Een geschiedenis van de robotica

Transcriptie

1 Overzicht Een geschiedenis van de robotica Gert Kootstra, Kunstmatige Intelligentie 1. Kunstmatige intelligentie en robotica 2. Complete agent 3. Geschiedenis van robotica 4. Problemen 5. Belichaamde cognitie 1. Kunstmatige intelligentie en robotica 1.1. Wat is kunstmatige intelligentie? 1.1 Wat is kunstmatige intelligentie? 1.2 Autonome systemen en robotica Kunstmatige Intelligentie Ontwikkelen van slimme machines (engineering) 1.3 Wat leren we van robotica? 1.4 Meten van intelligentie Onderzoeken wat intelligentie is (cognitie wetenschap) 1

2 1.1. Wat is kunstmatige intelligentie? en slimme machines Biologie Cognitie wetenschap Psychologie Agressiedetectie Neurofysica Kunstmatige Intelligentie Schrijveridentificatie Filosofie Taalkunde Bewegingswetenschap? Kunstmatig intelligentie bestuderen Wat is intelligentie? De synthetische benadering: Niet analyseren, maar Leren door te bouwen Alles moet gespecificeerd worden Geen black box? Niet wat, maar hoe bestuderen Makkelijker experimenteren Klassieke visie op intelligentie Goed geheugen hebben Goed kunnen redeneren Goed kunnen schaken Daar richtte klassieke KI zich op bv Deep Blue 2

3 Intelligentie is meer! 1.2. Autonome systemen en robotica Klassieke visie Op cognitieve processen gericht Negeert de interactie met de wereld Moderne blik op intelligentie: Kunnen overleven in de wereld Perceptie Cognitie Actie Klassieke KI levert geen complete agent, geen autonoom systeem op Autonoom systeem: Zelfstandig kunnen overleven in de (echte) wereld Focus op interactie met omgeving Autonome systemen en robotica 1.3. Wat leren we van robotica? Autonome systemen Mensen Dieren Bacteriën Robots perceptie Autonoom Systeem Wereld actie Systeem in interactie met de wereld Al het intelligente leven dat we kennen interacteert met de wereld Om intelligentie te begrijpen moet die interactie worden begrepen Robots om intelligentie te bestuderen! Leren door te bouwen en te experimenteren 3

4 Wat leren we van robotica? 1.4. Meten van intelligentie Inspiratie van natuurlijke systemen Kennis uit kunstmatige systemen inspiratie kennis IQ test Eén waarde voor vele facetten van intelligentie Intelligentie van computer Turing test Schaken Robocup Turing test Schaken Proefpersoon praat (chat) met Mens Computer Wie is wie? Bij 50% correct is de computer intelligent Meet verbale intelligentie Makkelijk voor de gek te houden Schaken is lang een testbed geweest voor KI In 1997 won deep-blue van Kasparov Intelligentie? Hard rekenen, 200 milj. stelling p. sec Grote database met oplossingen voor eindspelen 4

5 Robocup 2. Een complete agent Turing test en schaken meten geen belichaamde intelligentie Robocup een test voor robot intelligentie Complete agent / autonoom systeem Zelfstandig kunnen overleven in de (echte) wereld Focus op interactie met omgeving Is niet Small-sized league Rescue league Incompleet: alleen perceptie Incompleet: alleen cognitie Autonoom Systeem perceptie actie Wereld Bv in KI Schriftherkenning Spraakherkenning Bv in neurofysica Werking van het oog Oriëntatie specifieke cellen (Hubel & Wiesel) Autonoom Systeem perceptie actie Wereld Bv in KI Schaakcomputers Expertsystemen (mycin) Bv in neurofysica Rol van temporele kwab in taal 5

6 Incompleet: alleen actie Complete agent Autonoom Systeem perceptie actie Wereld Bv in KI Lopende robots Industriële robotarm Bewegingswetenschap Werking spieren Autonoom Systeem perceptie actie Wereld Alles heeft invloed op elkaar Intelligentie niet in isolatie bestuderen KI Autonome robots 3. Geschiedenis van de robotica 3.1. Mechanische tijdperk 3.1 Mechanische tijdperk 3.2 Elektronische tijdperk 3.3 Digitale tijdperk Homerus in the Ilias ( BC): since he [Hephaistos] was working on twenty tripods which were to stand against the wall of his strong-founded dwelling. And he had set golden wheels underneath the base of each one so that of their own motion they could wheel into the immortal gathering, and return to his house: a wonder to look at. Leonardo da Vinci (1478): Ontwerp van een programmeerbare automaton Leonardo da Vinci (1515): Kunstmatige leeuw 6

