Úvod do umělé inteligence


DUBITO, ERGO COGITO – COGITO, ERGO SUM.

Pochybuji, tedy myslím – myslím tedy jsem.

René Descartes

Základním dilematem, kterému musí čelit prakticky každý vědec zabývající se vyššími stupni umělé inteligence je problém toho kde takové inteligenci stanovit hranice, jak daleko je možno zajít aniž by takový vývoj nebyl nebezpečný nebo zbytečný. Kde vlastně končí umělá inteligence a začíná vědomí a schopnost samostatného uvažování? … a zde je ten problém, smyslem vývoje umělé inteligence je vývoj co nejsamostatnější jednotky, která bude minimálně závislá na vnějších vstupech, jenže jestliže už něco bude nezávislé, bude to opravdu dělat to co má a nebude se věnovat jiné činnosti, které bude schopen … vždyť v dnešní době vidíme příznaky, ať už v hollywoodských filmech nebo v i v odborných knihách pojednávajících o umělé inteligenci i seriózně, prakticky každý se bojí dosažení hranice vědomí, protože co má vědomí, myslí samo za sebe, pokud to myslí samo za sebe, má to pochybnosti, pokud to má pochybnosti, je to schopno emocí, pokud je to schopno emocí, může to mít strach, vztek — co když to ztratí pocit úcty ke svému tvůrci?! … to je ona bájná hranice, které se nutně musíme dotknout a kterou se každý boji překročit …

Definice umělé inteligence

Umělá inteligence je široký pojem zahrnující více pohledů na problematiku samostatnosti jednání strojů či programů, ale začněme od začátku, od toho co si vlastně představíme, když uslyšíme pojem „Inteligence“…

… z vědeckého hlediska existují dva pohledy na inteligenci jako takovou, první je ten, že inteligence je přirozeným důsledkem procesu získávání zkušeností pomocí metodiky chyb/omylu a jejich následného řešení, to je tzv. pohled biologický, pak je však také aspekt matematický, kdy inteligence není vlastně ničím jiným než komplexní reakcí na jednoduchý podnět, neboli se jedná o systém kdy je reakce pečlivě předpřipravená a podle postupu problému se přizpůsobuje větev, po které program postupuje .

Avšak oba tyto přístupy v dnešní době narážejí na zásadní problém a to je kreativita myšlení, většina programů dnes považovaných za umělou inteligenci velice často končí v místě kdy narazí na zcela neznámý problém, který se ani nepodobá ničemu s čím se setkali či mají předem naprogramováno, neboli naráží zde na bariéru kreativního myšlení, které je velice specifickou schopnosti neurální sítě živých tvorů, když člověk narazí na něco co nezná, zkoumá to do doby než pochopí princip či funkci a následně tuto věc využije …

Bohužel však tato schopnost dnes chybí i těm nejvyvinutějším umělým systémům.

Kdy to vše začalo …

Již v antickém Řecku se snaží Aristoteles najít „pravidla myšlení“  neboli  sylogismy, které jsou základem logiky.V 17.století přišli filozofové jako Descartes,Pascal či Hobbes s otázkou,zda stroje jsou schopny myslet.Avšak jejich závěry jsou čistě filozofické a nepátrají už po tom ,jak toho stroje mohou dosáhnout.Mezi další významné osobnosti podílející se na a výzkumu a vývoji umělé inteligence patří Charles Babbage,Marvin Minsky či Alan Turing.Alan Turing,zakladatel moderní informatiky, se zabýval dlouhodobě možnostmi inteligentních strojů a je autorem myšlenky tzv. Turingova testu.

Turingův test říká že můžeme stroj považovat za inteligentní pokud nejsme schopni odlišit jeho lingvistický výstup od lingvistického výstupu člověka.(viz. Obr. 1)

Současnost:

Již před nějakou dobou se vědci rozdělili v pohledu na vývoj umělé inteligence na několik táborů, první tábor věří ve vývoj vlastního vědomí pomocí toho, že nechají počítač se „sám učit“, neboli jej budou zásobovat slovy a výrazy, které ve výsledku on mění v dotazy a konstruktivní úvahy, na které se pak ptá lidí a ti mu odpovídají v podobě ano/ne a tím postupně zvyšují jeho „IQ“ , tento projekt už běží mnoho let a mnoho let ještě poběží, ale dotazy které počítač klade, jsou stále více komplexní a stále vice smysluplné, takže to vypadá, že tento postup vede k cíli, ale je omezen? Kdo ví … druhým táborem jsou pak zasloužilí matematici, kteří věří ve fakt, že všechno na světě se řídí matematicky dokazatelnými zákony a tak i reakce vědomí není ničím jiným než předem stanovenou rovnicí/vzorcem, který přesně stanovuje a determinuje chování každého tvora, tento teoreticky přístup má své výhody i nevýhody, vzniklý produkt se sice chová jako samostatný jedinec, ale ve skutečnosti díky zákonitostem je předvídatelným a každá jeho reakce je vcelku jasná předem, jeho reakce působí komplexně, ale je to opravdu známka inteligence nebo jen „opičení“? Dalším přístupem je cesta elektro-mechanická, neboli metodika vybudování syntetizované neuronické sítě, dnes se mluví o tzv. pozitronové matici, která má svými vlastnostmi simulovat chování stimulované nervové sítě, tedy vytvářet částicové vazby, které simulují tvorbu neuronických synapsí v mozku živých tvorů, tento postup vypadá asi jako největši sci-fi, ale ve skutečnosti díky novým technologiím dosáhl tento směr v posledních letech velkého pokroku, ale není až tolik preferovaný vzhledem k celkem pochopitelným vysokým nákladům vzhledem k použitým materiálům.

Praktické aplikace umělé inteligence

Jedno z nejzásadnějších odvětví, kde se umělá inteligence může uplatnit,  je zdravotnictví, neboť směřuje právě k minimalizaci škod na lidském těle a vůbec různých vstupních poškození po nástrojích. Neboli se směřuje právě k využití různých miniaturních nástrojů a strojového vybavení, neboť lidské ruce operatéra potřebují opravdu hodně prostoru a velkého poškození okolní tkáně. Moderní aplikace těchto strojů jsou popravdě ne až nteligentní, ale stále mají dostatek „rozumu“ aby chránily operatéra i pacienta před operačními chybami. Nicméně již dnes je ve vývoji nový prototyp od Innovative Technologies, Da Vinci Mk. II, který má plně aplikovat integrovanou umělou inteligenci a být schopen rozpoznat jednotlivé orgány, kosti a další části těla a interaktivně je zobrazovat a to jak v trojrozměrném prostoru, tak navíc doporučovat vhodná místa pro řezy a vstupy. Ovšem je vcelku samozřejmé, že daný přistroj bude mít vysoké pořizovací i provozní náklady a lidé mají výrazně velkou obavu z užitečnosti takto drahého přístroje.

Blízká budoucnost:

Další možnou zdravotnickou aplikací jsou dnes v Japonsku vyvíjené pokročilé inteligentní protézy, většina z nich je schopna vcelku jasně číst impulzy podkožních nervů ve zbytcích končetin a jsou schopny je upravit tak aby je převedly na pohyby jednotlivých částí protetické končetiny a tím zcela simulovat funkci dané končetiny a dojít právě k tomu, že se stane plnohodnotnou náhradou ztracené části těla. V tuto chvíli vzniká ve spolupráci Festo technologies a Mitsubishi Advanced Robotics projekt simultálních končetin, tedy plně náhradních spodních končetin pro lidi jenž ztratili obě nohy, případně verze pro ty jež utrpěli těžké poškození míchy a nejsou schopny své nohy ovládat. Tento projekt využívá pokročilých animatronických technologií založených na úspěšných designech Festo v kombinaci s vysoce pokročilou umělou inteligencí, která plně interaktivně řídí veškeré pohyby dvou plně kybernetických končetin, které se starají o to, aby uživatel měl maximální pohodlí a pocit jednoduchosti pohybu, avšak v projektu se objevil jeden zásadní problém, který brzdí jeho aplikaci v praxi a tím jsou kluzké povrchy, neboť je prakticky nemožné dosáhnout rovnováhy, pokud dojde k podklouznutí na tomto povrchu. Zatímco problém řízení jednotky za pomocí snímání nervových podkožních impulsů řeší Creative Labs Naudine v Paříži, s řešením rovnováhy a schůdnosti povrchu se designeři obrátili na firmu Boston Technologies, která na tomto poli slavila před nedávnem velké úspěchy s projektem pro obrannou vojenskou agenturu DARPA s vývojem vojenského autonomního robota pro pohyb v těžkých terénech BigDog.(viz. Odkaz 2) Prozatím jsou toto jediné dostupné informace o tomto projektu, avšak jeho autoři slíbili prototyp produktu do roku 2012, nechme se tedy překvapit. Nicméně tento fakt jasně dokazuje, že aplikace umělé inteligence není nutná vždy jen u autonomních systémů. Navíc schopnost této protetiky se adaptivně učit je nepostradatelná, neboť naprogramovat veškeré činnosti, případně materiály se kterými se člověk setká v každodenním životě, se rovná prakticky nemožnému. Již dnes můžeme vidět prototypy strojů schopných manipulovat se žárovkami, vajíčky a jinými předměty, většinou se jedná o precizně naprogramované automaty, avšak na poslední výstavě mechatroniky v Bostonu byl představen stroj, který přestože nebyl naprogramován na manipulační činnosti, byl se schopen sám „zamyslet“ nad tím co a jak má dělat aby přenášenou věc nepoškodil, jednalo se o produkt firmy Festo založený na jejich inovativní technologii senzorického vnímání počítačových systémů.

