Een geschiedenis van de robotica

Overzicht 1. Kunstmatige intelligentie en robotica

Een geschiedenis van de robotica

2. Complete agent 3. Geschiedenis van robotica

Gert Kootstra, Kunstmatige Intelligentie [email protected] http://www.ai.rug.nl/~gert

4. Problemen 5. Belichaamde cognitie Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

1. Kunstmatige intelligentie en robotica 1.1

Wat is kunstmatige intelligentie?

1.2 Autonome systemen en robotica

1.1. Wat is kunstmatige intelligentie? › Kunstmatige Intelligentie ▪ Ontwikkelen van slimme machines (engineering)

1.3 Wat leren we van robotica? 1.4 Meten van intelligentie Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

▪ Onderzoeken wat ‘intelligentie’ is (cognitie wetenschap)

Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

1

1.1. Wat is kunstmatige intelligentie?

Biologie

KI@RuG en slimme machines › Agressiedetectie

Cognitie wetenschap Psychologie

Neurofysica

Kunstmatige Intelligentie

› Schrijveridentificatie Filosofie

Taalkunde

Bewegingswetenschap


‘Kunstmatig’ intelligentie bestuderen › De synthetische benadering: ▪ Niet analyseren, maar… ▪ “Leren door te bouwen” › Alles moet gespecificeerd worden ? ▪ Geen ‘black box’ ▪ Niet ‘wat’, maar ‘hoe’ bestuderen › Makkelijker experimenteren Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

?


Wat is intelligentie? › Klassieke visie op intelligentie ▪ Goed geheugen hebben ▪ Goed kunnen redeneren ▪ Goed kunnen schaken ▪… › Daar richtte klassieke KI zich op ▪ bv Deep Blue Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

2

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 Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

Autonome systemen en robotica › Autonome systemen ▪ Mensen ▪ Dieren ▪ Bacteriën ▪… ▪ Robots

Autonoom Systeem perceptie

actie

Wereld

Systeem in interactie met de wereld Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

› Klassieke KI levert geen complete agent, geen autonoom systeem op › Autonoom systeem: ▪ Zelfstandig kunnen overleven in de (echte) wereld ▪ Focus op interactie met omgeving


1.3. Wat leren we van robotica? › 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 Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

3

Wat leren we van robotica? › Inspiratie van natuurlijke systemen › Kennis uit kunstmatige systemen inspiratie

kennis


Turing test › 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 Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

1.4. Meten van intelligentie › IQ test ▪ Eén waarde voor vele facetten van intelligentie › Intelligentie van computer ▪ Turing test ▪ Schaken ▪ Robocup


Schaken › 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 Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

4

Robocup › Turing test en schaken meten geen belichaamde intelligentie › Robocup een test voor robot intelligentie

2. Een complete agent › Complete agent / autonoom systeem ▪ Zelfstandig kunnen overleven in de (echte) wereld ▪ Focus op interactie met omgeving › Is niet …

Small-sized league

Rescue league Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

Incompleet: alleen perceptie


Incompleet: alleen cognitie

› Bv in KI Autonoom Systeem perceptie

Wereld

actie

▪ Schriftherkenning ▪ Spraakherkenning

› Bv in neurofysica ▪ Werking van het oog ▪ Oriëntatie specifieke cellen (Hubel & Wiesel)

› Bv in KI Autonoom Systeem perceptie

actie

▪ Schaakcomputers ▪ Expertsystemen (mycin)

Wereld

› Bv in neurofysica ▪ Rol van temporele kwab in taal



5

Incompleet: alleen actie › Bv in KI Autonoom Systeem

▪ Lopende robots

Complete agent Autonoom Systeem perceptie

perceptie

actie

▪ Industriële robotarm

actie

› Alles heeft invloed op elkaar › Intelligentie niet in isolatie bestuderen

Wereld Wereld

› KI › Bewegingswetenschap

▪ Autonome robots

▪ Werking spieren


3. Geschiedenis van de robotica 3.1 Mechanische tijdperk 3.2 Elektronische tijdperk


3.1. Mechanische tijdperk › Homerus in the Ilias (800-750 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

3.3 Digitale tijdperk



6

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

Mechanische tijdperk › 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 › Friedrich Kaufmann (1810): Mechanische trompetspeler ▪ Techniek vergelijkbaar met draaiorgels


In de kunst › Karel Čapek (1921) ▪ “Robot” gebruikt in toneelstuk Rossum’s Universal Robots › Isaac Asimov (1950): ▪ I, Robot