7 Mechanische tijdperk Mechanische tijdperk Leonardo da Vinci (1495): Eerste humanoide robot In ieder geval ontwerp, misschien gebouwd Leren over het menselijke lichaam door het na te bouwen Jacques de Vaucanson (1738): Mechanische eend Gedrag: Waggelen Vleugels slaan Eten en verteren 1000 bewegende delen Aangedreven door gewichten Heeft technologische ontwikkelingen gestimuleerd Mechanische tijdperk In de kunst Friedrich Kaufmann (1810): Mechanische trompetspeler Techniek vergelijkbaar met draaiorgels Karel Čapek (1921) Robot gebruikt in toneelstuk Rossum s Universal Robots Isaac Asimov (1950): I, Robot 7

8 3.2. Elektronische tijdperk Elektronische tijdperk W. Grey Walter Resultaten Neurofysioloog Elmer en Elsie Phototaxis Lichtsensoren 2 motoren Simpele koppeling Waarneming Geen licht Licht Veel licht Actie Draai rond Rij vooruit Draa weg Snel en reactief gedrag Heel erg simpel, toch complex gedrag Emergent gedrag Spiegel Batterij leeg Interactie met de wereld bepaalt grotendeels gedrag 3.3. Digitale tijdperk Digitale tijdperk Opkomst van de computer in jaren 60 Cognitivistische benadering Cognitie als computation Computer metafoor van intelligentie Symbool verwerking Functionalisme Intelligentie besturen op niveau van computationele processen Los van het fysieke systeem 8

9 Digitale tijdperk Digitale tijdperk Physical Symbol System Hypothesis Allen Newell and Herbert Simon (1963) Het manipuleren van symbolen is een noodzakelijke en voldoende voorwaarde voor intelligentie Hypothese houdt in Mensenlijke cognitie is symbool verwerken Symbool verwerkers (computers) kunnen intelligent zijn Computer metafoor Input omzetten naar symbolen Symbolisch wereld model Symbolen verwerken Symbolisch redeneren (logica) Geheugen, plannen maken Plannen omzetten naar output Focus op de interne processen Digitale tijdperk Digitale tijdperk Shakey, eerste digitale robot ( ) Grotendeels volgens symbol system theorie Problemen met Shakey Absoluut niet real-time Sterk gesimplificeerde wereld Niet omgaan met nieuwe situaties Niet omgaan met ruis Vergelijk met W. Grey Walter 20 jaar eerder 9

10 4. Problemen met klassieke KI 4.1. Algemeen problemen met klassieke KI 4.1 Algemeen probleem 4.2 Frame probleem 4.3 Symbol-grounding probleem 4.4 Frame-of-reference probleem 4.5 Moravec s paradox Nadruk op symbolische verwerking Symbolisch wereld model Symbolisch redeneren / plannen Geen aandacht voor systeem-wereld interactie Volledig sequentieel Daardoor Traag, niet real-time Niet omgaan met dynamische situaties Niet goed omgaan met onzekerheid 4.2. Frame probleem Frame probleem: R1 Wat zijn relevante zaken voor het up-todate houden van de wereldrepresentatie Wat blijft hetzelfde? Wat verandert? Geïllustreerd met verhaal door Daniel Dennett (1984) Er was eens een robot R1 R1 moet zijn batterij halen Die ligt op een kar PULLOUT(wagon, room) BOOM R1 heeft niet goed nagedacht over de gevolgen van zijn actie 10

