知能情報（第７回）

ヒトの曖昧表現をコンピュータで記述する

平成２１年１１月２４日

知能情報講義録要約について

• 講義録の要約は下記ホームページからダウンロードできます．

http://www2.kobe-u.ac.jp/~hampton/Lecture/CI

いろいろな知能

• 知能のABC– Artificial Intelligence– Biological Intelligence– Computational Intelligence

人工知能 : AI 生物知能 : BI 計算知能 : CI

• トップダウン

• 記号処理

• 自己組織

• 自然界の構造・秩序

• ボトムアップ

• 数値処理

計算知能って何？

計算知能とは、生物の柔軟な感覚情報処理をヒントとしたファジィ推論やニューラルネットワーク、また生物の進化過程を工学的に模倣した進化的計算など比較的新しい計算手法と、記号処理手法である人工知能、人工生命など従来からある計算手法を融合した新しい知的コンピュータシステムのことです。

計算知能の技術

EvolutionaryComputation

FuzzyTheory

NeuralNetwork

ArtificialIntelligence

人工知能

進化計算

ニューラルネットワーク

ファジイ

ロボットと計算知能

HRP-2

運動能力

コンピュータの計算能力

• ２足歩行• 段差乗り越え• マニピュレーション

半導体の性能は指数関数的に向上（ムーアの法則）

計算能力は人間を超える

チェス対決にて勝利

ペットロボット

ロボットから知能ロボットへ

ロボットがドラえもんになるには？

ヒトの知覚能力を計算機で実現することってできる？

ロボットには限られたセンサのみしか装備されていない

多くのセンサを装備した場合，センサ情報を処理するプ

ロセスが複雑化する

ロボットを計算知能技術で動かす

計算知能で動くロボット（１）

1. ヒトと友達になりたいロボット2. まわりの状況を理解しながら動くロボット

3. ロボットどおしのコミュニケーションで動くロボット

4. 動き回りながら周囲の状況を理解するロボット

計算知能で動くロボット（２）多くのセンサを搭載することで、 ヒトとのコミュニケーションをはかる

知的移動ロボットHFR01

搭載センサ• PSD距離センサ ×16• タッチセンサ ×20アクチュエータ• ステッピングモータ ×2サイズ• ⾼さ 700(mm)• 直径 370(mm)

PSD距離センサユニット

対象との距離を⾚外線を⽤いて測定する対象との距離が近いほど⼤きな値を返す

HFR01を対象としたセンサ融合システム

Environment

SteppingMotor

Fuzzy Inference 動作決定層

Group1 Group2 Group3 Group4 Group5 Group6 Group7 Group8

データ選択層

処理⽅法0：データを使⽤しない1：最⼩値をとる （遠）2：最⼤値をとる （近）

Fuzzy Inference 1

Fuzzy Inference 2

Fuzzy Inference 3

Fuzzy Inference 4

Fuzzy Inference 5

Fuzzy Inference 6

Fuzzy Inference 7

Fuzzy Inference 8

PSDセンサユニット

Sensor 1２Sensor 11

センサ群１

計算知能で動くロボット（３）

ヒトとロボットとのコミュニケーション

ファジイシステムの応用技術

• 地下鉄の運転制御

• 家電製品

• 工業プラント

• 金融

• 医療診断

• 顔認識

• などなど日本では応用多数

ファジイ推論

Professor L. A. Zadeh

(カリフオルニア大学バークレー校)

“美しい”とか，“若い”といった人間が用

いる形容詞などの集合は明確な境界をもたず，人それぞれの主観によってその境界が変化してしまう場合がある．このような場合には，クリスプ集合を前提とした推論は使用することができなかった．そこで，1965年L. A. Zadehは，形容詞

などのあいまいな言葉を表現するため，ファジィ集合を提案した．

“あいまいさ”の度合いを測る

ファジイ推論でロボットを動かそう

ファジィプロダクションシステムでは，エキスパートのもつ知識や経験をファジィ集合で表現することができ，これにより多くの制御問題に適用されている．ファジィ推論は従来のプロダクションシステムにファジィ理論を適用することにより，人間が持つ柔軟な推論が可能である．

