PORT → Informační technologie → Ruka, která se učí

Mark Londesborough: Vlak.

Petra Londesboroughová: Nebo je to mašinka?

Mark Londesborough: Ne, to je vlak!

Michael: Here it goes through the tunnel.

Jede tunelem.

Mark Londesborough: Here it goes through the tunnel.

Jede tunelem.

Tereza: To je žralok? Má zuby.

Je to neuvěřitelné a úžasné pozorovat a zároveň aktivně napomáhat rozvoji dovedností takovýchto malilinkatých Homo sapiens.

Michael: Obzvláště, jsou-li vaše vlastní.

Tereza: Samozřejmě dochází i k rozvoji inteligence. To je taky žralok? Ukaž.

Michael: It’s a whale.

To je velryba.

Tereza: Whale?

Velryba?

Michael: That’s a whale.

To je velryba.

Michael: Klíčovou úlohu tu hraje proces postupného učení. Jsou to cvičení a opakovaná zkušenost, které společně vytvářejí a posilují nervové spoje.

Tereza: Právě ony umožňují odpovídající reakci na daný podnět. Tam. Dej to tam, jasně. Navrhnout a vlastníma rukama postavit přístroj s umělou inteligencí, který by se sám uměl rozhodnout, co a kdy a jak udělá – to je úkol, na kterém pracují dnešní vědci.

Michael: Obor, který se touto problematikou zabývá, je robotika. Spojuje znalosti elektroniky, strojírenství, mechaniky a programování.

Tereza: A právě proto jsme tady – na Elektrotechnické fakultě ČVUT v Praze. Dobrý den.

Michael: Dobrý den, pane doktore. Tak můžeme dál? Prosím.

Tereza: Děkuji.

Filip: Ve vstupní hale míjíme Foucaultovo kyvadlo – známý experiment, potvrzující otáčení Země kolem její osy. Rušné pražské ulice zůstaly nad námi a my sestupujeme do podzemí. V bývalých sklepích sídlí speciální laboratoř s unikátním zařízením.

Michael: Tím unikátem je tato robotická ruka.

Tereza: Pozor, to není ledajaká ruka!

Michael: Ne. Tahle ruka – pozor! – se umí učit.

It has a growing intelligence.

Její inteligence se zvyšuje.

Tereza: Naši vědci společně s kolegy z Německa, Francie a Švýcarska vytvářejí robotický systém, který se učí, jak najít kostku správné barvy a tvaru. Volá Německo.

Ing. Vladimír Smutný, katedra kybernetiky, Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze: Hello, Gilles, how are you in Berlin?

Nazdar Gillesi, jak se máš v Berlíně?

Prof. Dr. Gilles Blanchard, Ústav matematiky, Postupimská univerzita, Berlín, Německo: Hello, Vladimir, So greetings from Berlin. I’m fine.

Ahoj Vladimíre, zdravím z Berlína. Jsem v pořádku.

Ing. Vladimír Smutný, katedra kybernetiky, Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze: We prepare the experiments. Could you run it?

Připravujeme experimenty. Mohl bys je řídit?

Prof. Dr. Gilles Blanchard, Ústav matematiky, Postupimská univerzita, Berlín, Německo: Yes, sure. So we shall test our…

Ano, jistě. Otestujeme tedy naše …

Filip: Představujeme vám Projekt MASH. Ne, vůbec nesouvisí se známým americkým televizním seriálem z dob Korejské války. Anglická zkratka MASH zde znamená „obrovské soubory heuristik“.

Filip: Vstoupili jsme totiž do fascinujícího světa umělé inteligence. Světa strojů, které se samy dokážou učit a rozhodovat. Zde v laboratoři pod Karlovým náměstím jsme ovšem teprve někde na začátku. U takzvaného strojového učení. Specialisté v projektu MASH hledají a vyvíjejí algoritmy, tedy soubory přesných instrukcí a kroků, jakými je možné vyřešit zadaný úkol.

Filip: V nehostinné krajině Marsu se už od ledna 2004 pohybuje dvojice výzkumných geologických robotů – Spirit a Opportunity. V závislosti na měnící se vzdálenosti Marsu od Země však radiový signál letí od tří do jedenadvaceti minut jen jedním směrem. To je příliš dlouho na on-line, tedy přímé řízení těchto robotů. Čekali byste, že právě oni byli vybavení schopností posuzovat a rozhodovat se samostatně. Bohužel, nebyli. Dokážou to jen ve velmi omezené míře. Na každé zásadnější rozhodnutí musejí čekat z řídicího centra na Zemi. Také přímo na Zemi, v nehostinných oblastech amerického jihozápadu, se už několik let pořádají dramatické závody Grand Challenge. Automobily v nich musejí projet trasu až dvou set kilometrů, ovšem bez řidiče. Jenže zatím bohužel i zde se vozidla pohybují jen podle předem pečlivě připravených programů.