11 Frame probleem: R1D1 Frame probleem: R2D1 Nieuwe versie: De robot-deducer R1D1 PULLOUT(wagon, room) Deduceert de bijeffecten van de actie Geen effect op kleur van de kamer Geen effect op grootte van robot BOOM Afleiden van alle mogelijke gevolgen kost te veel tijd. De robot-relevant-deducer R2D1 PULLOUT(wagon, room) Gebruikt alleen de relevante relaties De kleur van de kamer is irrelevant De grootte van de robot is irrelevant BOOM Bepalen van wat relevant is kost te veel tijd Frame probleem 4.3. Symbol-grounding probleem Wij zien meteen de oplossing. Echter moeilijk te bepalen hoe het model van de wereld consistent moet worden gehouden Vooral als model complex wordt Brooks: Gebruik geen representatie De wereld is zijn eigen beste model Stevan Harnad (1990): Probleem met symbolen binnen klassieke KI Geen betekenis voor systeem Alleen betekenis voor mens Mens koorts verhoging rode vlekken uitslag griep netelroos Mens 11

12 Symbol-grounding probleem Symbol-grounding probleem Voor een autonoom systeem moeten symbool betekenis hebben voor de robot Kopje Vastpakken Symbolen aarden in de werkelijkheid. Laat de robot interacteren met wereld Leer symbolen uit eigen ervaring Brooks: Wees zuinig met symbolen Wereld Talking heads 4.4. Frame-of-reference probeem Talking heads van Luc Steels (1999) Ontstaan van (gegronde) symbolen Guessing game Simon s ant on the beach Mier legt complex pad af Te interpreteren als er intelligent, maar Complexiteit is een afspiegeling van complexiteit van de wereld niet van mier Geldt ook voor ons. Zijn wij zo veel slimmer dan jaar geleden? 12

13 Frame-of-reference probeem 4.5. Moravec s paradox Frame-of-reference probleem (Pfeifer,1999) Verschil perspectief agent observeerder Complex gedrag complex systeem Gedrag = interne mechanismen + systeem-omgeving interactie Hogere cognitie blijkt door computers makkelijk te zijn Abstract denken: schaken, route plannen, rekenen Terwijl wij dat moeilijk vinden Lagere cognitie blijkt erg moeilijk Waarnemen, acties, sociale vaardigheden Terwijl wij dat als makkelijk zien Moravec s paradox Klassieke KI/Cognitie Wetenschap Evolutionaire verklaring Al miljarden jaar evolutionair aangepast om om te gaan met wereld ( makkelijk ) Abstract denken veel korten, dus minder goed op aangepast ( moeilijk ) Reden dat interactie met omgeving is onderschat De klassieke KI werkt dus niet voor robots Te weinig aandacht voor agentomgeving interactie De belichaamde cognitie als tegen reactie (jaren 80) 13

14 5. Belichaamde cognitie Verleggen van aandacht Van nadruk op cognitieve processen naar organisme en zijn wereld Complete agent: Belichaamd Gesitueerd Autonoom Instaat om te overleven Van denken naar handelen Van sense-think-act naar perceptie-actie koppelingen Korte perceptie-actie koppelingen Parallel, losjes gekoppeld Van deliberatief naar reactief Van representaties naar representatieloos Verleggen van aandacht Parallelle verwerking Rodney Brooks Elephants don t play chess (1990) Intelligence without representation (1991) the world is its own best model. It is always exactly up to date. It always has every detail there is to be known. The trick is to sense it appropriately and often enough. Aandacht voor gedrag Zo min mogelijk interne representaties Klassieke KI: sequentieel Pas aan het einde van verwerking een actie Traag Nieuwe KI: parallel Lagere processen onafhankelijk van hogere Real-time gedrag Perceptie Wereld model Geheugen Redeneren Acties plannen doelen bepalen naar doel obst. vermijden voortbewegen 14

15 Adaptatie Wat hebben vandaag behandeld? De belangrijkste taken van een agent is het overleven in de wereld De wereld is onzeker en dynamisch Adaptatie is daarom van groot belang Omgaan met nieuwe situaties Omgaan met onzekerheid Wat Kunstmatige Intelligentie is Wat een robot / autonoom systeem is Een korte geschiedenis van de robotica Problemen met klassieke opvattingen over cognitie Wat over de belichaamde cognitie Take-home message Volgende keer Intelligentie is veel meer dan goed kunnen schaken! Belichaamde cognitie Complete agent principe Nieuwe KI: de principes van Pfeifer Het slimme lichaam 15

16 Bedankt voor uw aandacht 16