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Intelligente selbständige RoboterScience Fiction oder Science
Andreas Huemer
2006
Anforderungen
• Lösung von komplexen, nicht monotonen Aufgaben
• Einbettung in die reale Welt
• Einfache, intuitive Kommunikation
Einsatz (allgemein)
• Gefährliche Umgebungen
• Effizienzsteigerung
• Aufgaben, die von Menschen nicht oder schwer durchführbar sind
• Unterhaltung
Einsatzgebiete
• Katastropheneinsatz– Suche nach Überlebenden– Versorgung von Opfern– Bergung– Unterstützung der Einsatzkräfte
Einsatzgebiete
• Expeditionen
• Arbeit und Haushalt
• Exekutive und Militär
• Unterhaltung
Forschungsbereiche
• Roboterkörper
• Sensorik
• Motorik
• Steuerung
• Energieversorgung
Steuerung
• Intelligentes Verhalten
• Anpassungsfähigkeit
• Entwicklung
Intelligentes Verhalten durch künstliche neuronale Netze
• Biologisches Gehirn als Vorlage
• Verteiltes Wissen: Neuronen und Synapsen
• Spiking
• Struktur– Vom Sensor zum Motor– „Funktionen“ und „Unterfunktionen“
Ein einfaches neuronales Netz
• Aufbau
• Funktionsweise
• Simulation
Ein einfaches neuronales Netz
• Aufbau
• Funktionsweise
• Simulation
Anpassungsfähigkeit durch fehlende starre Programmierung
• Vielseitige Reaktionsmöglichkeiten auf sensorische Eingaben
• Neuronen und Verbindungen können sich laufend ändern
Entwicklung durch Lernen und Selbstorganisation
• Intelligenz kann mit der Zeit entstehen
• Aufbau des künstlichen Gehirns durch Selbstorganisation
• Aus Erfahrungen lernen
Selbstorganisation der neuronalen Verbindungen
• Häufig gemeinsam verwendete Verbindungen werden gestärkt
• Hebbsches Lernen
• Entstehung von neuronalen Karten
Beispiel einer neuronalen Karte
Lernen durch Belohnung und Bestrafung
• positives oder negatives Feedback über spezielle Sensoren – Reinforcement Learning
• Internes Feedback – Gesundheitszustand
• Externes Feedback – Bewertung durch Lehrer – Supervised Learning
Neue integrierte Lernmethode
• „Feedback-Kerne“ („Reinforcement units“)
Funktionsweise – Schritt 1
Funktionsweise – Schritt 2
Funktionsweise – Schritt 3
Funktionsweise – Schritt 4
Funktionsweise – Schritt 5
Funktionsweise – Schritt 6
Wichtige Vorteile gegenüber existierenden Lernmethoden
• Lernen ist direkt in das neuronale Netz integriert
• Lernen kann während der Laufzeit erfolgen• Feedback ist direkt mit der Aktion
verbunden, die es verursacht hat• Nur Teile des neuronalen Netzes müssen
angepasst werden• Zeitabhängige Vorhersagen sind möglich
Zu beachten
• Die komplexen Prozesse im neuronalen Netz sind schwer zu überwachen
• Die vorgeschlagenen Methoden müssen erst getestet werden
Wachstum des Gehirns
• Selbstorganisation der Neuronen
• Basisgehirn mit bestimmten Wachstumseigenschaften
• Steuerungsmöglichkeiten durch– Festlegung bestimmter Prozeduren– Evolutionäre Methoden
Hardwareprobleme
• Viele eher einfache, parallel laufende Prozessoren werden statt einem hochkomplexen benötigt
• Dynamische Änderungen der Hardware sind schwer möglich
Zusammenfassung
• Viele Einsatzgebiete
• Neuronale Netze – flexible Steuerung
• Ständige Anpassung und Verbesserung auch während Laufzeit möglich
• Noch viel Entwicklungsarbeit notwendig
• Aber: Science, nicht Science Fiction
Herzlichen Dank!
Andreas