Proč umělá inteligence neumí porozumět ani dětskému chápání každodenní fyziky?
Technologie
Foto: Shutterstock

Proč umělá inteligence neumí porozumět ani dětskému chápání každodenní fyziky?

Děti nejsou jen rozkošné uzlíčky plné radosti, ale také velmi obdivuhodné stroje na učení. Už ve třech měsících dokážou předpokládat, jak se budou okolnosti kolem nich vyvíjet, aniž by je někdo předem výslovně učil pravidla hry.

19.08.22

Tato jejich schopnost, takzvaná "intuitivní fyzika", působí na první pohled nesmírně triviálně. Když naplním sklenici vodou a postavím ji na stůl, vím, že je to předmět - něco, co mohu vzít do ruky, aniž by se mi rozteklo v dlaních. Sklenice se také nepropadne stolem. A kdyby začala levitovat, asi bychom vzali nohy na ramena.

Děti si tuto intuitivní schopnost rychle osvojují tím, že nasávají údaje z vnějšího prostředí a tvoří si tak jakýsi "zdravý rozum" o dynamice fyzického světa. Když se věci nepohybují podle jejich očekávání - například při kouzelnických tricích, kdy předměty mizí - projeví překvapení.

Umělá inteligence funguje jinak. Ačkoli nejnovější AI modely předstihly lidi v hraní různých her i v řešení desítek let starých vědeckých hlavolamů, stále mají problémy s předjímáním ve fyzickém světě.

Nedávno se však výzkumníci ze společnosti DeepMind, která patří Googlu, inspirovali vývojovou psychologií a vytvořili umělou inteligenci, která přirozeně načítá jednoduchá pravidla fungování světa prostřednictvím sledování videí. Získává tak základní představu o objektech, například jaké jsou jejich hranice, kde se nacházejí a jak se pohybují. Podobně jako u dětí pak vyjadřuje tato umělá inteligence "překvapení", když jí jsou ukázána „kouzla“, která nedávají smysl, například míč kutálející se po rampě.

Rozvoj umělé intuice

Umělá inteligence, nazvaná PLATO (Physics Learning through Auto-encoding and Tracking Objects - učení fyziky pomocí automatického kódování a sledování objektů), byla překvapivě flexibilní. K rozvinutí své "intuice" potřebovala jen relativně malý soubor příkladů. Jakmile se naučila základní principy, dokázala zobecnit své předpovědi o tom, jak se věci pohybují a jak interagují s jinými objekty, a to i v situacích, s nimiž se nikdy předtím nesetkala.

V jistém smyslu se PLATO trefilo do zlatého středu mezi přírodou a výchovou. Vývojoví psychologové se dlouho přeli o to, zda lze děti učit pouze na základě hledání vzorců z minulých zkušeností. PLATO naznačuje, že odpověď zní ne, alespoň v tomto konkrétním případě. Pro dokončení celého procesu učení jsou rozhodující jak vrozené znalosti, tak zkušenosti.

Aby bylo jasno, PLATO není digitální replikou tříměsíčního dítěte - a nikdy nebylo navrženo tak, aby jí bylo. Poskytuje však pohled na to, jak se potenciálně vyvíjí naše vlastní mysl. „Tato práce ... posouvá hranice toho, co každodenní zkušenost může a nemůže vysvětlit, pokud jde o inteligenci," komentovaly doktorky Susan Hesposová a Apoorva Shivaramová z Northwestern University, respektive Western Sydney University, které se na studii nepodílely. Může nám to "napovědět, jak vytvořit lepší počítačové modely, které simulují lidskou mysl".

Záhada zdravého rozumu

Ve věku pouhých tří měsíců většina dětí ani nemrkne okem, když upustí hračku, a ta spadne na zem; už si osvojily pojem gravitace. Jak je to možné, stále nevíme. Každopádně vstupy z vnějšího světa probíhají v tomto věku ještě převážně prostřednictvím pozorování. To je pro umělou inteligenci skvělá zpráva: znamená to, že místo toho, aby se stavěli roboti, kteří fyzicky zkoumají své okolí, je možné umělé inteligenci vštípit smysl pro fyziku prostřednictvím videí.

