Pátek 29. března 2024, svátek má Taťána
130 let

Lidovky.cz

Umělý mozek se dovede učit

Věda

  11:13
PRAHA - Američtí vědci vytvořili robota, který se sám vzdělává. Jeho smyslové senzory zkoumají okolí a umělý mozek se pak přizpůsobuje získaným poznatkům.

Díky tomu by měl robot snadněji obstát v měnícím se prostředí.

Malé dítě se batolí po podlaze, na níž leží spousta kostek. Bere je do rukou a zkoumá, jak z blízka vypadají či jak chutnají. Největší zájem u batolete vzbuzují kostky ozdobené pruhy.

Popsaný průzkum okolí je řízen instinkty. Zájem dětí probouzejí nápadné předměty, důležité je vše si ohmatat, případně to i ochutnat. A právě tyto činnosti pomáhají proměnit miliardy netrénovaných nervových buněk v plně funkční mozek.

Podobně jako malé dítě se však může chovat také stroj. Výmluvně to ukazuje práce amerických výzkumníků z Neurologického institutu v kalifornském La Jolla, o níž informovalo jedno z listopadových vydání populárně-vědeckého časopisu New Scientist. Jeff Krichmar s kolegy vytvořil robota, který si na podlaze poseté kostkami počíná jako batole. Stroj nazvaný Darwin VII svým vzhledem sice připomíná odpadkový koš, má však dvacet tisíc umělých neuronů a jeho schopnosti podle výzkumníků odpovídají osmnáctiměsíčnímu dítěti. A to už je na robota opravdu úctyhodný výkon.

Hledání energie nebo čištění podlahy
První model neuronu, buňky s několika krátkými a jedním dlouhým výběžkem, vytvořili Američané Warren McCulloch a Walter Pitts již v roce 1943. Šlo vlastně o matematickou funkci, do které vstupovaly signály přicházející ze sousedních neuronů. Výsledek pak putoval do dalších modelů nervových buněk. Vznikla tak složitá soustava funkcí nazývaná neuronová síť.

Umělé nervové buňky měly však k těm skutečným velmi daleko. Byly zpravidla schopné plnit pouze dílčí úkoly. „Dosud se v praxi využívaly neuronové sítě spojující většinou jen několik desítek, nejvýše stovek pevně uspořádaných neuronů. Ty neumožňovaly řešit příliš složité úlohy, jakými může být ,rozumné' chování samostatného robota v reálném prostředí, například vyhledávání zdrojů energie nebo čištění podlahy,“ popisuje současnou situaci ing. Libor Přeučil, CSc. z katedry kybernetiky Elektrotechnické fakulty ČVUT v Praze.

Stroje chytřejší než lidé?

Prozkoumávají okolní prostředí a „nasávají“ nové poznatky, které pomáhají formovat jejich mozek.

Popsaným způsobem rozvíjejí své schopnosti mláďata většiny živočichů. V poslední době však řada odborníků upozorňuje, že by se podobně mohly učit také stroje. Mnozí vědci, kteří se specializují na umělou inteligenci, také poukazují na důležitou roli těla: Jedině robot vybavený různými chapadly a senzory simulujícími smyslové vnímání se totiž podle jejich názoru může sám učit novým poznatkům.

Někteří vědci se dokonce domnívají, že počítače začnou vítězit nad lidmi v celé řadě oblastí. Jedna generace robotických zařízení by pak třeba mohla vyprodukovat další, o něco inteligentnější generaci.

Podle Jiřího Wiedermanna, ředitele Ústavu informatiky Akademie věd ČR, by se tak teoreticky mohl nastartovat téměř nekonečný cyklus vývoje, který by v jistém smyslu spěl ke stále vyšší inteligenci.

Fakt, že je zdárný vývoj mozku výrazně ovlivněn okolním prostředím, svými experimenty dokázala už v roce 1970 dvojice britských vědců. Colin Blakemore a Graham Cooper z Cambridgeské univerzity umístili čerstvě narozená koťata do temného prostoru.

Zhruba pět hodin denně trávila polovina z nich v bílé bedně pomalované výhradně černými vodorovnými pruhy. Výběh určený pro zbylá koťata „zdobily“ svislé pruhy. Po pěti měsících vědci obě skupiny zvířat vypustili do přirozeného prostředí.

Ukázalo se, že koťata, která dosud žila ve světě vodorovných linií, nevnímají svislé obrysy věcí. Zvířata ze „svisle vyzdobené krabice“ zase při svém pohybu nebrala v úvahu vodorovné linie.

Protože koťatům chyběly určité obrazové vjemy, nerozvinuly se u nich všechny neurony zrakové kůry.

V poslední době však začali počítačoví odborníci úzce spolupracovat s neurology. Ukazuje se, že když chceme, aby se stroj přizpůsoboval okolním podmínkám tak pružně jako živý organismus, musíme napodobit strukturální uspořádání mozku. Neurologové v mozcích savců identifikovali stovky různých oblastí, každá je ve skutečnosti specializovanou neuronovou sítí. A z podobných principů vychází nový robot amerických vědců.

