Mở rộng đào tạo ngành công nghệ thông tin theo hướng thị giác máy tính, học máy, công nghệ robot trongcách mạng công nghiệp 4.0

họa trong hình 1� Đến vài năm gần đây cụm từ “Công nghiệp 4�0” mới được nổi lên từ một báo cáo Mở rộng đào tạo ngành công nghệ thông tin theo hướng thị giác máy tính, học máy, công nghệ robot trong CÁCH MẠNG CÔNG NGHIỆP 4.0 Lê Văn hùng1,2 1Viện Nghiên cứu Quốc tế MICA – Đại học Bách khoa Hà Nội, 2Tổng cục Thống kê; Email: van-hung.le@mica.edu.vn TÓM TẮT Cách mạng công nghiệp 4.0 đã và đang phát triển mạnh mẽ, tác động đến mọi lĩnh vực của đời sống xã hội. Nó cũng đặt ra vấn đề lớn trong đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao đáp ứng sự phát triển của công nghệ thông minh. Trong bài viết này, chúng tôi giới thiệu và phân tích nền tảng của công nghệ thị giác máy tính, học máy, công nghệ robot trong quá trình xây dựng các hệ thống thông minh; ảnh hưởng của các công nghệ này đến các ngành khác như kinh doanh, ngân hàng, tài chính, thống kê, kế hoạch. Chúng tôi cũng đề xuất thay đổi chương trình đào tạo ngành Công nghệ thông tin tại Đại học Hùng Vương theo định hướng nguồn nhân lực chất lượng cao đáp ứng nhu cầu của doanh nghiệp. Từ khóa: Cách mạng công nghiệp 4.0, thị giác máy tính, học máy, công nghệ robot, nguồn nhân lực chất lượng cao của Chính phủ Đức� Hiện nay, Công nghiệp 4�0 đã vượt ra khỏi khuôn khổ dự án của Đức với sự tham gia của nhiều nước và trở thành một phần quan trọng của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư� Các công nghệ này đã và đang phát triển rất mạnh mẽ, thâm nhập sâu rộng vào mọi lĩnh vực của đời sống xã hội� Như trong công nghiệp các robot thay thế con người thực hiện các công việc cần độ chính xác cao, bền bỉ, độc hại, vv� Robot là thành tựu của ngành tự động hóa và máy tính� Tuy nhiên một robot được chế tạo ra để Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 3 (8) – 2017 73 TRAO ĐỔI THÔNG TIN KHOA HỌC Hình 1: Các nền tảng công nghệ là trọng tâm của Cách mạng công nghiệp 4.0 phục vụ cho các hoạt động của con người thì cần có các chương trình phần mềm vận hành nó� Ví dụ như để robot di chuyển được thì cần một phần mềm về thị giác máy tính để nhận biết môi trường và định hướng đường đi� Trong y học, robot được sử dụng để thực hiện các ca mổ khó, yêu cầu độ chính xác cao, đặc biệt là các nano–robot sử dụng trong các ca mổ nội soi hoặc phát hiện các dấu hiệu bất thường trong hệ tiêu hóa của người� Để thực hiện được các công việc này, robot thực thi các chương trình của thị giác máy� Các chương trình này thực hiện trên các hình ảnh thu được từ môi trường, sau đó phát hiện nhận dạng các bất thường của hệ tiêu hóa� Gần đây, ở Trung Quốc người ta đã phát minh ra một máy khám bệnh chính xác hơn bác sỹ� Chiếc máy này dựa trên công nghệ khai phá dữ liệu (data mining), học máy (machine learning) của trí tuệ nhân tạo để học từ các hồ sơ khám bệnh đã ghi chép các triệu chứng, sau đó đưa ra một quyết định là người đó mắc bệnh gì� Trong kinh doanh sử dụng các công nghệ của phân tích dữ liệu lớn (big data), học máy, khai phá dữ liệu để phân tích các dữ liệu của thị trường chứng khoán, hóa đơn mua bán� Từ đó đưa ra các chiến lược kinh doanh cho doanh nghiệp, tổ chức cá nhân� Trong an ninh các công nghệ, kỹ thuật của thị giác máy tính và học máy đã giúp xây dựng được các hệ thống như quản lý bãi đỗ xe thông qua biển số, hay phát hiện các dấu hiệu bất thường của tội phạm� Để nắm bắt, vận dụng, sử dụng các công nghệ này vào cuộc sống xã hội thì cần có một đội ngũ trẻ, năng động, sáng tạo để khai thác, sử dụng các công nghệ này� Từ đó tạo ra các hệ thống phục vụ tốt nhất nhu cầu của con người� 74 Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 3 (8) – 2017 TRAO ĐỔI THÔNG TIN KHOA HỌC Trong bài báo này, chúng tôi tập trung minh họa, phân tích vai trò của thị giác máy, học máy, công nghệ robot của trí tuệ nhân tạo