Tuto teorii podporuje mimo jiné i doktor Yann LeCun, přední odborník na umělou inteligenci a hlavní vědecký pracovník společnosti Meta. V přednášce z roku 2019 vyslovil domněnku, že děti se pravděpodobně učí pozorováním. Jejich mozek na základě těchto údajů vytváří konceptuální představu o realitě. Naproti tomu i ty nejsofistikovanější modely hlubokého učení se stále snaží vybudovat si představu o našem fyzickém světě samy, což omezuje jejich možnosti zapojit se do vnějšího světa. Jinými slovy, mají tak trochu „mysl v oblacích“. 

Jak tedy porozumět dětskému chápání každodenní fyziky? „Naštěstí pro nás, vývojoví psychologové strávili desítky let studiem toho, co kojenci vědí o fyzikálním světě," napsal vedoucí vědec Dr. Luis Piloto. Jedním z obzvláště účinných testů je takzvané paradigma porušení očekávání (VoE). Ukažte dítěti míč, který se kutálí do kopce, náhodně mizí, nebo se náhle vydá opačným směrem. Dítě se bude na anomálii dívat déle, než by se dívalo, kdyby se vše odvíjelo podle jeho běžných očekávání. Děje se něco zvláštního.

Vesmírné podivnosti

V nové studii tým upravil VoE pro testování umělé inteligence. Nejprve získal PLATO prvotní představu o fyzikálních vlastnostech objektů, jako je například jejich poloha a rychlost pohybu.

Poté přišlo na řadu školení. Tým ukázal PLATO méně než 30 hodin videí z otevřeného souboru dat. Nejednalo se o videa ze skutečných událostí. Spíše si představte animace podobné těm ze staré školy Nintenda, kdy se míček kutálí po rampě, odráží se od jiného míčku nebo náhle mizí. PLATO se nakonec naučilo předvídat, jak se bude jednotlivý objekt pohybovat v dalším snímku videa, a také aktualizovalo svou paměť. S tréninkem se jeho předpovědi další "scény" stávaly přesnějšími.

Poté tým předložil PLATO jak normální, tak i nemožnou scénu, například náhle zmizelý míč. Při měření rozdílu mezi nimi mohl tým změřit míru "překvapení" umělé inteligence - která se v případě zvláštních událostí zvýšila. Učení se pak zobecnilo na další pohybující se objekty. Když byl PLATO vyzván k použití zcela odlišného souboru dat, který mimo jiné obsahoval králíky a kuželky, zkušeně rozlišoval mezi nemožnými a reálnými událostmi. PLATO nikdy předtím "neviděl" králíka, ale bez jakéhokoli přeškolení projevil překvapení, když králík popřel fyzikální zákony. Podobně jako u dětí dokázal PLATO využít svou fyzikální intuici již po 28 hodinách videotréninku.

Podle Hesposové a Shivaramové "jsou tato zjištění také paralelní s charakteristikami, které pozorujeme ve studiích kojenců".

Digitální intuice

Jak už bylo řečeno, PLATO nemá být modelem umělé inteligence kojeneckého uvažování. Ukazuje však, že využití rozvíjejících se dětských mozků může počítačům vnuknout smysl pro fyziku, i když je jejich softwarový "mozek" doslova uvězněn v krabici.

Prozatím je tato oblast stále teprve v plenkách. Autoři zveřejňují svůj soubor dat, aby na něm mohli stavět i ostatní a zkoumat tak schopnost modelu AI komunikovat se složitějšími fyzikálními koncepty, včetně videí z reálného světa.

 

ZDROJ

 

Související

Václav Havel bude učit v českých školách – jako umělá inteligence

„DigiHavel je moderní deduktivní nástroj pro učitele občanské výchovy. Je to vlastně aplikace založená na umělé inteligenci. Můžete si ji představit jako digitálního člověka, jehož myšlenkami se inspiroval první český prezident Václav Havel. Je to vlastně poprvé, kdy bude digitální člověk jako...


San Francisco schválilo „zabijácké roboty“ pro policii

Návrh, který začátkem prosince schválili městští zákonodárci, by policii měl umožnit přístup k robotům, kteří mohou zabíjet. Vedení San Francisca čelí tvrdé kritice z řad bojovníků za občanské svobody. Poté, co město nejdříve odhlasovalo pozastavení návrhu, zaslala rada záležitost výboru k dalšímu...


Společnosti investují do technologií pro skenování mozků zaměstnanců

Mozkoví špehové V posledních letech se objevila řada společností, které zaměstnavatelům nabízejí zařízení na čtení myšlenek jejich zaměstnanců. Například izraelská společnost InnerEye tvrdí, že její náhlavní soupravy kombinují strojové učení s vrozenou silou lidské mysli, což v konečném důsledku...