Grandiózní výzvy pro dlouhodobý výzkum v informatice Jiří Wiedermann Ústav informatiky AV ČR Částečně podporováno grantem 1ET100300419
Jaké problémy máme na mysli Důkaz Fermatovy věty (splněno) Lidé na měsíci (splněno) Léčba rakoviny (pracuje se na tom) Přečtení genomu (splněno) Podstata gravitace (pracuje se na tom) Teorie všeho ve fyzice (pracuje se na tom) Hilbertův program mechanizace matematiky (zlyhal v r. 1930 – Goedlův důkaz nemožnosti)
2
Příklady z informatiky Vyřešit P vs. NP problém (otevřeno) Splnění Turingova testu (pracuje se na tom) Verifikační kompilátor Mistrovský šachový program (splněno) Mistrovský GO program (pracuje se na něm) Automatický překlad (pracuje se na tom)
3
Kriteria pro „grandiózní výzvy“ (dle T. Hoara):
Pramení z vědecké zvědavosti ohledně základů, povahy a mezí vědecké discipliny
Entuziasticky ji podporuje celá vědecká komunita, i ta část, která se projektu neúčastní
Má mezinárodní rozměr, účast je věcí národní cti
Je srozumitelná, vzrušuje laickou i odbornou veřejnost křížem přes vědní disciplíny
Byla formulován dávněji, ale stále odolává
Jde dále, než se zdálo původně možné, vyžaduje vývoj nových technik a nástrojů
Vyžaduje řízenou spolupráci mezi jednotlivci, týmy, vědeckými školami
Stimuluje soutěž, a těží z ní, je zřejmé, kdo vyhrává a kdo ne
Vyžaduje spolupráci mezi teoretiky i praktiky
Dají se identifikovat podcíle, jejichž dosažení samo o sobě přináší vědecký či ekonomický prospěch dokonce i v případě, že zbytek projektu selže
Musí být zřejmé, zda byly cíle dosaženy, případně do jaké míry
Vede k radikální změně paradigmat, vymyká se užívaným postupům a znalostem
Na její řešení pravděpodobně nestačí komerčně motivovaný evoluční progres
Všechna kriteria nemusí platit současně! 4
Velké výzvy pro informatiku, CRA USA
Paralelní výpočty (Vishkin)
E-Science Cyber Infrastructures
Porozumění (ne pouze výpočetní) samoorganizaci (Brooks)
Distribuovaná inteligence na Internetu
Integrace informací (Ullman)
Internet další generace
Důvěryhodné výpočty a komunikace
Makrosystémy
Zdánlivá přítomnost (telepresence) lidí na zemi i v planetárním systému (NASA)
Autonomní počítače (IBM)
Počítačem řízený imunitní systém Rozšířená realita pro všechny Digitální genius
Programovací prostředí
Uživatelsky přítulný Internet
Vše prostupující počítání (HP)
Molekulární elektronika (HP)
Jediný věčný, univerzální a všudypřítomný učící se program
Přežívající bezdrátové ad hoc sítě
Počítače a komunikace pro všechny
Sensorické bezdrátové sítě, monitorování jevů, sledování šíření katastrof
Kontextově-vědomé komunikace a výpočty
Výpočetní politika (rozpočtování versus volby) a žurnalistika Petascale Computing
5
Výzvy pro UI, CMU
6
Výzvy pro IT, dle EC 1. The 100% Safe Car 2. The Multilingual Companion 3. The Service Robot Companion 4. The Self-Repairing and Self-Monitoring Computer 5. The Internet Police Agent 6. The Disease and Treatment Simulator 7. The Augmented Personal Memory 8. The Pervasive Communication Jacket 9. The Personal Everywhere Visualiser 10.The Ultra-light Aerial Transport Agent 11.The Intelligent Retail Store ftp://ftp.cordis.lu/pub/ist/docs/2004_grand_challenges_web_en.pdf 7
Velké výzvy pro informatiku, Velká Britanie In Vivo - In Silico: the Virtual Worm, Weed and Bug Science for Global Ubiquitous Computing Memories for Life: Managing Information over a Human Lifetime Scalable Ubiquitous Computing Systems The Architecture of Brain and Mind Dependable Software Evolution Journeys in Non-classical Computation http://www.nesc.ac.uk/esi/events/Grand_Challenges/proposals/index.html 8
Jednotící pohled Global Ubiquitous computing
Ne-klasické výpočty
Makroskopické výpočetní a komunikační systémy
Scalable ubiquitous computing Dependable System Evol.
Kognitivní počítačové a robotické systémy
Memories for life Umělý život a vtělené UŽ systémy
9
Journeys to Non-classic Computing
Brain & Mind Architecture in Vivo – in Silico
Ne-klasické výpočty Neuronové sítě Neuniformní interaktivní evoluční výpočty • Internet, společenství živých organizmů
Molekulární výpočty • Imunitní systémy
Kvantové výpočty • Paralelismus na sekvenčním hardware
Relativistické výpočty • Nekonečné výpočty v konečném čase 10
Hyperpočítače: překonání turingovy bariéry Nekonečné výpočty v konečném čase
Padající pozorovatel
Signál „Ano“ Černá díra Singularita Malament-Hogarthova událost
Obíhající počítač
Vnitřní horizont Co lze a co nelze vypočítat je záležitostí fyziky
G. Etesi, I. Nemeti: Non-Turing computations via Malament-Hogarth space-times, Int. J. Theor. Phys. 41 (2002) 11
Makroskopické výpočty a komunikace Fixní (ne-mobilní) sítě (Internet) Bezdrátové sítě • Ad hoc • Sensorické
mobilní imobilní
•Celulární amorfní sítě
Amorfní výpočty
12
Umělý život Vlastnosti života nezávislé na medii v němž existuje V čem vězí rozdíl mezi živou a neživou hmotou Vznik života (v umělém vesmíru) Mechanismus evoluce Existuje neomezený evoluční růst složitosti? Jaká je výpočetní síla evoluce? 13
Příklad: autopoietický automat
Program 1
Program 1
Empty
•Existuje umělý vesmír, ve kterém lze realizovat autopoietické automaty s vlastnostmi: •Neomezený nárůst složitosti
Program 2
Program 2 •Nerozhodnutelnost udržitelné evoluce Empty
14
Kognitivní systémy Nástin neurální architektury kognitivního agenta emoce Motorické příkazy Multimodální informace
Senzomotorické orgány
kogitoid Motorické příkazy Exterocepce + prorpriocepce + Standardní pocity
Zrcadlové neurony
„on-line“ režim
emoce 15
Schéma myšlení kognitivního agenta
Multimodální informace
Základ myšlení: z „vypnutí“ percepce z potlačení realizace motoriky z zrcadlové neurony doplní motorické instrukce percepcí z naučené zkušenosti
kogitoid Motorické příkazy
Zrcadlové neurony
Agent funguje podobně jako předtím, avšak zpracovává „virtuální“ data, funguje v „off-line“ režimu, je virtuálně situovaný
16
Spárování mysli a těla v humanoidním kognitivním agentu
percepce Multimodální Zrcadlové neurony informace motorika cogitoid motorika
17
Evoluční rozvoj mentálních schopností Od vrozených reflexů k intencionalitě přes emoce či afekty „Ukotvení“ elementárních akcí v kontextu a senzomotorice Rozlišení mezi sebou a jinými (self), imitace elementárních akcí Imitace posloupností akcí pomocí učení Počátky komunikace prostřednictvím „body language“, pomocí „čtení mysli“ a empatie Přidávání vokalizace a její asociace s motorikou posunků, později s motorikou (vlastních) mluvidel Rozvoj „slovníku“ porozumění a „přístupu“ do něj prostřednictvím slov (jakoby nárůst počtu senzorů) Evoluční rovnováha mezi nárůstem množství rozlišovaných slovních podnětů a velikostí mozku Přímá aktivace konceptů prostřednictvím slov Počátky myšlení: nejprve hlasité „mluvení k sobě“, později převažují pohyby mluvidel, ale postupně význam pohybů klesá; příkazy k vyslovování jsou přímo asociovány s „významy“ slov Myšlení jako „utlumené“ senzomotorické akce 18
Marvin Minsky, „otec“ umělé inteligence: „Vědomí je obrovský kufr, který obsahuje snad 40 až 50 různých mechanismů, které jsou složitými interakcemi propojeny do jedné rozsáhlé sítě“ Pokus o současnou definici: o Schopnost přemýšlet o minulých, současných i očekávaných událostech, prožitcích a motorických aktivitách (svých či ostatních agentů), popsat je ve vysoko-úrovňovém, „tělově – nezávislém“ jazyku, a také „realizovat“ tento popis o Popsat v jazyku pozorované akce či okolí, vysvětlit je, napodobit je, vysvětlit následky nějakých akcí
Test na vědomí <> Turingův test 19
Jaký je smysl podobných iniciativ Formulace a šíření grandiózních vědeckých výzev urychluje rozvoj vědy tím, že se úsilí soustřeďuje především na revoluční nežli evoluční posun základního poznání a navazujících technologií.
20