Michael: No, that’s a wrong hole. Look at the shape, Markie. Look. That’s a star and that a cube. You’ve to find the right hole. Where is the right hole?

Ne, to je špatný otvor. Podívejte se na ten tvar, Markie. Podívej. Tohle je hvězda a toto je kostka. Musíš najít správný otvor. Kde je správný otvor?

Mmm, that’s a wrong shape.

Mmm, to je špatný tvar.

Filip: Najít pro daný předmět správný otvor se správnou barvou. Zdá se vám úkol pro malého Marka jednoduchý?

Mark: There.

Tam.

Michael: Yeah. Well done.

Tereza: Super.

Michael: Well done, Markie.

Výborně, Marečku.

Mark: A tohle?

Michael: No, that’s a wrong shape.

Mark: Tady to patří.

Tereza: Jak víme, Markie umí česky, umí anglicky, umí si sám vyčistit zuby, umí sám chodit na záchod. Ale když se pozorně podíváte, tak umístit kostky správně mu činí jisté problémy. Protože je to těžké. Pro Markieho to je těžké. Protože to vyžaduje vyšší stupeň inteligence.

Super! Máš je všechny vevnitř.

Michael: Šikovnej.

Michael: Právě proto si vybral projekt MASH. Mimochodem se podívejte na jejich webové stránky, které jsou jednak velmi zajímavé, a pokud umíte sami programovat, můžete přispívat k řešení tohoto projektu. Takže právě proto si projekt MASH vybral tento úkol k tomu, aby mohl vyvíjet umělou inteligenci.

Tereza: Otázkou je, zda se náš robot může naučit reagovat na jednoduchý pokyn, například: „Vezmi žluté kolečko“, aniž by používal předem připravený program, který ho povede krok za krokem.

19 52 Michael:

That’s right. Despite the hugely impressive endeavours of the Mars rovers and the Darpa robots they are after all just machines, that are following detailed commands from a received programme.

Správně. Přes ohromné úsilí marsovských vozítek i robotů v soutěži DARPA, jsou to jen stroje, které se řídí podrobnými příkazy z vloženého programu.

Tereza: Ano. Každé jejich rozhodnutí je učiněno na základě předem naprogramovaných řešení, zatímco tato robotická ruka se učí rozhodovat se sama.

Ing. Vladimír Smutný, katedra kybernetiky, Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze: Ano, Terezo. Náš robot se sám učí se rozhodovat. My chceme, aby se naučil úlohu například „Najdi červenou kostičku.“ K tomu je vybaven, tak jako malé dítě, senzory. To znamená: nahoře máme jednu kameru, druhou kameru, která se dívá šikmo, i na robotickém chapadle je umístěna kamera. A pak samozřejmě chapadlo, které nám umožní s kostičkami manipulovat.

Ten projekt je mezinárodní. My tady nasnímáme po každém kroku toho robota scénu z kamer, pošleme ty obrázky do Švýcarska, kde se zpracují s mnoha různými heuristikami, které se z těch obrázků snaží najít nějakou informaci. Tyto heuristiky nevědí nic o našem problému.

Filip: Heuristika je řešení problému pokusem, pro který neznáme přesnější postup. Nejjednodušší metodou je známý pokus a omyl. Projekt Mash je příležitostí pro vás všechny, kdo umíte sestavit heuristický program pro tohoto robota. Co tým Mashe očekává?

Ing. Vladimír Smutný, katedra kybernetiky, Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze: Právě ty příspěvky, které naši diváci mohou sami naprogramovat a mohou přispět do našeho trezoru nástrojů, kterými se ten robot může sám učit.

Prof. Justus Piater, Ph.D., Ústav informatiky, Innsbrucká univerzita, Innsbruck, Rakousko: Základní myšlenkou projektu Mash je nabídnout široké veřejnosti, aby se podílela na vývoji těchto heuristik. Podobně jako spousty uživatelů se podílejí na společných projektech, jako je Wikipedia nebo výzkum SETI.

Michael: Putting together an intelligent robotic arm is a matter of a cutting edge research.

