Overzicht Belichaamde cognitie Gert Kootstra, Kunstmatige Intelligentie G.Kootstra@ai.rug.nl http://www.ai.rug.nl/~gert 1. Belichaamde cognitie: Een nieuwe stroming binnen de KI 2. Het simpele brein: Braitenberg 3. Sensor-motor coördinatie 4. Het slimme lichaam 5. Toekomst van Robotica 1. Belichaamde cognitie Gesitueerd en belichaamd Van nadruk op cognitieve processen naar organisme en zijn wereld Complete agent (volgens Pfeifer): Belichaamd Gesitueerd Autonoom ( automatisch) Instaat om te overleven Cognitie is primair gesitueerd Een agent staat in de wereld en kan die waarnemen belichaamd Een agent staat in de wereld en kan daar acties in uitvoeren Geen intelligentie zonder lichaam Cognitie heeft een lichaam nodig Een groot deel van ons brein is rechtstreeks gewijd aan het lichaam Je zou kunnen beweren dat het hele brein gewijd is aan het lichaam. Enige doel van brein: lichaam laten voortplanten en overleven in wereld Ons brein is geëvolueerd om samen met het lichaam om te gaan met de wereld planning van gedrag motor cortex Het brein auditieve verwerking, semantiek, geheugen somatosensorisch cortex dorsale visuele pad visuele verwerking cerebellum motor control 1
Verleggen van aandacht Representatieloos Van denken naar handelen Van sense-think-act naar parallelle perceptie-actie koppelingen Van deliberatief naar reactief Van representaties naar representatieloos 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. Denk ook aan het frame probleem en symbolgrounding probleem Parallelle verwerking Adaptatie Klassieke KI: sequentieel Sense-think-act 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 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 2. Braitenberg vehicles Principe van ecologische balans Valentino Braitenberg, Vehicles: Experiments in Synthetic Psychology. (1984) 14 vehicles Complete agents Steeds complexer Het principe van ecologische balans 1. Balans capaciteiten -uitdagingen uitdaging FLOW capaciteit 2
Principe van ecologische balans Developmental robotics 2. Balans sensoren en actuatoren Begin, simpele sensoren en actuatoren Gradueel complexer Versimpelt leren Stap voor stap leren Motor babbling: leer oog-hand coördinatie Grijp reflex Leer objecten Braitenberg Vehicle 1 Getting arround Stukje uit Noorderlicht documentaire Het simpele brein Vehicle 1 1 sensor 1 motor versterkende verbinding Complexiteit in wereld geeft complexer gedrag Vanuit menselijk perspectief Houdt van koud, niet warm Vehicle 1 Getting arround Vehicle 2 - Fear and Aggression Ook in natuur: Euglena 2 sensoren 2 actuatoren versterkende verbinding 2a en 2b interessant 3
Vehicle 2 Fear and Aggression Vehicle 2 Fear and Aggression Vehicle 2a fear Van bron af, langzamer als verder Vehicle 2b aggression Op bron af, sneller als dichterbij 3 vehicles 2b, 2 met lamp Emergent gedrag 2 zitten vast 3 e komt helpen Frame-of-reference Wij zeggen helpen Is natuurlijk geen motivatie van robot Vehicle 3 Love and Explore Vehicle 4 Values and Special Tastes Inhiberende verbindingen 3a love Naar bron, stopt dichtbij 3b explore Van bron af, langzaam dichtbij Vehicle 4 Niet-lineaire activatiefuncties Hogere intensiteit resulteert niet in proportionele stijging in activatie Vehicle 4 Values and Special Tastes Vehicle 4 Values and Special Tastes Agent zit lang stil en beweegt plotseling als de wereld veranderd Eerst vehicle 2b, naar lamp Dichterbij, vehicle 3b van lamp af Denkt de agent diep na over wat hij gaat doen? 4
Vehicle 1-4 3. Sensor-motor coordinatie Simpele reactieve systemen Toch complex gedrag Moeilijk exact te voorspellen Twee aspecten Van sensor naar motor Van motor naar sensor Puur reactief Geen adaptatie, geen geheugen Insecten: het gebruik van beweging Afstand bepaling Door eigen beweging: optical flow Centering respons Reguleren v snelheid Veilige landing Bewegingsparallax speed Beweging waarnemen Sensor-motor coördinatie Synthetische benadering Reichardt detector Objectherkenning Exploratie van het object Gebruiken in robotica 5
Sensor-motor coördinatie 4. Het slimme lichaam Waarneming in de natuur is een actief proces Door actief waar te nemen wordt de waarneming veel simpeler Noodzakelijk een complete agent Lichaam en cognitie spelen beide een rol bij het oplossen van problemen Hoe slimmer het lichaam, hoe simpeler de cognitie Slimme perceptie Slimme actie Welke sensoren Slim plaatsen van sensoren Sensoren aangepast aan ecologische niche Roofdieren: scherp zicht, gefocust Prooidieren: weids zicht Nachtdieren: infrarood, sonar Teek kan zweet waarnemen Feromonen: mieren (communicatie) Voorbeelden Roofdier: ogen vooruit, prooidier: ogen aan de zijkant Slim ontwerp van sensoren Filmpjes Hoge resolutie kegels in fovea (gele vlek) Scherp beeld op selectieve plaatsen Kost minder rekenkracht Basketbal passes tellen Kaarttruc 6
Slimme perceptie Slimme acties Selectieve aandacht Fysiek en mentaal aandacht richten Hoge resolutie fovea Oogbewegingen Mentale aandacht Hierdoor rekenkracht van brein slim gebruiken Gebruik maken van externe krachten 1. Erg gecontroleerd, veel energie/rekenkracht 2. Passive dynamic walking: Gebruik maken van zwaartekracht Slimme acties Slimme acties Maak het de perceptie makkelijk Stabilisatie van het lichaam Cheetah Insecten Waarneming van wereld simpeler Maak het de cognitie/aansturing makkelijk PD walker heeft weinig controle nodig Minder vrijheidsgraden: vis Iida Het slimme lichaam: sociale interactie 5. Toekomst van Robotica Kismet Simpel gedrag, maar uiterlijk doet vermoeden dat Kismet complex enintelligent is Tot in jaren 80 Nadruk voor deliberatieve processen Daarna Nadruk op reactieve processen Nadruk op subsymbolisme Heden en toekomst Hybride systemen 7
Reactief? Hybride systemen Problemen met puur reactiviteit Geen reflexie over eigen gedrag Daardoor niet adaptief Niet kunnen leren van ervaringen Daarom tegenwoordig focus op Lerende systemen Kunstmatige evolutie Drie lagen architectuur De deliberator: voorspellingen en plannen voor toekomst De sequencer: geheugen, huidige toestand De controller: reactief, constant interactie, doelen van boven Wereld DARPA challenge Vandaag besproken Race door de woestijn Laag: blijf op de weg Hoog: Route planning, doelen We kunnen veel verklaren / bereiken met simpele systemen Met een slim lichaam heeft het brein het makkelijker Reactief is goed, maar voor een volledige verklaring van intelligentie is meer nodig Take-home message Lichaam en geest zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden (i.t.t. het Cartesiaanse dualisme) Bedankt voor uw aandacht 8