Khepera ロボット

スーパーサイエンスセミナー （Ｈ１６．１１．１７）

クリスプ集合とファジイ集合

(a) クリスプ集合 (b) フアジイ集合

図2 クリスプ集合とファジィ集合の比較

メンバーシップ関数ファジィ集合において，ある要素が特定の集合に属する度合（適合度）を表す関数をメンバシップ関数 (membership function) という．メ

ンバシップ関数により与えられるメンバシップ度が大きいほど，その要素が特定の集合に属する度合が大きくなる．

フアジイ推論（～ならば、～しよう）

njnjjjj

jnnjjj

xPxPxPPy

MxMxMxR

⋅++⋅+⋅+= L

L

22110

2211

THEN

is and , is , is IF :

ファジィ集合を用いた推論により，あいまいさを含む現実世界の状況のもとで，より柔軟に対応でき，また人間が行っているような推論を行うことができる．

ここで，jはルール番号，nは入力数，yjは出力を示す．上記のファジィルールでは，“IF”から“THEN”までの部分を前件部，“THEN”以下の部分を後件部と呼ぶ。Pjmは後件部パラメータを示す．また，Mjnは各ファジィルールの各入力に対するメンバシップ関数を表す。

どれぐらいの仲間？

( )ijiji xM=μ

( ) ( ) ( )njnjjjnjjj xMxMxM ×××=×××= LL 221121 μμμμファジイ測度（あいまいさのものさし）

推論結果：どうする？

R

RR

jj

jjj

yyyy

yμμμμμμ

μ

μ

+++×++×+×

=

×

=∑

∑L

L

21

2211

ルールの平均を計算して、結果を求める

njnjjjj

jnnjjj

xPxPxPPy

MxMxMxR

⋅++⋅+⋅+= L

L

22110

2211

THEN

is and , is , is IF :

プロダクションルール

簡単な例を作ってみよう

入力： ２

メンバーシップ関数： ３

ルールの数： ９

Khepera ロボット

小型移動ロボットKheperaを使用する。Kheperaロボットは直径55mmで、センサとして8個の近接赤外線センサとタイヤの回転角を計測するエンコーダを装備して

いる。また、左右それぞれのタイヤにモータが接続されており、独立してタイヤを制御することができる。ここでは、ファジィ推論を使用してKheperaの行動を制御する。

行動ルール：危険と安全

Kheperaロボットは8個の近接赤外線センサを装備しているから、ファジィ推論の入力数nは8となる。ファジィ推論の各入力に対し、すべて同一の2つのメンバシップ関数を用意する。メンバシップ関数それぞれは“危険”、“安全”という意味を表す。

Kheperaロボットのファジイ推論

jj ww 21 ,

jj ww 21 ,

jjjj

jjjj

wywy

MxMxMxR

2211

882211

and THEN

is and , is , is IF :

==

L

左モータの制御量 右モータの制御量

近接赤外線センサの値

すべての入力に対し2個のメンバシップ関数があることから、ファジィルールは全部で256（=28）個となる。

は後件部実数値と呼ばれ、それぞれ左モータ、右モータの制御量をあらわしている。

jj ww 21 ,

ファジイ制御によりロボットを動かそう

センサ 0 1 2 3 4 5 6 7

“危険”の上限値

“安全”の下限値

0 1おのおののセンサの境界値を別々にいれてみよう！

計算知能：

コンピュータでロボットを動かす

ヒトとロボットが仲良くするには…

• ヒトがロボットにあわせるのではなく、ロボットがヒトにあわせないとだめ

• ヒトはそれぞれ違う個性をもっているので、ロボットが友達ごとに動きをあわせる必要がある。

• 計算知能は、ヒトにあわせるやわらかい動きを実現するのに役立つ新しい情報処理技術のひとつ

今後の講義内容

• 第８回（１２月1日）

– コンピュータのなかで進化する人工生命

• 第９回（１２月８日）

– 認知科学への招待

• 第1０回（１２月１５日）

– ロボットがヒトのパートナーとなるには

• 第１１回（１２月２２日）

– 考える機械は作れるか？

• 第1２回（１月１２日）

– サイバーワールドが描く近未来社会