Teoria poznawcza oparta na "działaniu" to przełomowa koncepcja w robotyce, w myśl której roboty uczą się "myśleć" w kategoriach "jakie działania można wykonać na obiekcie, aby osiągnąć zadany cel". Ten nowy trend w teorii poznawczej otwiera nowe, ekscytujące horyzonty.
Czyny znaczą więcej niż słowa, szczególnie jeśli jesteś robotem. Przynajmniej taka jest teoria zaproponowana na potrzeby europejskiego projektu PACO-PLUS, który powstał w celu opracowania całkowicie nowego podejścia do teorii poznawczej w robotyce.
Celem projektu PACO-PLUS jest przetestowanie przełomowej teorii o nazwie "kompleksy obiekt-akcja" (object-action complexes). Kompleksy obiekt-akcja są jednostkami z umiejętnością "myślenia przez działanie". Zasadniczo, projekt zakładał opracowanie oprogramowania i sprzętu, które pozwolą robotowi myśleć o obiektach w kategorii działań, jakie można na nich wykonać.
Przykładowo, robot może patrzeć na wszystko. Jeśli dany obiekt ma uchwyt, robot może za niego chwycić. Jeśli ma otwór, robot może potencjalnie włożyć coś w ten otwór lub spróbować napełnić go cieczą. Jeśli obiekt ma pokrywy lub drzwi, robot może je potencjalnie otworzyć.
Tak więc, obiekty nabierają znaczenia w zakresie działań, jakie robot może na nich wykonać. Takie podejście wyznacza nowe drogi dla samodzielnego myślenia robotów, gdyż sprzyja ono możliwościom pojawienia się nagłych, złożonych zachowań, powstałych spontanicznie jako konsekwencja dosyć prostych zasad.
 |
| Robot biorący udział w projekcie PACO-PLUS |
Absurdalnie prosta złożoność.
Nasz wszechświat wykazuje zdumiewającą złożoność, biorącą swe podstawy z uniwersalnych stałych i prostych zasad. Naukowcy z PACO-PLUS mają nadzieję zasymulować taki stopień złożoności - złożoności która powstaje z absurdalnej prostoty.
Pod pewnymi względami, ich podejście imituje procesy uczenia się dzieci i niemowląt. Kiedy niemowlę widzi nowy obiekt, stara się je uchwycić, zjeść lub rzucić nim w jakiś inny przedmiot. Małe dzieci uczą się metodą prób i błędów, np. tego, że okrągły kołek mieści się w okrągłym otworze - zakres działań stale się powiększa.
Oglądanie innych ludzi również wpływa na procesy poznawcze dziecka. Kolejnym etapem jest łączenie kilku działań wykonywanych na jednym obiekcie, np. chwytanie za klamkę drzwi i przekręcanie jej - tak jak to robią dorośli - w ten sposób wykonując bardziej złożone operacje.
PACO-PLUS wykorzystuje wszystkie te strategie, w celu umożliwienia robotom samodzielnego uczenia się poprzez obserwacje i praktyczne doświadczenie. Kluczowym elementem tej strategii był fakt, iż większość prac projektowych była prowadzona z użyciem człekokształtnych robotów humanoidalnych.
"Roboty humanoidalne są sztuczną, wzorowaną na człowieku konstrukcją wyposażoną w złożone i bogate możliwości percepcyjne i motoryczne, które czynią je najbardziej odpowiednią platformą do doświadczalnego badania teorii poznania i poznawczego przetwarzania informacji" wyjaśnił Tamim Asfour, lider badań grupy Humanoids Research Group w niemieckim Karlsruhe Institute of Technology (KIT) i koordynator projektu PACO-PLUS.
Jestem więc myślę
"Na potrzeby naszej pracy przyjęliśmy tezę Rodneya Brooksa, który jako pierwszy wyraźnie stwierdził, że proces poznania jest funkcją naszego postrzegania i zdolności do interakcji z najbliższym otoczeniem. Innymi słowy poznanie wynika z naszej "spostrzegawczości" i umiejętności radzenia sobie w danym otoczeniu."
Brooks, który opublikował swoją najważniejszą pracę w latach 80. XX wieku, wierzył, że ruch i interakcja ze środowiskiem stanowiły duży problem w ewolucji biologicznej. Odkąd nasz gatunek osiągnął te aspekty, stosunkowo łatwo było od tego momentu "ewoluować" na wysoki szczebel myślenia abstrakcyjnego. Brooks uważał, że bezcielesna inteligencja stanowiła problem nie do rozwiązania.
W rzeczywistości jest to odwrócenie pojęcia sztucznej inteligencji. Definicja sztucznej inteligencji przyjmuje, że budując maszynę z odpowiednio wysoką inteligencją, będzie ona w stanie dostrzegać i rozwiązywać problemy. Z kolei teoria poznawcza zakłada, że jeśli zbuduje się maszynę z odpowiednimi systemami poznawczymi i interakcji, inteligencja pojawi się sama, w sposób spontaniczny.
Naukowcy spierają się, które założenie jest właściwe, jednak po stronie teorii poznawczej stoi biologia.