7

3.2. Elektronische tijdperk › W. Grey Walter ▪ Neurofysioloog › Elmer en Elsie ▪ Phototaxis ▪ Lichtsensoren ▪ 2 motoren ▪ Simpele koppeling

Elektronische tijdperk

Waarneming

Actie

Geen licht

Draai rond

Licht

Rij vooruit

Veel licht

Draa weg


3.3. Digitale tijdperk › Opkomst van de computer in jaren 60 › Cognitivistische benadering ▪ Cognitie als computation ▪ Computer metafoor van intelligentie ▪ Symbool verwerking


› Resultaten ▪ Snel en reactief gedrag ▪ Heel erg simpel, toch complex gedrag ▪ Emergent gedrag • Spiegel • Batterij leeg ▪ Interactie met de wereld bepaalt grotendeels gedrag Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

Digitale tijdperk › Functionalisme ▪ Intelligentie besturen op niveau van computationele processen ▪ Los van het fysieke systeem


8

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 Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

Digitale tijdperk › Shakey, eerste digitale robot (1966-1972) ▪ Grotendeels volgens symbol system theorie

Digitale tijdperk › 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 Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

Digitale tijdperk › 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

4. Problemen met klassieke KI 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

Algemeen probleem Frame probleem Symbol-grounding probleem Frame-of-reference probleem Moravec’s paradox


4.2. Frame probleem › Wat zijn relevante zaken voor het up-todate houden van de wereldrepresentatie ▪ Wat blijft hetzelfde? ▪ Wat verandert? › Geïllustreerd met verhaal door Daniel Dennett (1984)


4.1. Algemeen problemen met klassieke KI › 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 Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

Frame probleem: R1 › 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

Frame probleem: R1D1 › 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.

Frame probleem: R2D1 › 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 › 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” Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008


4.3. Symbol-grounding probleem › Stevan Harnad (1990): Probleem met symbolen binnen klassieke KI ▪ Geen betekenis voor systeem ▪ Alleen betekenis voor mens koorts Mens

verhoging rode vlekken

griep Mens netelroos

uitslag Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

11

Symbol-grounding probleem

Symbol-grounding probleem

› Voor een autonoom systeem moeten symbool betekenis hebben voor de robot

› Symbolen aarden in de werkelijkheid. ▪ Laat de robot interacteren met wereld ▪ Leer symbolen uit eigen ervaring

Kopje

Vastpakken

› Brooks: Wees zuinig met symbolen Wereld Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

Talking heads › Talking heads van Luc Steels (1999) ▪ Ontstaan van (gegronde) symbolen ▪ Guessing game


4.4. Frame-of-reference probeem › 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 10.000 jaar geleden?



12

Frame-of-reference probeem › Frame-of-reference probleem (Pfeifer,1999) ▪ Verschil perspectief agent observeerder ▪ Complex gedrag ≠complex systeem ▪ Gedrag = interne mechanismen + systeem-omgeving interactie


Moravec’s paradox › 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 Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

4.5. Moravec’s paradox › ‘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 Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

Klassieke KI/Cognitie Wetenschap › De klassieke KI werkt dus niet voor robots ▪ Te weinig aandacht voor agentomgeving interactie › De belichaamde cognitie als tegen reactie (jaren ’80)


13

▪ 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 Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

› Klassieke KI: sequentieel ▪ Pas aan het einde van verwerking een actie ▪ Traag › ‘Nieuwe’ KI: parallel ▪ Lagere processen onafhankelijk van hogere ▪ Real-time gedrag

Acties plannen

› Rodney Brooks

Parallelle verwerking

Redeneren

Verleggen van aandacht


Geheugen


› 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

Wereld model

› Van nadruk op cognitieve processen naar organisme en zijn wereld › Complete agent: ▪ Belichaamd ▪ Gesitueerd ▪ Autonoom ▪ Instaat om te overleven

Verleggen van aandacht

Perceptie

5. Belichaamde cognitie

doelen bepalen naar doel obst. vermijden voortbewegen


14

Adaptatie › 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


Take-home message › Intelligentie is veel meer dan goed kunnen schaken!


Wat hebben vandaag behandeld? › › › ›

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


Volgende keer › Belichaamde cognitie ▪ Complete agent principe ▪ Nieuwe KI: de principes van Pfeifer ▪ Het slimme lichaam


15

Bedankt voor uw aandacht

16

Een geschiedenis van de robotica

Recommend Documents