để cho thấy được cần có sự chuyển dịch trong vấn đề đào tạo ngành công nghệ thông tin trong trường đại học� Cụ thể hơn là đào tạo cử nhân, kỹ sư công nghệ thông tin có năng lực, trình độ để đáp ứng được sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ mà trọng tâm là các công nghệ trong Cách mạng công nghiệp 4�0� 2. Nghiên cứu liên quan Hiện nay cụm từ “Cách mạng công nghiệp 4�0 – Industry Revolution 4�0” đã và đang được nhắc đến hầu hết trên các diễn đàn về khoa học công nghệ, thương mại, giáo dục, vv� Nó được minh họa trong hình 2� Ralf và các tác giả [2] đã giới thiệu quá trình hình thành và phát triển của các cuộc cách mạng công nghiệp, phân tích thành phần của Cách mạng công nghiệp 4�0� Reinhard, các tác giả [3] và Klaus [4] đã phân tích các đặc trưng của Cách mạng công nghiệp 4�0 trong quá trình xây dựng các doanh nghiệp số� Cụ thể hơn trong công nghiệp, Giáo sư Sabina [5] đã giới thiệu và phân tích những tiến hóa, cách mạng của việc áp dụng công nghệ robot vào ngành công nghiệp sản xuất ôtô (lắp ráp ôtô như hình 4a), cũng như những áp dụng của công nghệ robot trên các thế hệ ôtô hiện nay (ôtô không người lái của hãng Google như hình 4b)� Trong ngành giáo dục tại Việt Nam, gần đây đã có rất nhiều diễn đàn tại các trường Hình 4: Minh họa dây chuyền lắp ráp ôtô bằng robot (a) và ôtô không người lái của Google (b) Hình 2: Minh họa các diễn đàn theo từng lĩnh vực của Cách mạng công nghiệp 4.0 Hình 3: Quá trình phát triển của các cuộc các mạng công nghiệp Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 3 (8) – 2017 75 TRAO ĐỔI THÔNG TIN KHOA HỌC đại học lớn trao đổi của các Giáo sư đầu ngành về việc xu hướng đào tạo các ngành khoa học kỹ thuật để đáp ứng được sự thay đổi, phát triển công nghệ của Cách mạng công nghiệp 4�0� Ví dụ như diễn đàn tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội[6] (minh họa trong hình 5a), Trường Đại học Thủy Lợi (minh họa hình 5b)[7]� 3. Mở rộng đào tạo ngành công nghệ thông tin theo hướng tiếp cận của thị giác máy tính, học máy, trí tuệ nhân tạo a) Thị giác máy tính, học máy, trí tuệ nhân tạo trong Cách mạng công nghiệp 4.0 Cách mạng công nghiệp 4�0 bao gồm các công nghệ như Internet, trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence – AI), thực tế ảo (Virtual Reality – VR), tương tác thực tại ảo (Augmented Reality – AR), mạng xã hội, điện toán đám mây, di động, phân tích dữ liệu lớn (Social, Mobile, Analytics, Cloud – SMAC) [vnexpress], vv� Dựa trên nền tảng của các công nghệ này, cách mạng công nghiệp 4�0 có mục tiêu là chuyển mọi hoạt động của con người sang hoạt động số, hay còn gọi cuộc cách mạng này là ‘cách mạng số’� Hiện nay, cùng với sự phát triển của phần cứng máy tính và các loại cảm biến hình ảnh thì công nghệ về thị giác máy tính (computer vision) cũng đã và đang rất phát triển� Nó được áp dụng vào rất nhiều lĩnh vực như trong an ninh, trong công nghệ robot, xây dựng các hệ thống trợ giúp người mù, trong y học, trong nông nghiệp, vv� Thị giác máy tính giúp máy tính ‘nhìn’ được như con người bằng cách hiểu nội dung được của các hình ảnh thu được từ môi trường� Chúng ta cần phân biệt hai khái niệm ‘xử lý ảnh’ và ‘thị giác máy tính’� Do có rất nhiều cách hiểu khác nhau về hai khái niệm này, dưới đây trình bày về hai khái niệm như sau: Xử lý ảnh là quá trình từ một hình ảnh gốc chúng ta làm cho chất lượng hình ảnh đó tốt lên hoặc xấu đi theo một mục đích nào đó� Thường quá trình này được thực hiện trên photoshop hoặc một số phần mềm xử lý ảnh khác� Thị giác máy tính là quá trình hiểu nội dung của hình ảnh, như trong hình ảnh từ môi trường có khuôn mặt người hay một đối tượng nào đó không� Trong thị giác máy tính, xử lý ảnh được xem là một bước tiền xử lý� Mô hình của một hệ thống thị giác máy Hình 5: Diễn đàn về cách mạng công nghiệp 4.0 tại Đại học Bách khoa Hà Nội (a) và Đại học Thủy Lợi (b) a) b) 76 Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 3 (8) – 2017 TRAO ĐỔI THÔNG TIN KHOA HỌC tính [image recognition] được minh họa trong hình 6� Trong ngành công nghệ robot (robotics) sử dụng rất nhiều đến các công nghệ của thị giác máy tính, đặc biệt là thị giác máy tính trong môi trường 3D� Ví dụ như một robot muốn di chuyển được trong môi trường thì trước hết robot phải hiểu được môi trường xung quanh, bao gồm mặt đất khi robot di chuyển và các vật cản� Để làm được điều này thì trên đầu robot thường gắn rất nhiều cảm biến hình ảnh để thu thập các thông tin hình ảnh từ môi trường, sau đó tiến hành phân tích, nhận dạng đường đi, vật cản, sau đó mới ra quyết định di chuyển� Như hình 7, hình 8 minh họa robot di chuyển, tìm kiếm và cầm nắm các đồ vật sử dụng công nghệ của thị giác máy tính� Ngoài ra, trong quá trình chế tạo các thiết bị không người lái như ôtô, UAV, vv���, để các thiết bị này di chuyển được cũng phải sử dụng công nghệ của thị giác máy tính� Ví dụ: sử dụng công nghệ thị giác máy tính để xây dựng các hệ thống nhận dạng biển số xe, hay nhận dạng khuôn mặt trên facebook, được minh họa trong hình 9(a)� Rõ ràng thị giác máy tính là một ngành khoa học công nghệ hẹp nhưng được áp dụng rất nhiều trong các hệ thống thông minh phục vụ cho cuộc sống của con người� Hình 7: Minh họa robot di chuyển sử dụng công nghệ thị giác máy tính (a) Robot phục vụ trong nhà hàng; (b) Robot phục vụ cho việc dọn dẹp. a) b) Hình 6: Minh họa hệ thống thị giác máy tính trong nhận dạng hình ảnh Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 3 (8) – 2017 77 TRAO ĐỔI THÔNG TIN KHOA HỌC Để xây dựng được các hệ thống thông minh dựa trên công nghệ thị giác máy tính thì cần có những hiểu biết chuyên môn về học máy (machine learning)� Đây cũng là một ngành khoa học có vai trò rất lớn trong sự phát triển của trí tuệ nhân tạo và xây dựng các hệ thống thông minh� Hình 9(b) minh họa một hệ thống học máy� Một hệ thống học máy còn được áp dụng trong các ngành kinh tế như trong thống kê đưa ra các dự báo về kế hoạch phát triển nền kinh tế; trong thị trường chứng khoán dự đoán sự gia tăng và sụt giảm của các ‘cổ phiếu’; trong y học sử dụng để học và đưa ra các hệ ra quyết định� Hình 9: Nhận dạng khuôn mặt trên Facebook (a); minh họa một hệ thống học máy và đưa ra quyết định (b) Hình 8: Minh họa robot NANO trong quá trình tìm kiếm và cầm nắm đồ vật Có thể nói học máy là hạt nhân của trí tuệ nhân tạo� b) Đào tạo nguồn lực để đáp ứng nền tảng công nghệ của Cách mạng công nghiệp 4.0 Như đã trình bày ở phần trên, sự phát triển của công nghệ này là rất mạnh mẽ� Đồng hành cùng với sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì các nhà máy, khu công nghiệp được xây dựng ngày càng nhiều� Đặc biệt là các tập đoàn lớn như SamSung, Canon, Panasonic, vv��� đã mở rất nhiều các nhà máy tại Việt Nam cũng như tỉnh Phú Thọ� Để đáp ứng được các yêu cầu về nguồn nhân lực chất lượng cao a) a) b) b) 78 Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 3 (8) – 2017 TRAO ĐỔI THÔNG TIN KHOA HỌC cho các nhà máy, dây chuyền hiện đại thì đòi hỏi nguồn nhân lực được đào tạo ra cần có chất lượng chuyên môn, thực hành nghề cao� Khi đã đáp ứng được chất lượng theo yêu cầu của nước ngoài thì chắc chắn sẽ có một nguồn thu nhập ổn định� Cụ thể hơn trong quá trình đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao như môi trường giáo dục đại học, cần trang bị cho sinh viên những kiến thức về công nghệ cao, công nghệ thông minh� Từ đó sinh viên ra trường mới có khả năng làm việc và thích nghi với những dây chuyền, máy móc hiện đại� Trong đó trọng tâm là điều khiển được nó, xây dựng thêm được các hệ thống phần mềm để khai thác được các thiết bị mà các doanh nghiệp nước ngoài đã đầu tư� Hiện nay, qua tìm hiểu về chương trình đào tạo ngành cử nhân Công nghệ thông tin tại Trường Đại học Hùng Vương, chúng tôi nhận thấy một số vấn đề như sau: • Kiến thức về đại cương vẫn còn nhiều, chỉ nên học các môn phục vụ chính cho chuyên ngành� Ví dụ như môn “Vật lý đại cương” có vai trò như thế nào đối với ngành CNTT� • Các học phần về cơ sở ngành cần giảm như “Lý thuyết ngôn ngữ”, “Phương pháp tính”� Hai học phần này đã được học và tính toán nhiều đến trong học phần “Cấu trúc dữ liệu và giải thuật”� Trong cả phần cơ sở ngành chỉ có 9 giờ là thực hành� Đây là một hạn chế, làm ảnh hưởng rất lớn đến khả năng lập trình, tư duy lập trình, triển khai thuật toán� • Chúng tôi đề xuất thêm các môn sau vào phần Kiến thức ngành: “Trí tuệ nhân tạo” (môn này từ giai đoạn 2006–2010 là có), “Các hệ thống thông minh”, “Học máy và ứng dụng”� Hiện nay, các học phần của ngành CNTT – Trường Đại học Hùng Vương phần lớn hướng đến việc đào tạo cử nhân ra trường có kỹ năng nghề về sửa chữa máy tính, giáo viên CNTT cho khối phổ thông, các trường Cao đẳng, Trung cấp và các Trường nghề� Đối với kỹ sư ra trường chủ yếu làm các công việc quản lý đơn giản, lập trình gia công phần mềm� Tuy nhiên với sự thay đổi và phát triển của công nghệ trong cuộc Cách mạng công nghiệp 4�0 thì cần có định hướng đào tạo nghề nghiệp lâu dài, bắt kịp, đáp ứng được sự phát triển của khoa học công nghệ, đặc biệt là xây dựng các hệ thống thông minh� 4. Kết luận Trong nghiên cứu này chúng tôi đã giới thiệu được nền tảng công nghệ của Cách mạng công nghiệp 4�0� Phân tích nền tảng của công nghệ thị giác máy tính, học máy và công nghệ robot để tìm hiểu, nghiên cứu, từ đó định hướng được vấn đề đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao đáp ứng được sự phát triển của khoa học công nghệ� Chúng tôi cũng đã đề xuất về chương trình đào tạo ngành CNTT của Trường Đại học Hùng Vương để đào tạo ra nguồn nhân lực đáp ứng được các công nghệ thông minh� Tài liệu tham khảo [1] Cách mạng công nghiệp lần thứ tư là gì?, https://vnexpress.net/projects/cach-mang- cong-nghiep-lan-thu-tu-la-gi-3571618/index. html, Accessed on 22-Nov-2017� [2] Ralf C� Schlaepfer and Markur, Koch and Philipp, Merkofer, Industry 4.0 Challenges and solutions for digital transformation and use of exponential technologies, 2014� Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 3 (8) – 2017 79 TRAO ĐỔI THÔNG TIN KHOA HỌC SUMMARY Training extention of information technology following method of computer vision, machine learning, robotics in industry 4.0 Van-hung Le1,2 1International Research Institute MICA, HUST–CNRS/UMI-2954 - GRENOBLE INP, Vietnam; 2General Statistics Office Industrial Revolution 4.0 has been developing strongly in all areas of social life. It also poses a large problem in the training of high quality human resources to satisfy the development of smart technology. In this article, we have introduced and analyzed the fundamental contents of computer vision, machine learning, and robotics in the building of intelligent systems; and the impact of these technologies on other indus- tries, such as business, banking, finance, planning. We also propose to change the IT training program at Hung Vuong University in the direction of high quality human resources to satisfy the requierment of enterprises. Keyworks: Industrial Revolution 4.0, Computer Vision, Machine Learning, Robotics, High Quality Human Resources. [3] Reinhard, Geissbauer and Jesper, Vedso and Stefan, Schrauf, Industry 4.0: Building the digital enterprise, 2015� [4] Klaus, Helmrich, On the Way to Industrie 4.0 – The Digital Enterprise, 2015 [5] Sabina, Jeschke, Robotics in Industry 4.0, 2016� [6] “Vắng bóng” khoa học dữ liệu ở hệ thống bài giảng đại học ở Việt Nam, vn/giao-duc-khuyen-hoc/vang-bong-khoa- hoc-du-lieu-o-he-thong-bai-giang-dai-hoc-o- viet-nam-20170522115602522.htm [7] Thông điệp từ bài giảng “Cách mạng công nghiệp 4�0” của Hiệu trưởng ĐHBK Hà Nội, giang-cach-mang-cong-nghiep-4-0-cua-hieu- truong-truong-dai-hoc-bach-khoa-ha-noi.