Mimo postępu w robotyce, nie zbudowano jeszcze robotów, będących ucieleśnieniem człowieka, takich jakie widzieliśmy w filmie "Ja, robot". Wytwórnie Hollywood wytworzyły wyobrażenie, jak powinny wyglądać roboty przyszłości, ale rzeczywistość nie jest jeszcze w stanie sprostać takim wymaganiom. Może się jednak okazać, że europejscy inżynierowie zjednoczeni w projekcie PACO-PLUS są na dobrej drodze do przybliżenia nas do budowy takich robotów.
Naukowcy stworzyli konstrukcje robotów, które ilustrują nowe podejście do teorii poznawczej. Zespół używa idei o nazwie "kompleksy obiekt-akcja" (object-action complexes).
Kompleksy te stanowią połączenie percepcji i operacji wykonywanych na danym obiekcie. Są one rejestrowane przez robota za każdym razem gdy wykonuje jakąś akcję. Zapis przebiegu i skutków tych działań może być zapamiętany i wymieniany z innymi robotami - naukowcy mają nadzieje, że tak stworzone biblioteki "kompleksów obiekt-akcja", będzie można wymieniać pomiędzy ośrodkami badawczymi, pracującymi nad podobnymi technologiami.
To jest właśnie główna zaleta tego systemu. Podstawowym założeniem było wykazanie, że roboty mogą uczyć się nawzajem wykonywania prostych czynności, potem bardziej złożonych operacji, aż do osiągnięcia w przyszłości poziomu abstrakcyjnego myślenia.
Zespół PACO-PLUS przeprowadził wiele demonstracji z użyciem robotów humanoidalnych - wyniki jakie otrzymał są bardzo obiecujące.
Autonomiczna eksploracja.
Podczas autonomicznej eksploracji, robot może cierpliwie badać tysiące potencjalnych sposobów interakcji z obiektem, nie posiadając wcześniej pozyskanej wiedzy dotyczącej danego obiektu. Robot w miarę upływu czasu uczy się, optymalizuje swoje operacje i nabiera doświadczenia na bazie wykonanych już akcji i znajomości ich efektów.
"Pierwszą rzeczą, jaką robot będzie robić, gdy napotka nieznany obiekt, będzie podniesienie go na wysokość oczu, a następnie obrócenie obiektu tak, aby robot był w stanie go obejrzeć ze wszystkich stron." - wyjaśnił Asfour.
Widać, jak umiejętność wykonywania skomplikowanych działań może pojawić się w czasie, kiedy robot stopniowo uczy się jak posługiwać się filiżanką, dzbankiem, klamką i drzwiami. Ponieważ doświadczenie robota mającego "do czynienia" z wieloma różnymi obiektami zwiększa się, zwiększa się również liczba opcji robota. Może to prowadzić do sytuacji, gdy ucząc się obsługi różnych przedmiotów, robot włoży klucz do dziurki w drzwiach, po to, żeby sprawdzić czy taka akcja przynosi żądany rezultat.
To co stanowi rdzeń koncepcji "kompleksów obiekt-akcja" to fakt, że interakcja z otoczeniem prowadzi w miarę upływu czasu do opracowania coraz bardziej wyrafinowanych strategii, które ostatecznie tworzą inteligencję robota.
Oczywiście, autonomiczna eksploracja jest bardzo czasochłonna, warto jednak mieć na uwadze, że trzeba było setek milionów lat ewolucji inteligentnego życia, aby człowiek osiągnął obecny stopień rozwoju. Tak więc kolejną metodą nauczania robotów, która mogłaby znacznie przyśpieszyć proces rozwoju inteligencji maszyn, jest nauka przez obserwację ludzi. Inżynierowie z PACO-PLUS opracowali również taką metodę nabierania doświadczenia.
 |
| Robot biorący udział w projekcie PACO-PLUS |
Człowiek jako nauczyciel.
W metodzie tej roboty mogą czerpać inspiracje z obserwowania jak daną czynność wykonuje człowiek, np. widząc jak człowiek wyciera stół, może zasymulować wykonanie takiej samej akcji. To zadziwiające, jak łatwo przychodzi robotom naśladowanie skomplikowanych czynności, takich jak ta.
W analogiczny sposób "trener" robota może nauczyć go wykonywania złożonych zadań, jak na przykład, umieszczenie kubka w zmywarce. Na każdym etapie trener mówi do robota "otwórz zmywarkę", "chwyć ten obiekt / kubek", "umieść go w zmywarce". Z biegiem czasu, robot uczy się tego rodzaju działań.
Naukowcom udało się opracować technologie, które rzeczywiście działają według zasad teorii poznawczej, co udowodnili, pokazując możliwości zbudowanych robotów demonstracyjnych i olbrzymi potencjał jaki tkwi w takich technologiach.
Wyniki prac naukowców w ramach projektu PACO-PLUS zostały bardzo dobrze przyjęte w szerokiej społeczności robotyków, a niektórzy z nich chcą zintegrować opracowane technologie do własnych projektów.
Projekt PACO-PLUS sprawił, że robotyka poznawcza stała się jeszcze bardziej zaawansowana i jednocześnie pomógł nakreślić program badań i rozwoju tej dziedziny na następne dziesięciolecie.