Robot otvára nové možnosti nielen v oblasti vývoja autonómnych robotov, ale aj v oblasti výskumu raného vývoja poznania u detí.
Tím docenta Matěja Hoffmanna umiestnil robota iCub do postieľky s jednoduchou hračkou, ktorá sa pohybuje (foto vpravo z videa iCub_in_the_crib_test). Zdroj: iStock/Liudmila Chernetska; Matej Hoffmann/iCub_in_the_crib_test1
Robot iCub napodobňuje správanie polročného dieťaťa. Výskum vedcov z Fakulty elektrotechnickej Českého vysokého učenia technického (FEL ČVUT) v Prahe v spolupráci s Hamburskou univerzitou a Université Paris Cité vo Francúzsku môže vďaka jedinečnému prepojeniu robotiky, umelej inteligencie a vývojovej psychológie priniesť nové poznatky do oblasti poznania vývoja ľudského mozgu.
Robot v postieľke
Vedci z FEL ČVUT sa snažia porozumieť jednej z kľúčových otázok vývoja ľudského poznania. Ako sa malým deťom utvára vnímanie tela a vzťah príčina a následok? Pomocou humanoidného robota iCub simulujú klasický experiment americkej psychologičky Carolyn Roveeovej-Collierovej s postieľkou, nad ktorou je zavesená hračka. Tá je prepojená s končatinou dieťaťa, ktoré sa tak učí, že môže vlastným pohybom ovplyvniť svoje okolie.
Tím docenta Matěja Hoffmanna umiestnil robota iCub do postieľky s jednoduchou hračkou, ktorá sa pohybuje, keď robot jednou z končatín zatiahne za šnúrku. Pomocou umelej neurónovej siete sa iCub učí rozpoznať, ktorá z jeho končatín hýbe objektom, a začne ju aktívne používať – rovnako ako polročné dieťa. Výsledkom je algoritmus, ktorý napodobňuje raný senzoricko-motorický vývoj.
„Zaujíma nás, čo musí obsahovať umelý mozog, aby sa dokázal správať podobne ako ten detský,“ vysvetľuje Matěj Hoffmann, ktorý riadi Laboratórium humanoidnej robotiky na Katedre kybernetiky FEL ČVUT. „Cieľom nie je len vývoj robotov, ale aj hlbšie porozumenie vývoju ľudského poznania.“
Zapojili aj psychológov
Na výskume sa podieľajú aj psychológovia, ktorí oceňujú prínos robotiky pre modelovanie vývoja detí. „Experiment s robotom iCub nám dáva jedinečnú možnosť overiť teoretické predpoklady vývojovej psychológie na celkom kontrolovateľnom systéme,“ hovorí dr. Sergiu T. Popescu, vývojový psychológ pôsobiaci vo výskumnej skupine FEL ČVUT v Prahe. „Vďaka robotickému modelu môžeme lepšie pochopiť, ako sa dieťa učí rozlišovať, že jeho pohyb ovplyvňuje svet. Ide o zásadný okamih vo vývoji, keď si dieťa po prvýkrát uvedomuje, že svojím vlastným konaním môže meniť svoje okolie.“
Význam výskumu: modelovanie poznania od základov
Prvé poznatky tímu z FEL ČVUT v Prahe vychádzajú zo simulovaného prostredia, kde je robotické dieťa zjednodušené na priame prepojenie neurónov s pohybom virtuálnych končatín (preprint článku: A computational model of infant sensorimotor exploration in the mobile paradigm). Výskum prináša prvý podrobný výpočtový model, ktorý napodobňuje kľúčový mechanizmus detského poznania. Simulácia mobilnej paradigmy ukazuje, že robot sa dokáže naučiť pohybovať špecificky tou končatinou, ktorá spôsobuje odozvu – podobne ako ľudské dieťa. Aktuálne experimenty pracujú s plnohodnotným detským robotom v postieľke. Telo robota, poloha poležiačky a celý kontext je pre pochopenie, ako si dojčatá osvojujú základné schopnosti, kľúčový.
Základné mechanizmy učenia
Model využíva neurónovú sieť s predikčným mechanizmom a modul na exploráciu. Robot aktívne vyhľadáva pohyby, ktorých výsledok je preň prekvapivý, a tak sa učí viac o svojom tele aj prostredí. Autori v sérii tzv. ablačných štúdií ukazujú, že bez predikcie, motorického šumu či dostatočného počtu „svalových príkazov“ sa správanie robota od ľudského dieťaťa zásadne líši. Model tiež napodobňuje menej častý jav extinkčného výbuchu – krátkodobého zvýšenia aktivity po odoberanie podnetu.
„Naše výsledky ukazujú, že pre učenie je kľúčová nielen schopnosť pohybu, ale aj schopnosť tvoriť predikcie a reagovať na ich naplnenie,“ dopĺňa doc. Matěj Hoffmann.
Model poskytuje dôkaz, že základné mechanizmy učenia – prekvapenie, motivácia k objavovaniu a predikcia – môžu vzniknúť bez externých odmien, čisto z vnútornej organizácie. Autori plánujú model ďalej rozvíjať o faktory, ako je nuda, pozornosť alebo viac typov podnetov. Tento prístup otvára nové možnosti nielen v oblasti vývoja autonómnych robotov, ale aj v oblasti výskumu raného vývoja poznania u detí.
Čo hovoria medzinárodní experti
„Mobile paradigm je jednoduchý, a pritom mimoriadne presvedčivý experiment, ktorý vývojoví psychológovia používajú na štúdium toho, ako sa deti učia pohybovať a poznávať svet na základe spätnej väzby prostredia. Zavesený objekt je pripojený ku končatine dieťaťa a len čo dieťa zistí, že jeho pohyb objekt rozhýbe, začne túto končatinu používať častejšie. Testovanie humanoidného robota v tejto oblasti je užitočný spôsob, ako overiť algoritmy, ktoré umožňujú robotom pohyb a objavovanie. Také experimenty môžu pomôcť vytvoriť robotov, ktorí sa učia podobne ako deti – prostredníctvom aktívneho skúmania a vnímania súvislostí medzi svojimi činmi a následkami,“ hovorí prof. J. Kevin O’Regan, emeritný riaditeľ výskumu z Université Paris Cité vo Francúzsku, ktorý sa na výskume tiež podieľal.
Robot iCub: dieťa medzi robotmi
Robot iCub je humanoidným robotom, ktorého navrhol Taliansky technologický inštitút (IIT) v Janove na výskum poznania a interakcie s prostredím. Meria viac ako jeden meter, veľkosťou zodpovedá štvorročnému dieťaťu a jeho telo ovláda 53 elektromotorov. Vníma svet prostredníctvom dvoch kamier (očí), mikrofónov (sluchu) a tisícov dotykových senzorov zabudovaných v tzv. elektronickej koži. Práve táto kombinácia z neho robí ideálneho kandidáta na výskum, ktorý prepája robotiku, umelú inteligenciu a vývojovú psychológiu.
Pražská skupina výskumníkov z Katedry kybernetiky FEL ČVUT v Prahe získala robota iCub v rámci projektu Výskumného centra informatiky. Je to prvý robot svojho druhu v Česku a jeden z mála, ktorý beží na otvorenom softvéri, čo umožňuje jeho ďalší vývoj v spolupráci s medzinárodnou komunitou.
Videozáznam experimentu s robotom si môžete pozrieť na tomto odkaze.
Zdroj: TS FEL ČVUT
(zh)