Sestavení inteligentního robotického ramene je záležitostí špičkového výzkumu.

Tereza: Ovšem my si něco podobného, jednoduššího a ne tak inteligentního můžeme udělat doma.

Michael: Yes. And all we need are the following: I’ve got here a controller from a games console that I’ve ripped out…

Ano. A k tomu potřebujeme jen tohle: ovladač, který jsem vzal z herní konzoly

Tereza: Tohle jsou dva servomotorky, najdete je například v autíčkách a dá se to koupit.

Michael: And of course a control panel. Mine is an Arduino, perfect for the task.

A samozřejmě řídicí desku. Tahle je Arduino, pro tento úkol dokonalá.

Tereza: To jsou tři nejdůležitější součástky. Ten zbytek, co vidíte, to jsou takové různé drátky a součástky, které nám pouze pomůžou k tomu, abychom to všechno dali pěkně dohromady.

Filip: Začínáme sestavováním jednotlivých prvků naší domácí umělé ručičky. Na otočné raménko prvního servomotorku musíme upevnit druhé servo, abychom získali pohyblivost ve dvou osách. Řešení poskytly dva malé dřevěné špalíčky. Skromné uchycení druhého serva je přesto dostatečně pevné. Nepočítáme samozřejmě s tím, že naše ruka bude pohybovat nějakým těžším objektem. Následuje malý úchytný kloub, připevněný k ose druhého motorku. Na řadu teď přichází malá deska s elektronickými obvody – Arduino. Přes kontakty k ní připojujeme obě serva a také ovladač Nunchuck.

Tereza: Spousta drátků, spousta otvorů. K čemu to je?

Filip: Tato poněkud nadměrná propojovací deska nám usnadnila propojení všech součástek.

A ještě USB kabel. Jím spojíme Arduino s počítačem.

Michael: So all I have to do now is tell a control panel, what to do. To programme it.

Teď musím jen sdělit řídicí desce, co má dělat. Naprogramovat ji.

TAG: http://diydrones.ning.com

Filip: Právě na těchto stránkách se zajímavými projekty, používající desku Arduino, jsme našli i náš dnešní recept na sestavení domácí robotické ruky. Tam také najdete program pro její ovládání, který si do Arduina stáhnete.

Michael: So my robotic arm works. Now it’s up to your own fantasy, what you do with it. For example you could stick a LED laser on the end here and do your own laser shows. What I want to do is to make my own robot arm camera. So I have normal, simple webcam here and some double sided sticky tape, stick it on the side of my webcam here…

Moje robotická ruka funguje. Teď je na vaší fantazii, co s ní uděláte. Například na konec sem můžete přilepit laserové ukazovátko a máte vlastní laserovou show. Já si chci udělat vlastní robotickou kameru. Mám tu obyčejnou webovou kameru, kousek oboustranné lepicí pásky. Přilepím ji na stranu kamery…

Tereza: A kameru přilepíme k úchytnému kloubu druhého servomotorku.

Michael: And there we’ve got it.

A máme to.

Tak zkouška, jo? Down, up, left, right. Hele, super.

Dolů, nahoru, doleva, doprava.

Tereza: No ale přece to tady takhle nebudu pořád držet. Musím něco vymyslet.

Michael: Nějaký držák.

Tereza: Našla jsem stativ na světlo. A vy doma zapojte fantazii a použijte něco jiného. Třeba svěrák?

Michael: Dobrý.

Tereza: Pozor na drátky. Dej to tady takhle pěkně opatrně. Utáhnout. A zkus, funguje?

Ano, ano. Super.

Filip: Ovladač Nunchuck obsahuje jednu nepatrnou, ale důležitou součástku – akcelerometr. Ten reaguje na zemskou přitažlivost a určuje tak polohu ovladače.

Tereza: S touto součástkou se v běžném životě setkáte poměrně často. Akcelerometrem jsou vybaveny moderní mobilní telefony – alespoň některé. Jak se ten obrázek pěkně otáčí nohama dolů. Za to může akcelerometr.

Michael: A hotovo. Sice ne moc inteligentní, ale – nevertheless – fungující robotická ruka. Naše.

Tereza: Jak „ne moc inteligentní“? To se přece ovládá odsud, ne?

V čem je naše schopnost posuzovat situaci a správně se rozhodnout tolik obtížná? Malé děti se to velice brzy naučí. Ale proč je to tak náročné, naučit totéž naše počítače?

K fascinující umělé inteligenci a velice zajímavému projektu MASH se v PORTu ještě určitě vrátíme.