Odměna za nalezení pruhovaných kostek
Jak se tedy Darwin VII vlastně chová? Během jednoho z úkolů, které pro něj vědci připravili, sbírá kovovými čelistmi kostky rozházené po podlaze laboratoře a zkoumá, co je na nich nakreslené.

Počítačová obrazovka badatelům zároveň ukazuje, jaké neurony se při těchto činnostech u robota aktivují. V tomto případě se „rozsvítila“ část odpovědná za rozpoznávání grafických vzorů. Umělý mozek je složen z několika specializovaných oblastí.

Motorické centrum řídí pohyb robota, zrakové centrum má na starosti „přečtení“ příslušného obrazce, podařilo se napodobit dokonce i činnost nervového přenašeče dopaminu - hormonu, který se u lidí uvolňuje, pokud zažívají libé pocity. Stroj tak za nalezení pruhovaných kostek získal dopaminovou odměnu, což ho povzbudilo k další aktivitě.

Snažil se tedy najít ještě nějaké pruhované kostky. Pouhý pohled na ně aktivoval motorické centrum. Robot totiž už očekával, že se ke kostkám vydá, uchopí je a získá odměnu v podobě dopaminu.

Při opakování úkolu se reakční doba postupně zkracovala. Robot se naučil, že pokud najde pruhovanou kostku, čeká ho odměna. Tento poznatek se následně odrazil i v pružnější komunikaci mezi příslušnými oblastmi umělého mozku.

Kamera místo očí
Stroj své schopnosti neustále zdokonaluje učením. Okolní prostředí zkoumá hned několika smysly. Zrak nahrazuje kamera, sluch mikrofon, nechybí ani hmatové a chuťové senzory. Darwin VII při svém vzdělávání využívá metodu pokusů a omylů.

Způsob propojení jednotlivých nervových buněk pak odpovídá výsledkům učení.
Během procesu učení se neurony seskupují do shluků, které se zaměřují na řešení specifických úloh. V případě změny podmínek - prostředí, druhu řešené úlohy - se může systém „doučit“ potřebné dovednosti tím, že vytvoří nové specializované shluky nebo upraví strukturu těch již existujících.

„Chování neuronové sítě se díky tomu více blíží chování živých inteligentních organismů, i když nejvýše na úrovni primátů nebo několikaměsíčních dětí,“ hodnotí projekt Libor Přeučil.

Za pozornost podle něj stojí také samotný rozsah sítě, kterou robot disponuje. Dosud totiž vědci zpravidla propojovali řádově menší množství umělých neuronů.

Hledáme dvojníky, originál však stále chybí
Klíčem ke schopnostem Darwina VII je uspořádání umělého mozku. Při jeho vytváření vědci do počítačového programu zakódovali zákonitosti platné pro mozek potkanů a opic.

Na rozdíl od dřívějších systémů však uspořádání jednotlivých center velmi věrně kopíruje realitu. Jeff Krichmar získal potřebné údaje ze široké škály publikovaných výzkumů, během nichž odborníci zobrazovací metodou tzv. magnetickou rezonancí sledovali reakce mozku na zrakové, čichové a další podněty.

O fungování mozku toho dnes víme hodně. Vyčerpávající informace však přesto stále nejsou, a patrně ještě dlouho nebudou, k dispozici. Vědci se tak vlastně snaží vytvořit dvojníka, i když ještě dobře neznají samotný originál.

Situaci komplikuje také fakt, že na stávajících počítačích pracují systémy napodobující mozek velmi pomalu. „Simulace neuronových sítí je výpočetně poměrně náročná především proto, že běžný počítač pracuje sekvenčně, modeluje tedy chování jednotlivých neuronů postupně,“ upozorňuje Libor Přeučil.

Mozek savců však může potřebné kalkulace provádět současně v několika miliardách nervových buněk. Proto má také ve srovnání s konvenčními počítači obrovskou „výpočetní kapacitu“.

Výrazné zrychlení počítačů by přinesl až nový hardware. Někteří badatelé již začali vyvíjet křemíkové čipy napodobující chování skutečných neuronů. „Kdyby se v budoucnosti podařilo modelovat vztahy mezi mnoha neurony organizovanými do neuronové sítě, ať už na bázi polovodičů nebo organických látek, mohl by vzniknout nový a velmi výkonný nástroj pro řešení problémů umělé inteligence,“ odhaduje Libor Přeučil.

Vědci vytvořili Darwina VII mimo jiné proto, aby lépe porozuměli fungování lidského mozku. Mohou zaznamenávat změny tisíců nervových spojení, k nimž dochází při zkoumání prostředí a při učení robota.

Darwinův mozek tak dovoluje otestovat některé teorie neurologů. „Nic takového nám skutečný mozek neumožní,“ poznamenává na stránkách časopisu New Scientist Jeff Krichmar.

Mnozí vědci se dokonce domnívají, že by Darwin a jemu podobní roboti mohli znamenat určitý přelom v přístupu k umělé inteligenci. Schopnost učit se jim umožní „přežít“ v měnícím se prostředí. Mohou si tyto stroje také jednoho dne začít uvědomovat svou existenci? Jeff Krichmar je přesvědčen, že ano.

Autor: