Радхика Нагпал: Чему искусственный интеллект может научиться у стаи рыб

В первые годы своего студенчества я отправилась плавать с маской и трубкой недалеко от Багамских островов. До этого, на самом деле, я никогда не плавала в океане, поэтому мне было немного страшновато. Что мне запомнилось больше всего, когда я опустила голову в воду и пыталась усердно дышать через трубку, так это огромная стая рыб в желто-черную полоску, которая плыла прямо на меня… И я просто замерла. И потом, как будто вдруг передумав, стая подплыла ко мне, но вдруг резко свернула вправо и обогнула меня. Это было просто завораживающе. Возможно, многие из вас побывали в такой ситуации. Конечно, я говорю про цвет, про красоту, но также и про единство, как будто это была не сотня рыб, а единое целое с единым коллективным разумом, который принимал решения. Когда я оглядываюсь назад, я думаю, что тот опыт в результате определил мою будущую карьеру.

Я ученый, и я занимаюсь искусственным интеллектом. И ключевая тема в ИИ — это понимание разума путем создания вычислительных систем, которые демонстрируют разумное поведение, как мы видим его в природе. Самые популярные взгляды на ИИ, конечно, приходят из научной фантастики и кино, и я лично большой поклонник «Звездных войн». Но там, как правило, крайне человеко-ориентированный вид интеллекта. Когда вы думаете о стае рыб, или когда я думаю о стае скворцов, это похоже на совсем другой вид интеллекта. Во-первых, любая рыба просто крошечная по сравнению с размером целой стаи, поэтому кажется, что у каждой отдельной особи должен быть ограниченный и близорукий взгляд на происходящее, и что интеллект на самом деле присущ не одной особи, а выступает свойством, принадлежащим всей группе.

Во-вторых, и это то, что я все еще нахожу наиболее примечательным: мы знаем, что нет лидеров, контролирующих эту рыбную стаю. Вместо этого невероятное поведение коллективного разума возникает исключительно из взаимодействий одной рыбы с другой. Так или иначе, есть такие взаимодействия или правила взаимодействия между соседними рыбами, позволяющие им действовать сообща.

Поэтому для ИИ возникает вопрос: что это за правила взаимодействия, приводящие к такому виду интеллекта, и можем ли мы создать свои собственные?

И это основной вопрос, над которым я и моя команда работаем в лаборатории. Мы работаем с помощью теории, глядя на системы абстрактных правил и размышляя о стоящей за всем этим математике. Мы также делаем это с помощью биологии, тесно сотрудничая с экспериментаторами. Но в основном мы используем робототехнику, где мы пытаемся создать наши собственные коллективные системы, которые могут делать то, что мы видим в природе, или по крайней мере приблизиться к этому.

Одной из наших первых задач на пути робототехники было создание нашей собственной колонии из тысячи роботов. Это очень простые роботы, но их можно запрограммировать, чтобы они проявляли коллективный разум, и нам это удалось. Вот так выглядит один робот. Он довольно мал, размером с четвертак, и вы можете программировать его движения, но еще он может поддерживать беспроводную связь с другими роботами и измерять расстояние до них. Итак, теперь мы можем начать программировать общение или правила взаимодействия между соседями. И как только мы создадим эту систему, мы можем начать программировать много разных правил взаимодействия, которые вы видите в природе.

Так, например, спонтанная синхронизация, когда зрители вдруг начинают хлопать все в едином ритме или светлячки светятся вместе. Мы можем программировать правила формирования объектов, подобно тому, как клетки в ткани определяют, какую роль они возьмут на себя, и формируют наши тела. Мы можем программировать правила миграции, и таким образом мы действительно учимся у природы.

Но мы можем пойти еще дальше. Мы можем принять правила, которые узнали от природы, объединить их и создать совершенно новое коллективное поведение согласно нашей модели.

Так, например, представьте, что у вас два разных типа правил. Итак, первое правило — это правило движения, где движущийся робот может двигаться вокруг других стационарных роботов. Второе правило — это правило шаблона, где робот меняет цвет на основе цветов двух ближайших соседей. Если я начну с того, что просто задам роботам какие-то позиции, оказывается, этих двух правил достаточно, чтобы группа могла сама выстроиться в линию. А если у меня более сложные правила шаблонов и я разработаю правила исправления ошибок, то мы сможем создать очень сложные модели самосборки. Вот как это выглядит.

Здесь вы видите тысячу роботов, работающих вместе над созданием буквы «К». «К» лежит горизонтально. И главное, никто не управляет этим процессом. Любой робот взаимодействует только с небольшим числом роботов рядом с ним, он использует свое правило движения, перемещаясь по полупостроенной структуре, просто ища себе место, основываясь на правилах и образцах. И хотя ни один из роботов не делает ничего идеально, правила таковы, что мы можем заставить коллектив достигнуть цели надежно и вместе. И возникает иллюзия, понимаете — вы просто перестаете совсем замечать, что это отдельные роботы, они становятся единым целым, как стая рыб.

Итак, это роботы и их правила в двух измерениях, но мы также можем придумать роботов и правила в трех измерениях. Что, если бы мы могли создавать роботов, которые умели бы строить? Здесь мы можем найти вдохновение у социальных насекомых. Вспомните о термитах-строителях или о кочевых муравьях, которые создают невероятные, сложные по структуре гнезда из грязи и даже из собственных тел. И как система, которую я показала вам раньше, эти насекомые на самом деле также имеют свои правила и образцы, которые помогают определить, что строить, но образец может состоять из других насекомых или из грязи. И мы можем использовать ту же идею для создания правил для роботов.

Здесь вы видите имитацию нескольких таких роботов. Такой робот знает правило движения, то есть как пройти через структуру в поиске подходящего места для себя, и он знает правило, по которому, глядя на группы кубиков, он решит, нужно ли размещать кубик именно там. И с подходящими правилами движения и образцами, мы можем фактически заставить роботов строить все, что захотим. И, конечно, все хотят собственную башню.

Как только у нас есть эти правила, можно начинать создание роботов, которые работают по ним. Итак, вы видите робота, который может взбираться по кубикам, но он также может поднимать и перемещать эти кубики, и он может изменять объект, на котором находится. Но с такими правилами можно представить себе только один вид робота. А ведь можно представить много разных видов роботов. Можно представить роботов, которые могли бы перемещать мешки с песком и помогать строить дамбы, или мы могли бы придумать роботов, сделанных из мягких материалов, работающих вместе, укрепляя рухнувшее здание, — то есть одни и те же правила, но для разных типов роботов. Или если, как и моя группа, вы полностью одержимы бродячими муравьями, возможно, однажды мы сделаем роботов, преодолевающих любые препятствия, включая своих собратьев, и собирающих объекты из себя самих. Как только вы понимаете правила, становится возможным создание большого разнообразия видов роботов.

И, возвращаясь к плаванию с маской и трубкой, мы действительно многое понимаем в правилах, которыми пользуются стаи рыб. И если мы сможем придумать подходящую для этого форму тела, то, возможно, есть будущее, в котором моей группе удастся поплавать со стаей рыб собственного производства.

Каждая из систем, которую я вам показала, приближает нас к математическим и концептуальным инструментам для создания собственной версии коллективной силы, и это можно будет применить в разных формах — роботы, которые строят барьеры от наводнений, или роботизированные пчелиные колонии, опыляющие урожаи, или подводные стаи роботов, присматривающие за коралловыми рифами, или, достигнув звезд, мы задумаемся о программировании созвездий спутников. В каждой из этих систем способность понимать, как разработать правила взаимодействия, и умение создавать слаженное коллективное поведение становятся ключами к реализации этих идей.

Итак, до сих пор я говорила о правилах для насекомых, рыб и роботов, но как на счет правил, применимых к человеческому коллективу? И последняя мысль, с которой я хочу вас оставить, — это что сама наука, конечно же, являет собой невероятное проявление коллективного разума, но в отличие от красивых стай рыб, которых я изучаю, я чувствую, что перед нами еще очень длинный эволюционный путь. Поэтому помимо работы над улучшением науки о сообществах роботов я также работаю над созданием роботов и правил, которые улучшат наше собственное научное общество. Мне нравится одно высказывание: кто занимается наукой, тот решает, что она делает. Представьте себе общество, где были бы правила, при которых каждый ребенок рос, веря, что он может быть на моем месте, может стать технологом будущего, или где каждый взрослый считал бы, что он обладает способностью не просто понять, но и изменить то, как наука и техника влияет на их повседневную жизнь. Как бы выглядело это общество? Я верю, что это возможно. Я верю, что мы можем выбирать правила и создавать не только роботов, но и наш человеческий коллектив, и когда мы этого достигнем, это будет прекрасно.

Перевод: Полина Гантман
Редактор: Инна Купер

Источник