilného zariadenia s technológiou NFC. In: WIKT and DaZ 2016. Bratislava: STU 2016, s. 253 – 258. ISBN 978-80-227-4619-9.

Poďakovanie

Táto séria článkov vznikla vďaka realizácii projektov podporených Kultúrno-edukačnou grantovou agentúrou Ministerstva školstva, vedy, výskumu a športu SR a Slovenskej akadémie vied pod číslom 05TUKE-4/2017, Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-16-0213 a grantom FEI s číslom FEI-2017-41. Laboratórium bolo vytvorené s podporou VSE, a. s., člen Innogy.

   
Ing. Pavol Šatala
pavol.satala@tuke.sk

Ing. Vladimír Gašpar, PhD.
vladimir.gaspar@tuke.sk

doc. Ing. Peter Butka, PhD.
peter.butka@tuke.sk

Technická Univerzita v Košiciach
Fakulta elektrotechniky a informatiky
Katedra kybernetiky a umelej inteligencie
– Oddelenie hospodárskej informatiky
Laboratórium chytrých technológií
Vysokoškolská 4, 042 00 Košice
http://kkui.fei.tuke.sk/chi/smart