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

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.

1 Giới thiệu

Cách mạng công nghiệp 4�0 đã diễn ra từ

những năm 2000, cuộc cách mạng này thông

qua 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) [1], vv� Các công nghệ trên được

minh 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

L ê V ăn h ùng 1,2

1 Viện Nghiên cứu Quốc tế MICA – Đại học Bách khoa Hà Nội,

2 Tổng 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

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�

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

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)

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.

Hình 6: Minh họa hệ thống thị giác máy tính trong nhận dạng hình ảnh

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)

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�

SUMMARY Training extention of information technology following method of computer vision, machine learning, robotics in industry 4.0

V an -h ung L e 1,2

1 International Research Institute MICA, HUST–CNRS/UMI-2954 - GRENOBLE INP, Vietnam;

2 General 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, http://dantri.com.

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,

http://sie.hust.edu.vn/thong-diep-tu-bai- giang-cach-mang-cong-nghiep-4-0-cua-hieu-truong-truong-dai-hoc-bach-khoa-ha-noi.