Realita dnešní doby (jak UI ovlivňuje náš svět už dnes) :

Hudba …

Prozatím asi nejvíc vyspělou samostatně se učící umělou inteligencí je Meanbot, virtuální muzikant, který je schopen samostatně skládat hudbu neboť díky svému „umělému mozku“ je schopen interaktivně zkoušet jednotlivé variace hudebních tónů až dosáhne harmonie, tím složí novou skladbu, může se to na první pohled zdát jako spíše matematická úloha, jenže on této harmonie dosahuje „citem“, nikoli za pomocí nějaké rovnice či předpisu, který mu toto stanovuje. (viz. Odkaz 1)

Zdravotnictví …

První operační robot  byl původně vyvinut pro letadlové lodě firmou Intuitive Surgical v roce 1995 v Americe a o pět let později  přichází do lékařské praxe první klinický robot . Dohromady  používají lékaři na celém světě okolo 500 robotů z nichž v ČR je můžeme najít alespoň na osmi  operačních sálech. První nemocnice, která tohoto robota v roce 2005 získala je pražská Nemocnice Na Homolce. (viz. Obr.3,4)

„Pouhých“ 45 milionů kč . Bohužel tato suma není konečná , jelikož nesmíme zapomenout na fakt že nástroje  mají omezený počet použití( zhruba 15 použití ), aby byly zaručeny požadované parametry. A jeden takovýto nástroj vyjde na 110 000 kč.(viz. Obr. 5)
A kolik tento robot stojí?

Složení robota

[1]Robotický systém da Vinci se skládá ze tří základních součástí, které dohromady tvoří funkční celek: ovládací konzole, operační konzole a videověž. Jedná se o víceramenný systém (2 či 3 ramena ovládají nástroje + 1 rameno pohybuje kamerou), který simuluje pohyby lidských rukou v těle pacienta. Lékař sedí u ovládací konzoly (ta může být umístěna i mimo operační sál), vidí pomocí stereoskopického zobrazovacího kanálu třírozměrně operační pole, ovládá pomocí joysticků nástroje v „rukách“ robota, které přes miniaturní vpichy v kůži pacienta precizně provádějí vlastní výkon v těle pacienta.[1]

Ovládací konzole

[1]Je to místo, ze kterého operatér provádí svou práci a ovládá veškeré pohyby uvnitř těla pacienta. Kromě dvou joysticků, které kopírují rozsahy chirurgova zápěstí a přenášejí je na ramena a nástroje operační části přístroje, jsou zde dalším ovládacím prvkem nožní pedály. Těmi se ovládá koagulace, zaostření kamery a přepínání na další pracovní ramena.

Průběh operace chirurg sleduje v zobrazovacím zařízení, které mu zprostředkovává reálné prostorové zobrazení operačního pole. Prostorový obraz, s jehož pomocí lze rozlišit hloubku prostoru, umožňuje intuitivní ovládání, zejména určení polohy nástrojů uvnitř těla pacienta.[1]

[2]Chirurg pohnul rukama a robotická ramena se dala do pohybu. Vzápětí se ozvalo hlasité hvízdání. V případě, že má Da Vinci inteligentní pochybnosti, třeba pokud chirurg navede ramena do pohybu, při němž by došlo k jejich zkřížení, robot se zastaví a spustí signalizaci. Teprve když chirurg potvrdí, že povel byl správný, pokračuje v práci. [2]

Výhody:
  • naprostá přesnost díky tomu, že se mu neklepou ruce, klouby ohne kam potřebuje a nástroje otočí o 360° aniž by mu to činilo nějaké problémy
  • poradí si i v místech, kam by se lidský operatér nedostal bez toho aniž by nemusel rozříznout tělo v délce několika decimetrů
  • žádné velké jizvy, zkrácení hospitalizace a léčení
Nevýhody:
  • peněžně náročný
  • potřeba lidského vedení

 

Citace:

[1]   http://scienceworld.cz/aktuality/prvni-gynekologicka-operace-robota-da-vinci-5113

[2]  http://reflex.cz/clanek25338.htm

Odkaz 1: http://www.youtube.com/watch?v=EzjkBwZtxp4&feature=related

Odkaz 2: http://www.youtube.com/watch?v=cHJJQ0zNNOM&feature=related

 

Použité zdroje

http://www.boston.com/news/world/middleeast/articles/2005/01/07/technology_serving_new_war_amputees/

http://www.urlesque.com/tag/robots/

http://cs.wikipedia.org/wiki/Umělá_inteligence

http://www.manifestation.com/neurotoys/eliza.php3

http://www.volny.cz/habiballa/publ/umint.pdf

http://ui.fpf.slu.cz/diplomky/umela_inteligence/UI.html

Epocha 15/09

http://209.85.135.132/search?q=cache:CdzkpsaBTq0J:gerstner.felk.cvut.cz/biolab/33LI/Slides/Robchir.ppt+da+vinci+1200&cd=5&hl=cs&ct=clnk&gl=cz&client=opera

http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2006042109

, , ,