Een geschiedenis van de robotica 2. Complete...

1

Een geschiedenis van de robotica

Gert Kootstra, Kunstmatige [email protected]

http://www.ai.rug.nl/~gert

Gert Kootstra, Seniorenacademie maart 2008

Overzicht

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?

1.2 Autonome systemen en robotica

1.3 Wat leren we van robotica?

1.4 Meten van intelligentie


1.1. Wat is kunstmatige intelligentie?

› Kunstmatige Intelligentie

▪ Ontwikkelen van slimme machines (engineering)

▪ Onderzoeken wat ‘intelligentie’ is (cognitie wetenschap)

2


1.1. Wat is kunstmatige intelligentie?

Kunstmatige Intelligentie

Cognitiewetenschap

Psychologie

Filosofie

Bewegings-wetenschap

Biologie

Neuro-fysica

Taalkunde


KI@RuG en slimme machines

› Agressiedetectie

› Schrijveridentificatie

?


?

‘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


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

3


Intelligentie is meer!

› Klassieke visie

▪ Op cognitieve processen gericht

▪ Negeert de interactie met de wereld

› Moderne blik op intelligentie:

▪ Kunnen overleven in de wereld

•Perceptie

•Cognitie

•Actie


1.2. Autonome systemen en robotica

› 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

› Autonome systemen

▪ Mensen

▪ Dieren

▪ Bacteriën

▪ …

▪ Robots

AutonoomSysteem

Wereld

perceptie actie

Systeem in interactie met de wereld


1.3. Wat leren we van robotica?

› Al het intelligente leven dat wekennen 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

4


Wat leren we van robotica?

› Inspiratie van natuurlijke systemen

› Kennis uit kunstmatige systemen

inspiratie

kennis


1.4. Meten van intelligentie

› IQ test

▪ Eén waarde voor vele facetten van intelligentie

› Intelligentie van computer

▪ Turing test

▪ Schaken

▪ Robocup


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


Schaken

› Schaken is lang een testbedgeweest voor KI

› In 1997 won deep-blue vanKasparov

› Intelligentie?

▪ Hard rekenen, 200 milj. stelling p. sec

▪ Grote database met oplossingen voor eindspelen

5


Robocup

› Turing test en schaken meten geen belichaamde intelligentie

› Robocup een test voor robot intelligentie

Small-sized league Rescue league


2. Een complete agent

› Complete agent / autonoom systeem

▪ Zelfstandig kunnen overleven in de (echte) wereld

▪ Focus op interactie met omgeving

› Is niet …


Incompleet: alleen perceptie

› Bv in KI

▪ Schriftherkenning

▪ Spraakherkenning

› Bv in neurofysica

▪ Werking van het oog

▪ Oriëntatie specifieke cellen (Hubel & Wiesel)

AutonoomSysteem

Wereld

perceptie actie


Incompleet: alleen cognitie

› Bv in KI

▪ Schaakcomputers

▪ Expertsystemen(mycin)

› Bv in neurofysica

▪ Rol van temporele kwab in taal

AutonoomSysteem

Wereld

perceptie actie

6


Incompleet: alleen actie

› Bv in KI

▪ Lopende robots

▪ Industriële robotarm

› Bewegingswetenschap

▪ Werking spieren

AutonoomSysteem

Wereld

perceptie actie


Complete agent

› Alles heeft invloed op elkaar

› Intelligentie niet in isolatie bestuderen

› KI

▪ Autonome robots

AutonoomSysteem

Wereld

perceptie actie


3. Geschiedenis van de robotica

3.1 Mechanische tijdperk

3.2 Elektronische tijdperk

3.3 Digitale 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 eenprogrammeerbare automaton

› Leonardo da Vinci (1515):

▪ Kunstmatige leeuw

7


Mechanische tijdperk

› Leonardo da Vinci (1495): Eerste humanoiderobot

▪ 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



› Friedrich Kaufmann (1810):Mechanische trompetspeler

▪ Techniek vergelijkbaarmet draaiorgels


In de kunst

› Karel Čapek (1921)

▪ “Robot” gebruikt in toneelstukRossum’s Universal Robots

› Isaac Asimov (1950):

▪ I, Robot

8


3.2. Elektronische tijdperk

› W. Grey Walter

▪ Neurofysioloog

› Elmer en Elsie

▪ Phototaxis

▪ Lichtsensoren

▪ 2 motoren

▪ Simpelekoppeling

Draa wegVeel licht

Rij vooruitLicht

Draai rondGeen licht

ActieWaarneming


Elektronische tijdperk

› Resultaten

▪ Snel en reactief gedrag

▪ Heel erg simpel, toch complex gedrag

▪ Emergent gedrag

• Spiegel

• Batterij leeg

▪ Interactie met de wereldbepaalt grotendeels gedrag


3.3. Digitale tijdperk

› Opkomst van de computer in jaren 60

› Cognitivistische benadering

▪ Cognitie als computation

▪ Computer metafoor van intelligentie

▪ Symbool verwerking


Digitale tijdperk

› Functionalisme

▪ Intelligentie besturen op niveau van computationele processen

▪ Los van het fysieke systeem

9


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


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


Digitale tijdperk

› Shakey, eerste digitale robot (1966-1972)

▪ Grotendeels volgens symbol system theorie


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

10


4. 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


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


4.2. Frame probleem

› Wat zijn relevante zaken voor het up-to-date houden van de wereldrepresentatie

▪ Wat blijft hetzelfde?

▪ Wat verandert?

› Geïllustreerd met verhaal door Daniel Dennett (1984)


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

11


Frame probleem: R1D1

› Nieuwe versie: De robot-deducer R1D1


▪ 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


▪ 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”


4.3. Symbol-grounding probleem

› Stevan Harnad (1990): Probleem met symbolen binnen klassieke KI

▪ Geen betekenis voor systeem

▪ Alleen betekenis voor mens

Mens Mens

griepkoorts

verhoging

rode vlekken

uitslag

netelroos

12


Symbol-grounding probleem

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

Wereld

Kopje Vastpakken


Symbol-grounding probleem

› Symbolen aarden in de werkelijkheid.

▪ Laat de robot interacteren met wereld

▪ Leer symbolen uit eigen ervaring

› Brooks: Wees zuinig met symbolen


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 slimmerdan 10.000 jaar geleden?

13


Frame-of-reference probeem

› Frame-of-reference probleem (Pfeifer,1999)

▪ Verschil perspectief agent observeerder

▪ Complex gedrag ≠complex systeem

▪ Gedrag = interne mechanismen + systeem-omgeving interactie


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


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


Klassieke KI/Cognitie Wetenschap

› De klassieke KI werkt dus niet voor robots

▪ Te weinig aandacht voor agent-omgeving interactie

› De belichaamde cognitie als tegen reactie (jaren ’80)

14


5. Belichaamde cognitie

› Van nadruk op cognitieve processen naar organisme en zijn wereld

› Complete agent:

▪ Belichaamd

▪ Gesitueerd

▪ Autonoom

▪ Instaat om te overleven


Verleggen van aandacht

› Van denken naar handelen

› Van sense-think-act naar perceptie-actiekoppelingen

▪ Korte perceptie-actie koppelingen

▪ Parallel, losjes gekoppeld

› Van deliberatief naar reactief

› Van representaties naar representatie-loos


Verleggen van aandacht

› Rodney Brooks

▪ Elephants don’t play chess (1990)

▪ Intelligence without representation (1991)

▪ “the world is its own best model. It is alwaysexactly up to date. It always has every detail there is to be known. The trick is to sense itappropriately and often enough.”

› Aandacht voor gedrag

› Zo min mogelijk interne representaties


Parallelle verwerking

› Klassieke KI: sequentieel

▪ Pas aan het einde vanverwerking een actie

▪ Traag

› ‘Nieuwe’ KI: parallel

▪ Lagere processen onaf-hankelijk van hogere

▪ Real-time gedragvoortbewegen

obst. vermijden

naar doel

doelen bepalen

Perceptie

Wereld m

odel

Geheugen

Redeneren

Acties plannen

15


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


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


Take-home message

› Intelligentie is veel meer dan goed kunnen schaken!


Volgende keer

› Belichaamde cognitie

▪ Complete agent principe

▪ Nieuwe KI: de principes van Pfeifer

▪ Het slimme lichaam

16

Bedankt voor uw aandacht

Een geschiedenis van de robotica 2. Complete...

Documents

Transcript of Een geschiedenis van de robotica 2. Complete...